什么叫“S 波分裂”?

最近,S 波分裂的实验、观测、分析与应用引起人们关注。但什么叫 S 波分裂呢?当 S 波通过有裂纹的介质时,平行于裂纹面振动的s波先到达台站,垂直于裂纹面振动的 S 波后到达台站,这种“一分为二”的现象称为 S 波分裂(Shear wave splitting)。具有裂纹的介质,可以是孕震区,可以是油田注水压裂区,也可以是煤田开采的破裂区。总之,为各向异性介质。因此,有人把 S 波分裂视为研究各种各向异性介质的强有力工具。     

含粗糙面断层的远场体波辐射

本文用位错模式研究了含粗糙面断层的远场地震体波辐射。假设粗糙面大小和整个错动面大小的比值为C,并假设破裂从中心开始,计算了不同C值对远场地震波谱的影响。结果表明,与均匀圆盘状断层的远场振幅谱相比,不同之处是,由于粗糙面的存在,当裂纹前端传播至粗糙面的边缘处时,引起波谱开始部分的分裂,表现在谱的第一个波谷处。粗糙面的大小对振幅谱的影响不显著。另外,比较P波和S波振幅谱,发现S波波谱的拐角频率比P波的低。     

SH波作用下浅埋裂纹附近半圆形凸起的地震动

利用Green函数、复变函数及多极坐标法研究了浅埋裂纹附近的半圆形凸起地形对SH波的散射问题。首先求解出适合本问题的Green函数,即含有半圆形凸起的弹性半空间内任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移场的解答。然后,从半圆形凸起地形对SH波的散射问题出发,利用本问题的Green函数在基体内构造裂纹。最后给出了浅埋裂纹附近的半圆形凸起地形对SH波散射的位移场。通过算例讨论了裂纹对地表位移幅值的影响,结果表明裂纹在一定情况下具有减震作用。     

水平层状介质中基阶瑞利面波椭圆极化特征数值分析与研究

近年来的工程实践表明,以速度频散特性为理论基础的传统瑞利面波法的实际应用存在场地限制的瓶颈问题.为克服该困难,本文从面波的基础理论着手,在前人建立的水平层状介质中瑞利面波速度频散方程的基础上,推导了水平层状介质中瑞利面波质点位移的解析解公式.以工程中常见的几种典型的水平层状地层模型为例,结合地脉动单点谱比法(HVSR,Horizontal to Vertical Spectral Ratio),对基阶瑞利面波的椭圆极化特征进行了数值模拟研究.研究结果表明:与瑞利面波的速度频散特性类似,其椭圆极化同样具有频散特性,且椭圆极化时的质点位移水平分量与垂直分量的频谱比与地层泊松比结构有关.瑞利面波的这种椭圆极化特性展示了利用单点瑞利面波的多分量评价地层泊松比结构的理论可行性.     

非穿透裂纹平板试件三维破裂的实验研究

在研究地震孕育及震源破裂的问题时,用三维破裂来模拟地震破裂过程,比二维破裂与实际更加接近。我们设计了一组实验,采用几种不同的材料（玻璃、有机玻璃和大理石等）做成平板试件,在其中心预制非穿透裂纹,并在单轴压下进行了实验研究。 实验结果表明,非穿透裂纹与穿透裂纹的扩展情况有质的差别。非穿透裂纹的扩展并不沿原裂纹面延伸,而是沿裂纹前缘扩展出许多裂纹面,每一个破裂面都是复杂的扭曲、拐折的曲面。这可能意味着实际地震断层的扩展情况也是极为复杂的。     

近表面周期裂纹阵对SH波散射问题的边界元解

针对半空间中一近表面周期裂纹对SH波的散射问题,本文采用边界元法进行研究。利用周期性的条件,将问题归结为一个典型条带中含单个裂纹的问题,并推导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程。为了解决高阶奇异的边界积分方程的数值计算问题,本文采用解析的方法进行降阶。计算了半空间表面的位移,与其他方法求解结果的比较证明了数值计算的可靠性。     

面波勘查技术及在滑坡地质调查中的应用研究

多道瞬态面波法在滑坡调查等工程勘察领域中被广泛应用,本文以多道瞬态面波法为手段进行面波技术在滑坡地质调查中的应用研究.研究了面波勘察中锤击、落重等震源的频谱成分,分析了震源质量、高度、垫板材质等因素与面波信号的关系.同时研究了4 Hz、10 Hz和28 Hz三种频率动圈式检波器采集的信号频谱成分,指出面波勘察中检波器选择应综合考虑勘探深度和分辨率.在试验研究成果指导下利用多道瞬态面波法对秦岭一小型滑坡进行勘察,瞬态面波勘察地质解释与钻探结果相吻合,从而证明面波勘察技术是一种高效和高精度的滑坡地质调查手段.     

