利用海啸数值模拟结果进行海底地震有限断层模型验证

基于地震有限断层模型进行海啸的数值模拟通常被用来估计海啸的到时、 波高等, 另一方面, 海啸数值模拟的结果也可以作为限定条件用来考察同一地震的不同断层模型之间的相对合理性。 采用国际上各地震研究机构在震后各自得出的不同的有限断层模型作为海啸源, 使用基于二维浅水波方程的海啸传播模型对2011年日本东北地震海啸的传播过程进行模拟, 以海啸模拟所得到的沿岸浪高分布、 平均波高、 最大波高等与实际观测值相比较, 进而判断由各有限断层模型所计算得到的海啸中哪个结果与实际的海啸情况更为符合, 由此推断断层模型的相对合理性。     

含小断层煤层Rayleigh型槽波波场和频散分析

煤层隐伏小断层在煤田地质勘探期间能否查明,是影响煤矿安全生产的主要地质因素.煤层中传播的地震槽波,非常适用于探测煤田异常构造.本文利用谱元法模拟计算了含断层模型Rayleigh型地震槽波的产生、传播过程,对于直达槽波、反射槽波、透射槽波进行了波场特征分析,频散特征分析,频谱特征分析.根据不同小落差断层模型（垂直断距分别为1/4、1/2、3/4、1个煤厚;断层倾角分别为90°、60°、45°）,分析了Rayleigh型槽波传播过程中断层对反射槽波、透射槽波能量、频谱的影响效应.基于以上分析,对于小断层模型中的Rayleigh型地震槽波取得了一些规律性认识,并对Rayleigh型地震槽波的勘探应用做了一些探讨.     

有限断层地震波辐射能估算及其在合成强地面运动中的应用

对有限断层地震波能量辐射的估算通常采用断层面上子源能量的逐点求和方法。基于Brune圆盘模型,Anderson推导出有限断层地震波能量辐射S波的求解公式,即 ,其中 为断层面上地震矩, 为剪切模量, 和 分别为动态应力降和静态应力降,并指出在复合震源模型强地面运动预测应用中 以满足能量守恒。Rivera和Kanamori则从能量辐射表象定理出发,给出了有限断层中辐射能量的积分表达式,明确地指出了逐点求和所存在的问题。依据该积分表达式,本文推导出了复合源模型中新的辐射能完整的求解方法,指出Anderson方法实为断层面上点源辐射能量的简单叠加求和,后者则充分考虑了断层面上任一点在任一时刻能量传播过程中受到的断层面上所有位移破裂路径的交互影响。以1976年唐山7.6地震为例,应用上述方法分别计算了有限断层模型的辐射能量及近场强地面运动,如质点运动加速度,速度。结果表明如果模型参数满足 时,由本文给出的求解方法计算所得到的地震波辐射能已远远超出实际的辐射能量值,直接导致了对近场强地面运动参数如质点速度、加速度等的过高估算。因此,Zeng等和Anderson工作的局限性是非常明显的:地震矩守恒以及非物理的 无法准确地预测近场地面运动。未来工作中,对于有限断层模型的建立,在地震矩守恒这一约束条件的基础上,远场和近场能量解（或视应力）将可作为另一个重要的约束条件,为强地面运动的模拟提供一个更为恰当的求解方案。      

基于实时观测数据快速判定地震破裂方向的方法研究

针对地震烈度速报工作中快速评估大震断层破裂方向的需求,使用我国西部多个地震的观测资料,根据有限移动源理论,利用趋势面分析方法探讨了震中一定范围内台站初始P波参数的方向差异特征,提出一种利用初始P波快速判定地震破裂断层方向的方法。并通过断层距模型和最小二乘法,统计回归最优拟合参数以确定地震断层破裂方式。通过实际震例对比分析了根据所提方法获得的判定结果与实际地震断层破裂分布的吻合度,证实了方法的可用性。本研究为利用地震实时监测资料快速进行地震断层破裂方向判定提供了新思路,可为地震烈度速报中破裂方向的快速判定和动态修正提供参考。     

退化的Fourier偏移算子及其在复杂断块成像中的应用

波动方程宽角抛物逼近得到的通常是非常系数的单程波传播算子,其系数是速度横向变化的函数,因此需要利用有限差分(FD)进行数值实施. 通过对Lippmann Schwinger单程波动积分方程的退化核逼近,本文研究了一类宽角退化算子的偏移成像. 这种退化偏移算子只用快速Fourier变换进行波场延拓,将常规的Fourier分裂步地震偏移方法(SSF)推广适应强速度横向变化介质和大角度传播波场. 退化的Fourier偏移算子通过在两个分裂步项之间作波数域线性插值来实现波场延拓,每延拓一层需要比常规的SSF地震偏移方法多一次快速Fourier变换(FFT). 通过SEG/EAGE盐丘模型和实际地震资料的应用表明,退化Fourier偏移算子能很好地对盐下的陡倾角断层和实际地震剖面上的复杂小断块和大断裂地质构造成像.     

