高铁地震面波相速度频散曲线提取

为了充分利用高铁地震信号中的面波信息,本文将双台法和旋转法等面波相速度提取方法应用于高铁地震模拟记录,尝试提取基阶瑞利波与勒夫波相速度频散曲线.通过分析以高铁高架桥的桥墩为源的高铁波场干涉特征,给出了适用于高铁地震波场的面波相速度校正方法;通过数值实验,证明了方法的有效性.     

面波频散曲线快速追踪算法

层状地球模型面波频散理论传播矩阵法采用传统的Knopff's root-bracketing算法求频散函数的根即相速度,并广泛应用至今。本文提出了一个自动追踪求根算法,使频散曲线的计算变得更为有效,方便和快速。     

基于面波频散曲线聚类分析的近地表横波速度反演

获取准确的近地表横波速度对复杂地表条件下弹性波地震数据处理和成像非常重要.在浅层面波工程勘探中通过反演提取的频散曲线可以获得近地表横波速度结构.在多道面波频散曲线分析中, 频散关系拾取的精度直接影响速度反演结果的可靠性.本文在多道面波叠加及自动拾取频散曲线基础上, 提出了基于面波频散曲线聚类分析的近地表横波速度反演方法.该方法充分考虑了低信噪比条件下面波频散曲线的不确定性, 通过在频散曲线拾取中引入曼哈顿距离K-Means聚类算法提高频散曲线拾取的准确性.采用多道多窗口叠加技术提高了面波反演对横向速度变化的适应性, 通过聚类算法和多窗口叠加提高反演的可靠性, 聚类算法获得较准确的频散曲线更利于后续横波速度反演过程.模拟数据算例对比表明本文提出的方法比常规算法效果更好, 精度更高.将提出的方法应用于工程勘探和油气勘探的面波数据反演中, 结果也验证了该方法的有效性.

     

基于时频分析方法提取瞬态瑞利波频散曲线

作为一种无损浅层勘探方法,瑞利波越来越多地应用于地震工程、环境工程及岩土工程测试中。其中,一项重要的工作是提取瑞利波的频散曲线。根据激振方式不同,瑞利波勘探可分为稳态法、瞬态法和地脉动台阵法。基于相位谱法提取瞬态瑞利波的频散曲线,一般将两通道瑞利波的相位差限制在2π之内,因此限制了两拾振器之间的布点距离。本文利用时频分析方法,分析了瞬态瑞利波法频散曲线的提取方法,避免了对相位差的限制。数值试验结果表明,采用时频分析方法提取到的频散曲线具有较高的精度。     

山西地区面波相速度分布图像

本文根据山西数字地震台网31个台站和周边河北、河南、陕西、内蒙数字地震台网6个台站2009年2月-2011年11月记录的面波资料,利用双台法测定了350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40～50 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和3条不同方向的相速度剖面,这些图像揭示了山西地区地壳上地慢速度结构的横向非均匀性质和相速度纵向变化特征.10s周期的相速度分布图像显示出断陷带与两侧隆起区相速度存在明显的差异,凡个断陷盆地的最大沉降中心附近呈现低相速度异常;山西6级以上强震大都分布在15s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上;20～26 s周期的相速度以38°N为界呈现出南高北低格局,与山西断陷盆地带莫霍界面埋深南浅北深的结果相吻合;36 s～54 s周期相速度图像的低速区域逐渐收缩到大同一带,进一步说明南部区域在该周期反映的深度范围已进入上地慢,而大同盆地的低速可能与该区域的新生代火山群有关.沿113°E的南北相速度纵剖面显示周期25～75 s以38°N为界,南部相速度高、北部相速度低,证实了38°N线附近是晋北地块、晋南地块的“软”、“硬”块体的结合部位,可能是由于软流圈上涌幅度不同造成了深部速度的南北差异;其他两个横切裂谷的剖面显示出与人工地震测深剖面相似的特征.     