弹性波在含双裂纹岩体中的传播分析

岩石和岩体是具有复杂细微观结构的非均匀介质.弹性波在岩体中传播时,与岩体细微观缺陷相互作用表现出弹性波的频散效应.为研究岩体内部细观结构对弹性波频散效应的作用,本文采用双裂纹模型:在模型内部,考虑裂纹间的相互作用对弹性波的影响,以分析弹性波在双裂纹体系间的多次散射作用;在双裂纹体系间,采用线性叠加分析法,以考虑岩体缺陷影响的局部化.对波动方程应用Green函数基本解,利用边界积分方法,将双裂纹体系作为内边界处理,得到相应的频散方程,由此对比分析了双裂纹体系在上述两种分析方法下的区别,进一步探讨了双裂纹体系参数、孔隙流体压力和卸荷对岩体频散特性的影响.     

近表面裂纹对SH波散射问题的边界元解

本文采用边界元法研究了半空间中一近表面裂纹对SH波的散射问题,导出了以裂纹张开位移为未知函数的边界积分方程,针对边界积分方程高阶奇异性的特点,运用降低奇异性的方法,计算了裂纹边界面的裂纹张开位移、半空间表面的散射位移、裂纹尖端的动态应力强度因子。给出的算例表明,本文的方法不仅计算量小,而且有较好的精度。     

二维起伏地形瑞利面波速度频散特性数值模拟研究

瑞利面波在起伏地形下传播的特性不仅与介质性质有关,而且与地形起伏程度有关.目前,国内外对水平地形下瑞利面波频散特性研究较为成熟,但对起伏地形下瑞利面波的频散研究较少.由于地形影响,面波和体波是耦合在一起的,完备的理论尚在探索中.本文以水平地形瑞利面波传播理论为基础展开起伏地形下瑞利面波传播特性研究.首先应用二维有限元数值模拟方法,基于波场快照和合成地表地震记录研究了起伏地形条件下瑞利面波波场的传播特征.在此基础上,研究了起伏地形引起的波场畸变对多道瑞利面波速度频散分析的影响.研究表明:由于起伏地形对波场能量的散射和反射产生传播波的模式转换,导致起伏地形远场为瑞利面波和转换S波叠加的复杂波场,该复杂波场会影响多道瑞利面波的速度频散特征.当地形高差小于0.2个优势波长时,地形影响较小可以近似忽略;而当地形高差接近或大于面波的优势波长时,地形影响较大,在资料解释需考虑.     

凹陷地形对Rayleigh面波传播影响的研究

利用局域离散波数法,研究了地形对近地表爆炸源产生的Rayleigh面波的影响,展示了Rayleigh面波穿越地形过程中波的传播进程,研究了穿越地形前后Rayleigh面波能量、频率的变化,并讨论了该变化与地形起伏程度的关系,从中可见,Rayleigh面波穿越地形时,激发出新的体波和面波,并且越陡的地形对面波传播的阻碍性越强,且面波高频部分能量损失的越多.     

地幔波震级的规范化标定与观测

本文基于瑞利面波的激发和传播理论,导出了零级地震的理论面波谱表达式;并以零级地震为参考地震,以零级地震所相应的面波谱和地震矩作为地幔波震级规范化标定的参照依据,进而提出了测定地幔波震级的新方案。利用CDSN-LPZ信道中的面波资料测定了1987-1990年间全球54次浅源大地震的地幔波震级M_m,并对Okal和Talandier（1989）用GEO-SCOPE-VLPZ及PAS-VLPZ信道中的基阶瑞利波所测1970-1987年间88次地震的结果作了校正。综合这两部分观测结果,得到M_m=1.00 1gM₀-12.13,由此测定的地幔波震级与中小地震的面波震级M_s趋势相一致,为解决面波震级饱和问题提供了一种可行的途径。     