断层自发破裂动力学过程的有限单元法模拟及其在地震研究中的应用

地震是断层的自发破裂动力学过程。数值模拟断层的自发破裂动力学过程对于认识地震的力学本质、减轻地震灾害等有着重要的科学意义及应用价值。本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后对断层的破裂过程进行动态数值模拟。模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型(pulse-like)破裂模式。断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,若初始应力场中的剪应力水平较低或滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,则容易产生脉冲型破裂;反之,则容易产生裂纹型(crack-like)破裂。另外,为了研究双材料(bimaterial)断层破裂对强地面运动的影响,我们采用正则化的速率-状态相关摩擦本构关系计算了破裂沿着双材料断层传播的二维有限元模型。模拟结果表明,双材料机制对地震破裂过程以及断层周边区域的强地面运动有显著影响。由断层破裂辐射出的地震波导致的强地面运动在整个空间上的分布是不对称的,其不对称性会随着断层两侧材料差异程度的增加而增加。断层破裂能否跨越断层阶区(stepover)继续传播,从而引发更大震级的地震,地震时断层是否发生超剪切破裂导致地震灾害加剧,都是震源动力学研究的重要内容。本文利用有限单元方法模拟断层阶区对地震破裂传播的控制作用以及对产生超剪切地震破裂的促进作用。研究结果表明:断层面上的摩擦系数减小、断层周边区域内初始剪应力增大以及较小的阶区间距等,都将增加断层破裂跳跃阶区传播的可能性;此外,这些物理因素都会对破裂的传播速度产生影响。在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度转为在次级断层上的超剪切波速度。结合以上在概念模型中对断层自发破裂过程的模拟研究结果,我们根据汶川地震和玉树地震发震断层的实际几何情况分别构建有限单元数值模型,研究了汶川地震单侧破裂过程的动力学机制以及玉树地震产生超剪切破裂过程的动力学机制。2008年汶川大地震的破裂过程极其复杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征。文中模拟并分析了汶川地震的破裂过程,结果表明:龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素。由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重。文中在模拟并分析玉树地震的破裂过程后认为:玉树地震发震断层走向与初始主应力方向之间的关系断层破裂是亚剪切转化为超剪切破裂的可能原因。     

三维井间地震侧面波传播特征及其分离研究

井间地震与常规地震相比具有较高的分辨率,同时波场也更加复杂.利用视速度特征的差异很容易地分离井间上下行波场,根据纵横波偏振特征的不同可将纵横波完全分离,但是针对井间地震侧面波的研究并不多.本文构建高速透镜体和断层模型进行波场数值模拟,通过对三维地震波场的传播特征进行分析可知,井间地震接收的波场既有岩性分界面的响应,还会有侧向地质不均匀体产生的干扰,严重影响成像的质量和精度.经偏振旋转后的T分量记录对物性横向变化较为敏感,综合分析X、Y、Z分量和T分量上不同连井剖面的波场传播特征,可对侧向传播的干扰波进行有效识别,利用线性Radon变换可以在一定程度上将侧面波进行压制,为后续井间地震资料处理提供高信噪比的数据.本文通过理论模型进行试算研究,验证了该方法的有效性,并对理论记录取得了较好的分离效果.     

用远震P波高频辐射能量快速估计2008年5月12日汶川Ms8．0地震的破裂特征

采用全球地震台网(GSN)宽频带垂直分向记录,选取P波初至后10分钟的波形,通过远震P波高频辐射能量,估算了2008年5月12日汶川Ms8.0地震的震源时间函数、破裂时间和有限地震断层的传播方向.所得结果与其他方法得到的结果大体一致,说明此方法作为一种震源特性的快速粗测方法是可行的.但对于汶川地震这一震例,该方法并不能很好地揭示地震震源过程的细节.     

