三维TTI介质相速度和群速度

相速度和群速度是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,是弹性波传播理论中的核心内容,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文根据VTI介质的刚度矩阵,利用Bond变换建立了TTI介质刚度矩阵.再利用TTI介质刚度矩阵,结合弹性动力学的本构方程、牛顿运动微分方程和几何方程,得到了三维TTI介质弹性波波动方程和Christoffel方程.通过本征值方法求解Christoffel方程,推导了三维TTI介质弹性波相速度的解析表达式.利用Berryman和Crampin推导各向异性介质群速度公式,根据三维TTI介质的相速度解析式推导了三维TTI介质群速度解析表达式.数值试例表明,随着各向异性介质参数改变,TI介质弹性波相速度变化较为平缓,群速度变化较为剧烈,qP波和SH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.     

任意空间取向TI介质中速度随方位变化特征

本文基于任意空间取向TI介质中坐标变换的方法,扩展研究了任意强弱、具有任意空间取向对称轴的TI介质中体波相速度和群速度的方位变化;通过模型数值计算,获得了相速度与群速度方位变化图案,并比较了二者偏差.研究发现,各向异性越强群速度与相速度的偏差越大;并且,TI对称轴的空间取向和测线方位影响速度方位变化.相对于TI对称轴,速度方位变化图案不变;但是,随着TI对称轴空间取向和测线方位的改变,其速度方位变化呈现一定的规律性.研究结果可以精确地预测任意空间取向TI介质中速度方位变化,有利于地震各向异性数据处理与解释.     

任意空间取向TI介质中体波速度特征

对于倾斜叠层和非垂直裂隙岩层,用具有任意空间取向对称轴的TI (ATI)模型来描述更符合实际观测. 本文基于坐标变换的方法,研究任意强弱ATI介质中体波速度的角散和方位变化特征. 研究结果表明,ATI介质中体波速度随传播方向变化的速度图案相对TI对称轴确定,此确定的速度图案与TI的Thomsen参数相关;速度特征只依赖于传播矢量与对称轴的夹角. 因此,随着TI对称轴取向的空间变化和测线方位的变化,体波速度图案呈现多样性变化,并具有一定的对称性、渐变和重复性. 研究结果有助于进一步的理论研究和各向异性资料处理解释.     

任意各向异性介质相(群)速度的计算

反映弹性波在各向异性介质中传播特性的两个基础的物理量是相速度和群速度.本文在总结前人工作的基础上,提出任意各向异性介质相(群)速度的计算方案:首先推导各自计算公式,其次考虑剪切波奇点的特殊性,再次令其遵循相应约束条件,最后,采用三个计算实例检验该方案的正确性和有效性.通过对计算结果的分析以及各向异性理论预测可以加深对各向异性特有性质(如剪切波奇点、群速度多值性)的理解,有助于增强我们对任意各向异性理论的基本认识.     

TTI介质的相速度研究

推导了二维TTI介质的相速度表达式,并且依据推导出来的相速度表达式,模拟并分析了二维TTI介质相速度的传播快照以及TI介质相速度的传播快照;对比并分析了TTI介质和TI介质模型的相速度理论计算值的X分量特征的差异。TTI介质的相速度研究具有较高的理论研究价值和实际应用价值．     

裂隙各向异性介质中的NMO速度

推导了各向异性介质中由弹性系数表示的方位动校NMO速度的具体表达式,表明各向异性介质中方位NMO速度程椭圆形状,并分别对具水平对称轴的横向各向同性介质(HTI)、正交介质和单斜各向异性介质及在不同的裂隙填充物的性质下方位NMO速度进行了计算,结果表明裂隙的存在对NMO速度的影响不仅与裂隙密度有关,还取决于裂隙填充物的性质.同时,研究表明对于裂隙型单斜各向异性介质,其方位NMO速度椭圆轴向并不象HTI介质和正交介质中的那样与自然坐标系的坐标轴一致,而是发生了一定角度的偏离,其大小与裂隙填充物的性质、两组裂隙密度的比值及裂隙间的夹角等因素有关,研究结果为进一步区分裂隙介质的类型及裂隙填充物的性质提供依据.     