地幔波震级的规范化标定与观测

本文基于瑞利面波的激发和传播理论,导出了零级地震的理论面波谱表达式;并以零级地震为参考地震,以零级地震所相应的面波谱和地震矩作为地幔波震级规范化标定的参照依据,进而提出了测定地幔波震级的新方案。利用CDSN-LPZ信道中的面波资料测定了1987—1990年间全球54次浅源大地震的地幔波震级M_m,并对Okal和Talandier(1989)用GEO-SCOPE-VLPZ及PAS-VLPZ信道中的基阶瑞利波所测1970—1987年间88次地震的结果作了校正。综合这两部分观测结果,得到M_m=1.00 1gM_0—12.13,由此测定的地幔波震级与中小地震的面波震级M_s趋势相一致,为解决面波震级饱和问题提供了一种可行的途径。     

利用瞬态瑞雷面波法探测浅层玄武岩三维分布——以沙特Sabkhah Ad Dumathah地区为例

沙特Sabkhah Ad Dumathah地区浅层玄武岩的分布影响着该区钙结岩型铀矿的发育空间和分布范围,然而常规钻探、(电)磁法、重磁法等技术手段,对于该区浅层(约30 m以浅)玄武岩,存在探测难度.本文提出了利用瞬态瑞雷面波法开展浅层玄武岩探查试验研究,首先通过面波数据采集技术的系统试验研究,获取了较适用的面波数据采集方法,其次经过面波资料处理得到用于解释的面波速度映像图,最后基于该处理的三维面波速度映像图,解释了浅层玄武岩的三维分布范围和形态特征,通过与测区内已知钻孔资料进行对比,探测结果与地质认识相吻合.可见本文使用的面波勘探法能够较好地探测浅层玄武岩的三维空间分布规律特征,为今后类似工作提供重要参考和借鉴.     

具有孔边裂纹的岩石厚壁筒试件的破裂特征

用五种应力途径对由五种岩石制备的孔边有予裂纹的厚壁筒试件进行实验,研究上述条件下岩石的破裂特征。结果表明:对含径向并贯穿轴向裂纹的试件,其破裂沿裂纹方向,为典型的张开型破裂;含与定直径成45°角并贯穿轴向裂纹的试件,破裂亦呈张开型,其裂面始于裂纹前缘,但却折转约45°角与定直径近于平行;中心含与轴向成45°角的椭圆裂纹试件的破裂,仍沿裂纹面方向,为张开型与滑开型的复合破裂。     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

瞬时偏振滤波技术压制X分量中的面波(英文)

瑞雷面波与体波在偏振上的差异使得利用偏振特征分离这两种波场成为可能。为克服滑动时窗法在应用中存在的一些问题,本文将工程地震和天然地震信号分析中的复数道技术与瞬时偏振分析技术引进到能源领域多分量地震勘探转换波记录中的面波压制处理。理论模拟与野外实测数据的处理试验显示了较好的压制面波、保留有效信号的去噪效果,证明了该技术值得在多分量数据处理中推广应用。     

水平层状海洋-地球模型中地震面波振型解

提出了一种求解水平层状海洋-地球模型中面波振型问题的新算法. 这种算法具有理论上的简洁和计算上高效特性以及在高频情况下数值计算上的稳定性, 从而彻底消除了在高频情况下数值计算上的精度失真问题, 为研究海洋-地球模型中面波传播及相关问题提供了一个有力的工具.     

微动面波的介质响应和H/V谱特征研究

目前,微动面波信息研究的主要方法是对面波中的Rayleigh波成分进行相关性分析.为了充分有效的利用面波信息和提高识别的准确度,本文基于微动面波H/V谱的基本原理,通过对给定模型的数值计算,得到了微动面波的介质响应曲线和H/V谱,分析了面波中Rayleigh波和Love波多模式波的介质响应和H/V谱特征.结果表明微动面波的介质响应特征与地层界面具有一定的对应关系,且在H/V谱中Rayleigh波和Love波的主频具有一致性,Love波的利用对H/V谱具有增强作用,文中也指出了H/V谱法在高频应用领域中有待进一步解决的问题.由于该方法使用的是地微动噪声中的面波信息,不需要专门的震源,因此具有经济快捷、应用范围广泛等优点,将可能成为一种新的有很好应用前景的地球物理勘探方法.     

基于相移和相位滤波的面波压制方法（英文）

三维地震空间采样间隔偏大造成面波往往存在假频,给面波压制方法带来困难。本文提出对地震记录进行线性相移处理,解决假频面波与有效信号FK_XK_Y域混叠的问题;通过相位滤波和FK_XK_Y滤波逐次衰减面波能量,对存在空间假频的面波能量具有较好的压制效果。理论模型数据和实际数据处理表明:基于相移和相位滤波的面波压制方法能够消除面波及其假频能量,同时保护了有效信号低频能量。