随机模型上的地震动模拟研究

介绍了一项随机模拟实验,该实验通过模拟一个具体场址模型的地震动响应了解模型参数不确定性对模拟结果的影响。首先给定一个典型的第四纪沉积层场址模型的参数(包括地层厚度、介质密度、横波速度和品质因子等)的统计特征,并据此在计算机上按截尾的正态分布随机抽样形成了16384个随机模型,然后分别在各个模型上进行SH波地震动响应模拟,最后对所有的模拟结果进行统计分析,了解模型参数的不确定程度与模拟结果变化范围之间的关系。实验结果表明,模型参数不确定性对模拟结果的影响程度是随频率增大的。随机模型地震动响应的第一个放大峰发生在353±031Hz的频率上,其幅值为438±076;第二放大峰发生在885±108Hz的频率上,幅值为422±090。两放大峰值的均方差与均值之比分别为18%和25%。与模型参数20%的相对变化程度大致相当。但更高频率上振幅响应的均方差与均值之比则高达30%～40%。     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

一种模拟随机数字地层模型的方法

介绍了一种利用计算机生成随机数字地层模型的方法。此方法根据给定的地层厚度及参数统计特性．按截尾正态分布进行随机抽样构建随机分层结构,并对各分层参数随机赋值,完成随机模型的构筑。用此方法可以很容易地在计算机上生成大量符合某种统计特性的随机数字层状地层模型,从而可以在这些模型上进行感兴趣的仿真模拟研究。为展示这一方法的应用,生成了10个第四系随机层状模型,并在这些模型上进行了地震SH波的地震动放大效应数字模拟实验。结果发现随机模型的响应无论在形态特点还是幅值上都与均值模型的响应显著不同,表明用不完全准确的参数模型模拟估计场址地震动响应时必须充分考虑到参数不准导致的误差。     

不整合面下隐伏逆冲断层反射地震成像模拟研究

针对不整合界面下的逆冲断层进行反射地震勘探的可行性问题,进行了一项波动方程正演模拟数值试验。勘探的地质目标包括断层的断面形态,以及附近几个厚度仅仅为几米的地质透镜体。根据掌握的地质资料建立地震参数模型,用波动方程正演模拟技术模仿地震勘探观测系统的施工方式,滚动放炮合成了38炮地震数据,然后按照生产资料处理流程对这些数据进行处理,最后得到地震波速度模型剖面、地震数据叠加剖面以及偏移剖面等图像成果。试验结果表明,如果采用较高频率的震源信号,反射勘探地震成像方法可以有效地揭示不整合面下隐伏逆冲断层的空间展布形态,辨识地质透镜体存在。研究表明,选用主频为150Hz的高频率震源信号,可以使勘探达到最佳的分辨效果。     

地下溶洞不同枯盈状态下的地震响应差异模拟研究

针对地下溶洞不同枯盈状态下的地震波响应差异问题,选择三种枯盈状态下的溶洞模型进行了一项数值模拟实验。先从弹性波方程理论出发,利用有限差分离散近似,再运用CUDA编程平台进行GPU并行计算,模拟了三种枯盈状态下的溶洞地震波响应。模拟结果表明,P-P波的能量随着溶洞含水量增多而减少,而溶洞尖灭点的绕射现象随着溶洞含水量增多而变得更加明显。     

SH波在表面多层介质中传播的精确模拟

针对地震横波在地表低速层内的振幅放大效应问题，提出了一种模拟SH波在地表层状介质中传播的递推算法，并用它模拟了新西兰Alfredton盆地A10场址的SH波地震动响应特性。这个方法适用于具线性吸收性质的粘弹性介质。由于方法不受介质层厚薄制约，层厚可以无限薄化，实践上可以用许多薄层逼近的办法来模拟纵向上任意变化的连续介质。通过求取不同频率不同波数平面简谐波解并按实际问题的加权迭加可求解具特定波形和传播方向组合的任意SH波场。此方法在计算上具有解析解特有的精确性，稳定性和方便性，特别适用于模拟薄层介层，次波长现象及需要进行大量而又精确模拟计算的情形。     

用均匀等价层模拟地表低速层SH波波动特征的有效性问题

针对地表低速层对勘探反射地震波到时和波形的改造作用，这里探索了用一个简单等价模型来计算低速层对反射波影响的有效性问题。这里先介绍等价模型的构建方法，然后分别对原模型与等价模型模拟计算了从0到511Hz共512个频率的简谐SH波场，并对之进行了比较研究。结果表明，用等价模型模拟计算得到的反射波场的低速层时延是正确的。子波波形前面部份与原模型的结果相似，但波形在整体形状和幅值上都相差很大。因此，用等价模型来模拟计算低速层的静校时差，以及对子波波形的前面部份是有效的，但还不能完整地反映低速层对子波波形的改造作用。     

软弱夹层特性对地震波强度影响的模拟研究

模拟了隐伏软弱夹层的弹塑性参数对其地震波放大效应的影响,发现当软弱层波速不大于上下围岩的 30 %时,就会在特定的频率上产生相当显著的地震动放大作用。研究结果表明,夹层放大作用的强度主要与其波速有关,而与密度及品质因素关系不大。研究还发现,这种放大作用的强度受软弱层波速与厚度之间的某种关系制约。这种关系的规律尚待通过进一步的理论分析或大量模拟研究去揭示。     

地震放大效应与地下地质结构——龙门山山前玉皇观区域观测数据分析

通过布置于龙门山断裂带中段、龙门山山前玉皇观区域的地震观测台站阵列接收地震数据,研究该区域的地震动放大效应和地下地质结构.观测阵列共10台宽频带地震仪,分布在玉皇观河口冲积扇区域.分别采用参考场址谱比法(RSSR)和HV谱比法(HVSR)计算64个高信噪比近震数据的振幅谱比函数,结果显示在玉皇观区域具有较明显的地震动放大效应,并且局部场址效应显著.以S06场址为例,建立近地表地震地质模型,通过SH波放大效应正演模拟研究该场址的地震动放大模式.RSSR与HVSR的结果表明,两者所计算的场址放大效应主频一致,但是HVSR的放大峰值却比RSSR的放大峰值大一倍左右,表明HVSR的结果可能包含了波场在近地表低速层之下传播路径的改造作用.另外,采用27个远震P波的接收函数计算了该区域地壳上地幔S波速度结构.接收函数研究结果显示玉皇观地区的莫霍面深度为44 km,沉积盖层、结晶地壳和上地幔的S波速度分别为2.5 km·s~(-1)、3.5 km·s~(-1)和4.5 km·s~(-1).观测阵列台站之间的接收函数反演结果一致性较好,说明本研究区域范围内地形地貌等近地表结构因素的相对变化对接收函数的影响不大.