TTI介质弹性波相速度与偏振特征分析

相速度和偏振方向是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文假定倾斜横向各向同性(TTI)介质对称轴位于观测坐标系XOZ面内,在此观测坐标系下直接推导了TTI介质弹性波相速度和偏振方向的解析表达式,再进一步利用Thomsen弱各向异性理论,推导了弱各向异性近似条件下弹性波相速度以及qP波和qSV波偏振方向表达式.理论分析和数值试例表明,在相速度方面,随着各向异性介质参数改变,qP波和qSH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.弹性波相速度近似式误差均较小,能较好地近似精确相速度.在偏振方向方面,SH波偏振方向只是传播方向和对称轴倾角的函数,而与各向异性参数无关,SH波偏振方向既垂直于传播方向,又垂直于TTI介质对称轴方向.除特定方向外,qP波和qSV波的偏振方向与传播方向均成一定角度,并且随TTI介质对称轴倾角的改变而改变;在精确和近似情况下,qP波和qSV波的偏振方向始终垂直;在精度允许范围内,偏振方向的弱各向异性近似式与理论解析式吻合较好.     

压力对含裂缝岩石各向异性速度的影响

深入了解压力作用下裂缝性岩石的声学各向异性,在地球物理应用中具有重要意义.本文基于各向异性微分等效介质模型,结合不同压力下含硬币状定向排列裂缝岩石以及不含裂缝岩石在不同方向上的超声速度测量数据,计算得到不同压力下的裂缝参数,并进一步分析了压力引起的裂缝参数的改变,及其对岩石各向异性速度的影响.结果表明,岩石的裂缝密度与...     

鄂尔多斯块体及周缘瑞利面波相速度和方位各向异性研究

<正>鄂尔多斯块体被认为是华北克拉通自中生代破坏后残留的稳定地块,内部矿产资源丰富,活动微弱,而周缘地区新生代受到强烈改造,构造运动强烈,地震频发。由于鄂尔多斯块体处于中国东西部过渡区域,受到中国东西部双重动力作用的影响,其深部动力学问题一直是地球科学家研究的热点。     

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50 s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明：浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.

     

倾斜裂隙介质反透射系数研究

自然界的裂隙排列并非都是直立的,在复杂地壳应力作用下裂隙排列很可能是倾斜的.本文从各向异性弹性动力学基本方程出发,在特征矩阵方法基础上提出了计算任意倾斜裂隙介质水平界面上的反射、透射系数的简单方法,并利用该方法计算了倾斜裂隙介质P-P波、P-SV波和P-SH波的反透射系数.结果表明,P-P波、P-SV波和P-SH波的反透射系数与倾斜裂隙的倾角、测线方位以及偏移距这些物理参数之间存在一定的依赖关系.此外我们计算了C波的零入射相角时的反射系数,发现该反射系数跟裂隙倾角、裂隙的方位角有着明显的对应规律,且各向异性越强时,该反射系数越大.这些研究对于深入了解倾斜裂隙的动力学特征具有一定的意义.     

华北东北部的面波相速度层析成像研究

本文用华北临时地震台阵197个宽频带台站2006年12月～2007年6月记录的面波资料,用双台法测定了435条路径上周期8～75 s的基阶瑞利波相速度频散曲线.通过Ditmar & Yanovskaya 方法反演得到33个周期分辨率为30～50 km的相速度分布图像.分析研究了4个具有代表性周期的相速度分布图像,这些图像揭示了华北东北部地壳上地幔速度结构的横向非均匀性质.10 s周期的相速度分布图像清晰地勾绘出了华北东北部盆地与山区及其内部次级构造单元的边界,平原与山区的相速度存在明显的差异;华北东北部6级以上的强震大都分布在16 s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上,规模较大的断裂也大部分位于过渡带的边界附近;在研究区域中部,26 s周期的相速度出现一个明显的呈北东向展布的相速度梯度带,该梯度带与重力梯度带位置相近,说明该重力梯度带两侧的地壳速度结构差异较大.     

A comment on the use of spectral characteristics of teleseismic body waves to evaluate fine crustal structure

An investigation of the crustal response in the time and frequency domains is presented to show that for models with similar crustal transit times of P and S waves, any important changes in the internal configuration of the crust such as layering, layer thickness and velocity contrast only influence the amplitudes of the transfer function ratio. Frequency positions of peaks and troughs remain unperturbed unless the total transit time of P and/or S waves through the crust are varied. This would imply that fine crustal structure derived from a matching of peak positions of observed spectral ratios with theoretical transfer function ratios, as is commonly practiced, is not very meaningful. This limitation in the application of the spectral ratio method for detailed crustal structure is demonstrated using two recent applications of this technique.     