TSAnalysis软件在辽宁地区面波频散提取中的应用

介绍了在辽宁地区使用基于图像分析的双台相速度频散曲线提取方法进行相速度频散提取的工作,并选取了TSAnalysis软件操作实例详细展示提取过程。通过质量控制和筛选,获得了15~120s周期范围内的1100条独立双台路径相速度频散资料。     

基于面波频散的三维横波速度方位各向异性层析成像方法

地震各向异性是反映地球内部介质特性的重要指针之一。常用的横波分裂法和二维面波方位各向异性层析成像方法很难准确反映各向异性随深度的变化。将与周期相关的区域化面波方位各向异性转换成与深度相关的一维横波速度方位各向异性可以弥补深度信息不足的缺陷。现有三维横波速度各向异性研究多是通过两步方法来实现的,即逐个周期二维面波方位各向异性层析成像以及逐个格点一维横波速度方位各向异性反演。这种分步反演的方式既不利于三维先验约束的引入,也不利于利用原始观测拟合误差对三维模型进行直接评估。因此本文开发了基于面波频散曲线的三维横波速度方位各向异性层析成像方法,并编制了相关正演和反演程序。为了检测方法和程序的有效性,我们对规律分布的三维检测板模型进行了模拟测试。测试结果显示:该方法可以很好地恢复各向同性波速异常、各向异性相对强度和快波方向等三维结构信息;而且反演模型相对于参考模型明显改善了对观测数据的拟合,降低了对观测数据的均方根误差。但对各向同性理论模型进行各向异性反演时,在波速均匀区可产生小于0.5%的假各向异性幅值,在波速非均匀区该假的各向异性幅值会更大,浅部可达3.5%。因此在实际应用中需要谨慎解释(浅...     

多地震叠加提取双台间面波频散信息

利用中国HIA台和哈撒克斯坦BRVK台的甚宽频地震仪记录的2011年日本MW9.0大地震及3次MW6——7强余震数据, 采用互相关法提取了双台间的瑞雷波群速度频散曲线．研究发现, 对于同一台记录的大地震和强余震激发的瑞雷波, 其主要能量的周期范围明显不同, MW9.0大地震面波主要能量周期长(70 s以上), 而强余震面波的主要能量周期相对较短（10——50 s）．单独利用大地震数据无法提取60 s以下的群速度频散, 而单独利用强余震数据无法提取100 s以上频散．将双台记录的特大地震、强余震数据进行互相关叠加, 可以提取出较为可靠的宽频带瑞雷波群速度频散曲线（10——200 s）．      

基于瑞雷面波群速度频散反演上海地区S波速度结构

利用上海测震台网固定台站地震面波数据记录,通过多重滤波法提取周期为8—20s的瑞雷面波群速度频散曲线,反演得到台站下方介质一维速度结构。结果表明：对于整个上海地区,其剪切波速度横向不均性不明显,在相同深度,每个台站S波速度差异较小,上地壳平均速度约为3.6 km/s,中下地壳平均速度约为3.8 km/s、4.1 km/s。     

面波频散测量的频时分析法

总结了面波频时分析(FTAN)的主要成果,如移动窗分析法、多重滤波法、残差频散测量法、时间变量滤波法,力图阐述各方法间的联系.对滤波参数的选择,详细介绍了常相对带宽、均等显示滤波、线性时间分辨、最佳滤波等,其中线性时间分辨是本文首次提出的新方法.对频时分析中的显示技术作了必要的讨论,最后介绍了如何利用频时分析方法作相速度测量.     

基于快速广义反射透射系数方法的面波群速度计算

在利用实际地震资料反演地球内部结构时,群速度往往比相速度更有意义.本文在水平层状均匀介质模型中,用快速广义反射透射系数方法（Pei,2008）计算了基阶瑞雷面波的群速度,并推导了Chen(1993) 4×4 层矩阵E的逆的解析表达式.文中用数值实验的方法合成了两个典型模型的群速度频散曲线,并与复合矩阵方法计算的结果进行了对比,结果表明本文的方法是切实可行的,与广义反射透射系数方法相比明显地提高了计算效率,尤其是在高频、层厚度大和层数多的情况下表现得更为突出.     