非均匀弹性介质地震波动模拟的Fourier变换方法

一、前言 地震模型技术是应用地震法研究地下储油地层分布的基础工作,它可以用来研究地,震波的传播以及各种波的特性,可以通过修改地质模型,反复进行正演,实现对实际地震剖面的最优逼近,以实现地震反问题。本文在文献[1]的基础上,应用Fourier变换方法研究了用非均匀弹性介质波动方程正演问题的解来模拟地震波的传播,探索了该方法对非均匀弹性介质地震模型的有效性及实用性。     

低频前驱波传播机理的研究现状

本文从低频前驱波传播的理论与实验等方面对其传播机理的研究现状进行了简要概述。断裂预扩展、过热液体暴沸、粘滑地震前的预滑等均可能产生低频前驱波;微破裂集结、均匀和非均匀断层滑动失稳成核、声透射等实验均证实了岩石在大破裂前确实能够产生一种长周期、小振幅的低频事件;低速断层、壳内低速层、承压含水层、水体大连通性好的灰岩含水层、大气中的声波导层有利于低频前驱波传播。     

显式中心差分有限单元法在复杂场地地震反应分析中的应用

简单介绍了显式有限单元法,并用此方法分析了有宏观调查结果的典型山梁对地震地面运动的放大效应。提出计算模型应更真实和应该用加速度峰值放大,山顶运动持时增长,谱特性改变三者共同解释山梁顶部震害远大于山脚震害的看法。     

2008年青海大柴旦Mw6.3地震地面运动模拟

2008年11月10日在青海柴达木盆地北缘发生了大柴旦M_W6.3地震,为了研究该地震的区域地震波传播与地面运动特征,本文利用地质资料和地壳速度结构研究成果,构建了柴达木盆地及周边区域三维传播介质模型,采用有限差分方法模拟了大柴旦地震波场传播过程以及地面运动分布特征.结果表明,柴达木盆地对波场传播有明显影响,表现为地震波传入盆地后在边界产生次生面波,盆地沉积物对地震波具有围陷作用,地震地面运动在盆地内振幅增大、持时延长.模拟结果给出的地震地面运动峰值速度分布以及理论地震图均和观测结果符合较好,反映数值模拟较好地给出了观测地面运动的主要特征以及传播介质模型的合理性.     

Modified image algorithm to simulate seismic channel waves in 3D tunnel model with rugged free surfaces

The existence of rugged free‐surface three‐dimensional tunnel conditions in the coal seams, caused either by geological or mining processes, will inevitably influence wave propagation characteristics when the seismic waves go through the coal mines. Thus, a modified image algorithm has been developed to account for seismic channel waves propagating through this complicated topography with irregular free surfaces. Moreover, the seismic channel waves commonly exhibit damped and dispersive signatures, which is not only because of their own unique sandwich geometry of rock–coal–rock but also because of the viscoelastic behavior of coal. Considering the complexity of programming in three‐dimensional tunnel models with rugged free surfaces, an optimized vacuum grid search algorithm, enabling to model highly irregular topography and to compute efficiently, is also proposed when using high‐order staggered finite‐difference scheme to simulate seismic channel wave propagations in viscoelastic media. The numerical simulations are implemented to investigate the accuracy and stability of the method and the impact of coal's viscoelastic behavior on seismic channel wave propagation characteristics. The results indicate that the automatic vacuum grid search algorithm can be easily merged into high‐order staggered finite‐difference scheme, which can efficiently be applied to calculate three‐dimensional tunnel models with rugged free surfaces in the viscoelastic media. The simulation also suggests that the occurrence of a three‐dimensional tunnel with free surfaces has a remarkable influence on the seismic channel wave propagation characteristics and elastic energy distribution.     

细胞自动机地震波模拟的并行化算法

采用区域分解的办法对格子气自动机地震波传播模拟的并行化算法进行了研究,提出了两种区域分解算法,并在SGIPowerChallenge并行计算机上进行了实际地质模型中平面波反射地震响应的计算,获得了较高的并行计算效率．     

Hybrid seismic modeling based on discrete-wave number and finite-difference methods

Any calculation of seismic wave propagation comprising the seismic source, the travel path, and the receiver site in a single finite-difference (FD) model requires a considerable amount of computer time and memory. Moreover, the methods currently available for including point sources in the 2D FD calculations are far-field approximations only. Therefore we have developed a new hybrid method for treating the seismic wave fields at localized 2D near-surface structures embedded in a 1D background medium, and excited by a point source. The source radiation and propagation in the background model is solved by the discrete-wave number (DW) method, while the propagation in the local 2D structure is calculated by the FD method. The coupling between the two sets of calculations is performed on a rectangular excitation box surrounding the local structure. We show the usefulness of the method in ground-motion studies where both near-field source effects and local site effects are important. Technical problems connected with the inconsistency between the 3D source radiation and the 2D FD calculation are minor for the relatively distant in-plane point explosive sources, but are more serious for the in-plane dislocation sources.     