用于地震波场模拟的PML边界衰减因子研究(英文)

在地震波场数值模拟中,为了消除由人为边界产生的边界反射,需要引进边界吸收条件。本文从声波方程完全匹配层吸收边界的经典方法出发,基于高斯函数任意阶光滑的特点,提出了一种高斯型衰减因子,分析比较该因子与一般衰减因子的性质,并基于均匀与层状速度模型分别进行了数值模拟计算。数值结果显示,当选择相同的PML边界吸收层层数时,高斯型衰减因子的吸收效果明显优于一般的衰减因子,边界反射更少,信噪比更高;对比最近提出的正弦型衰减因子,在信噪比接近的情况下,高斯型衰减因子所需的PML吸收层层数更少。     

重力位谱分析及重力异常导数换算新方法——余弦变换

为了提高重力异常导数换算的精度,真实有效地反映地质体的异常特征,提出用余弦变换计算异常导数的新方法. 给出并证明了两个定理,利用它们推导出重力位余弦谱一般表达式以及重力异常各阶导数计算公式,建立了位场余弦谱分析理论. 模型实验中发现,用Fourier变换计算的一阶导数与理论导数偏差很大,而余弦变换计算的导数与理论异常导数拟合效果非常好,除边界几个数据因重力异常的有限截断产生的吉布斯效应残留使误差较大外,数据的计算精度均很高,误差为-0.09%～5%.     

A new ultrasonic interferometer for the determination of equation of state parameters of sub-millimeter single crystals

A new giga-Hertz ultrasonic interferometer has been developed, based on ultrasonic microscopy technology. The interferometer operates from 0.3 GHz to 1.5 GHz. The high frequency and associated small wavelengths together with the large bandwidth make it possible to measure travel times in samples with thicknesses of several microns and allow for unprecedented accuracy in bond corrections. An absolute accuracy of 1 part in 10⁵ in travel time measurements is achievable in single crystals (thickness of 200 microns) or glasses of interest to the earth sciences. The high precision travel time data, combining with sample length measurements using a laser interferometer built in our laboratory, yield very high precision ultrasonic velocities.The interferometer is intended for use in conjunction with a newly developed 4 GPa gas piston cylinder apparatus (Getting andSpetzler, 1993) for equation of state measurements under simultaneous pressure and temperature. A separate correction for the bond will be made for each datum at every point in temperature pressure space.     

大跨空间结构抗震理论发展综述

大跨空间结构由于其体量大且多作为人流密集的公共场所,因而在各种非常规荷载作用下破坏将造成更大的经济损失、人员伤亡和社会影响。系统的从以下3个方面总结了近年来大跨空间结构抗震理论所取得的主要进展:(1)大跨空间结构精细化的抗震性能评估理论,主要包括材料本构模型、地震动多点输入和结构强非线性模拟;(2)大跨空间结构抗震性能提升与修复技术,主要包括结构减震技术和隔震技术的研究与应用;(3)大跨空间结构抗震设计理论与方法,主要包括基于性态的设计方法和功能可恢复性的抗震设计方法。通过以上部分的系统总结和论述,形成大跨空间结构统一的抗震设计指导思想,并对此类结构的抗震研究的发展趋势和方向进行展望,从而为大跨空间结构设计、施工和监测提供借鉴。     

近地表地震地质复杂性的一种定量分析方法

复杂近地表散射衰减所有的地面观测波场,形成半随机半相干的近地表强散射噪音背景,弥漫整个炮集,淹没深层反射信号,是导致地震资料极低信噪比的主要原因.如何研究和评价近地表散射强度一直是石油勘探未解决的问题,这与起伏地表的粗糙度、近地表速度横向变化和结构倾角分布密切相关.基于前期复杂近地表边界元法波动方程数值模拟研究,本文提出一种复杂近地表散射振幅矩阵方法来分析近地表散射强度.首先对复杂近地表结构进行边界元配置方法离散,根据边界积分方程生成矩阵方程.我们不求解该矩阵方程（涉及海量计算）,只是利用矩阵分析技术来解析矩阵方程中的散射振幅系数矩阵,研究复杂近地表结构对不同频率波场的散射强度.该方法利用边界元对近地表结构几何特征的精确表征,研究起伏地表和非规则地质分界面对地震波传播的影响,由基本解及其在边界上的法向导数经过高斯数值积分计算得到的散射振幅系数矩阵,不仅描述了任意两点之间的相互影响,同时还刻画了边界形状特征的影响,为评价不同地质结构的散射强度提供了可能性.作为初步评价手段,我们采用矩阵元素总和与矩阵维数之比作为表征散射振幅系数矩阵散射特征的标量复杂系数,通过理论和实际模型测试,形成了一套行之有效、计算快速的近地表复杂性分析方法.