Apparent phase velocities and fundamental-mode phase velocities of Rayleigh waves

Rayleigh wave dispersion data usually appear in the form of multimodal spectra for a layered model structure. The number of dispersion modal curves depends on the number of layers in the model. The measured dispersion velocities from the frequency–wavenumber (F–K) space, however, may not represent the true phase velocities of the fundamental-mode dispersion curve, but apparent phase velocities. The present study discusses how multimode curves are generated in the multichannel analysis of surface waves (MASW) method and the cause of the apparent velocity produced by the F–K method. Results from a field trial demonstrate that apparent phase velocities fail to reveal thin layers with low velocities. A better agreement of the inverted model with the geotechnical record is obtained by using the data points extracted from the fundamental-mode curve of the MASW spectral image.     

广义S变换在瑞利波频散曲线提取中的应用

虽然一些时频分析方法已经被用于频散曲线提取中,但是它们自身时频窗的缺陷使的所得频散曲线信息缺失或错误.本文首次尝试利用广义S变换分析瑞利波的频散特性.以半空间模型为例确定方法的可行性,频散曲线变化准确反映地层变化情况.不同炮检距设置对频散曲线有一定影响,采用大于勘测深度,小于4倍勘测深度可以得到较稳定的结果.最后,为了得到更加光滑稳定的频散曲线,提出了一种基于多道瑞利波的改进方法.用此方法对四种典型地层模型下的多道瑞利波数据进行分析,得到频散曲线光滑稳定,且比理论频散曲线和基于单道法获得频散曲线更能准确反映地层变化情况.这就为瑞利波勘探中的反演解释提供了更可靠依据.     

A hybrid inversion method of damped least squares with simulated annealing used for Rayleigh wave dispersion curve inversion

Surface wave methods are becoming increasingly popular in many geotechnical applications and in earthquake seismology due to their noninvasive characteristics.Inverse surface wave dispersion curves are a crucial step in most surface wave methods.Many inversion methods have been applied to surface wave dispersion curve inversion,including linearized inversion and nonlinearized inversion methods.In this study,a hybrid inversion method of Damped Least Squares(DLS) with Very Fast Simulated Annealing(VFSA) is developed for multi-mode Rayleigh wave dispersion curve inversion.Both synthetic and in situ fi eld data were used to verify the validity of the proposed method.The results show that the proposed method is superior to the conventional VFSA method in aiming at global minimum,especially when parameter searching space is adjacent to real values of the parameters.The advantage of the new method is that it retains both the merits of VFSA for global search and DLS for local search.At high temperatures,the global search dominates the runs,while at a low temperatures,the local search dominates the runs.Thus,at low temperatures,the proposed method can almost directly approach the actual model.     

基于瑞雷波法的成都盆地场地剪切波速结构确定

在2008年的汶川地震中获得了大量的有价值数据和资料,使得成都盆地成为了研究的热点.为了能够获得成都盆地场地剪切波速结构,为成都盆地及汶川地震的进一步研究提供基本数据支持,本文利用多道面波分析方法在成都盆地(E:103°～105°,N:30°～32°)布置了40个面波测点进行场地剪切波速结构和覆盖层厚度的调查,测点间距...     

改进的等效半空间法及瑞雷波频散曲线反演

层状模型的理论频散曲线表明,层状模型表面瑞雷波同一频率对应的相速度具有多值特点,这就是所谓的瑞雷波多阶性. 面波的多阶性导致了实测频散曲线的复杂性,当地层中存在软弱夹层时这一问题尤为突出,从而给实测频散曲线的解释带来了困难. 本文从工程实用的角度出发,根据等效半空间理论,提出了一种计算理论频散曲线的新算法——改进的等效半空间法,避开了面波多阶性这一复杂问题. 由此方法计算得到的面波相速度并不同于某个具体阶数的面波,而是对多阶面波的综合反映. 按照改进的等效半空间法编制了拟合反演程序,并在工程中进行了运用,取得较好的效果.     

面波频散能量谱计算方法

面波勘探通过对提取面波的频散曲线等观测进而反演获得探测目标信息。面波勘探技术始于20世纪60年代,但近几十年来迅猛发展,已经被广泛应用在地震灾害及火山活动预测、深部地质结构、工程施工、矿区采空区、塌陷区探测以及星体近地表结构探测等方面。为了更全面了解面波勘探技术,本文从面波勘探技术的主动震源和被动震源这两种数据类型开始,回顾基于频散曲线和水平垂直振幅谱比观测的面波勘探技术基本理论,简要介绍面波反演方法,并介绍面波勘探技术的应用领域和发展趋势和前景。