体波谱振幅相关系数法在肥东地震序列震后判定中的应用

地震直达体波记录的观测谱包含震源、传播路径和台站信息,而发生在同一震源区的不同地震,如:序列地震,在同一地震台站的记录,受传播路径影响基本相同,地震台站的场地响应、仪器响应也完全相同。因此,序列地震体波观测零频谱的相关系数直接反映震源辐射图型因子的相似性,即震源机制解的相似性。将该方法用于2009年安徽肥东地震序列,与传统方法计算的震源机制解作比较,结果显示,谱振幅相关系数法能反映序列地震震源机制解的变化过程。     

二維弹性波模型試驗

一、引言只有在少数比較簡单的介貭結构中,弹性波的传播問題可以自理論上予以解答;实际中所遇到的問題,往往要复杂得多。卽使是最簡单的問題,理論的計算也常常很繁复。因此如何利用簡便的模型来解决弹性波的传播問題,是很多人所感到兴趣的。     

用岩芯模拟测试参数做模型正演预测储层油、气、水边界

利用地震资料进行AVO油气检测,需要提供准确的储层岩石物性参数．通过对准噶尔盆地西部储层岩样实验室测定,得出合不同流体岩石在不同温度、压力下纵横波速度、速度比、泊松比的变化规律及差异．根据其差异性,用Zoeppritz方程做模型正演,以确定目的层有无AVO响应,以便对地震剖面做针对性的特殊处理．实际应用结果表明,用实验室测试的岩石物性参数做模型正演,可提高AVO检测的准确性,为用地震资料结合实验室岩芯测试参数预测地层油、气、水边界提供了有效手段．     

Earthquake dynamics on circular faults: a review 1970–2015

We review the development of earthquake dynamics taken from the point of view of the origin of seismic radiation instead of the detailed study of rupture propagation on complex surfaces. Many features of seismic radiation can be explained by simple models that serve as elementary canonical problems. Some of these properties are very well known like the fact that at low frequencies, the seismic spectrum is proportional to the seismic moment. At high frequencies, on the other hand, radiation is generated by the motion of the rupture front, in particular stopping phases and geometrical obstacles (barriers). A rupture front moving at constant speed does not produce far-field radiation. For many practical applications, for determining source size and stress drop, for example, it is not necessary to determine geometrical details of the rupture. For such cases, a simple circular crack model is quite sufficient. An improvement on this method is to do dynamic inversion on simple, elliptical-shaped sources and letting the rupture start arbitrarily from a point on the fault. This problem can be solved nowadays with finite differences and a variety of inversion techniques.     

美国中东部地震台阵波场的三分量波形梯度

波形梯度法是一种全新的台阵数据处理技术,该方法利用子台阵中的波形差异可以得到一些基本的地震波传播参数.本文首次将其应用于美国中东部地震台阵面波的三分量研究当中.首先通过垂向分量的面波进行波形梯度分析,得到垂直分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.再通过垂向分量得到的传播方向进行坐标旋转,从而得到了径向分量以及切向分量的面波,再将其应用于波形梯度分析,分别得到径向分量以及切向分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.利用2012年8月27日发生在中美洲西海岸地震事件的三分量地震数据的面波波形得到的结果显示,在相同周期,研究区域的三个分量面波的相速度分布横向差异显著.切向分量面波的相速度分布特征差异较大,可能是由于径向各向异性造成的.三个分量的传播方向变化都不大,且切向分量的传播方向变化大于垂直分量与径向分量,说明地震波的切线分量在传播过程中受到的影响更大,同时还可以看出传播方向的变化呈现出条带状的特征.几何扩散和辐射花样都是与地震波的振幅项有关的信息,三个分量的几何扩散特征基本一致.但是由于切向分量传播方向变化相对较大,可能导致了切向分量面波的辐射花样有所差异.