利用地震面波频散重建川滇地区壳幔S波速度

利用适配滤波频时分析技术分析覆盖川滇地区的长周期面波记录,计算了周期10~100 s内的面波群速度频散,对研究区进行划分尺度大小1.5°×1.5°分格后,采用射线追踪方法求取各分段射线的长度和时间,得到各个格子的纯路径频散.继而采用阻尼最小二乘法求解,反演得到该研究区壳幔S波速度分布.研究结果表明,川滇地区表现出地壳增厚和缩短,在地壳和上地幔顶部,川滇菱形块体内部与其外部相比,虽然存在局部速度负异常,总体上呈相对高速,其周边的走滑断裂带呈现深至上地幔顶部的负速度异常,这有助于地壳块体沿断裂的侧向挤出;此外,云南西部和四川西部壳内和上地幔高导层的存在被认为是与部分熔融的物质或与滑脱构造相关联;从纬向剖面和经向剖面可以得到四川盆地莫霍面平均深度大约为45 km,云南地区莫霍面深度南北方向不一致,云南地区最北端深度达到49 km,南端莫霍面深度大约为36 km,这说明不同构造块体在构造运动过程中受到影响的程度不同.     

不同胶结情况下套管井偶极弯曲波的频散特征研究（英文）

在声波测井领域,交叉偶极声波测井主要用于测量地层横波,判断地层的各向异性和裂缝。本文基于套管井中的偶极弯曲波传播特性,针对水泥胶结良好、I界面窜槽和II界面窜槽三种胶结情况下的基阶地层弯曲波的声场特性,计算了弯曲波的频散曲线并考察了水泥参数（弹性参数和几何尺寸）对弯曲波频散曲线的影响,利用实轴积分法计算了常规水泥或超轻水泥固井情况下软地层套管井的偶极全波,并采用谱域加权相似法对全波进行了频散分析。结果表明：在软地层常规水泥胶结良好的套管井中,弯曲波的截止频率高于常规偶极源的激发频带,但采用超轻水泥固井时,截止频率会向低频移动,超轻水泥固井有利于在软地层中测得弯曲波。当I界面窜槽时,弯曲波的截止频率向低频移动,在软地层中比较明显,超轻水泥固井情况比常规水泥固井向低频移动更为显著。如果II界面窜槽,无论何种水泥固井弯曲波的截止频率均低于2k Hz。不同胶结情况下的全波分析进一步验证和说明了弯曲波的频散特性对套管井水泥胶结质量比较敏感。     

Rayleigh波的频散方程高频近似分解和多模式激发数目

对于在Rayleigh波勘探中经常提取到的多模式频散曲线,如何在理论上对其特征进行描述是一个很有意义的问题. 本文根据Rayeigh波频散方程中传递矩阵具有的高频近似特征,提出了传递矩阵的高频近似分解公式,据此导出了频散方程的高频近似分解公式,并在此基础上,定义了Rayleigh波的4种基本模式(R模、S模、R型周期模和S型周期模). 根据频散方程具有的周期性特征,给出了周期模频散曲线之间的平均间隔近似公式,以及在任意频率和相速度段内频散方程根的数目（即多模式的激发数目）的预测公式. 在这些结果的基础上,本文最后提出了频散方程数值搜根的一种新方法.     

层状介质中地震面波频散函数和体波广义反射系数的计算

本文在B、P、C坐标中给出了弹性波在横向均匀介质中的传播矩阵,并将其表示为五个形式简单的矩阵乘积,其中有四个矩阵是与频率无关的。我们用传播矩阵的分离方式,将Abo-Zena（1979）算法大量简化。用本文的算法计算综合地震图时,计算量要比文献[2,7,8]的算法少一半以上。 文中还给出了地震面波频散函数和体波广义反射系数的快速计算步骤。     

频散介质中地质雷达波传播的数值模拟

地质雷达所探测的地球介质常常具有频散性．为了研究地质雷达在频散介质中的探测能力,提出了频散介质中时间域有限差分法计算麦克斯韦方程的方法,给出了满足Debye关系的频散介质中的电位移和磁场的迭代算法,以及由电位移计算电场的算法．只有在电场计算时才用到介质的物性参数．提出一种新的吸收边界条件的算法,通过增加假想的介电常数和磁导率,实现了吸收层中波的无反射衰减,克服了以往Berenger完全匹配层计算时对场进行分裂带来的麻烦,从而提高了计算效率．计算实例表明,频散介质中电磁波的衰减更快,测量信号变得很弱．     

层状介质中地震面波频散函数和体波广义反射系数的计算

本文在B、P、C坐标中给出了弹性波在横向均匀介质中的传播矩阵,并将其表示为五个形式简单的矩阵乘积,其中有四个矩阵是与频率无关的。我们用传播矩阵的分离方式,将Abo-Zena（1979）算法大量简化。用本文的算法计算综合地震图时,计算量要比文献[2,7,8]的算法少一半以上。 文中还给出了地震面波频散函数和体波广义反射系数的快速计算步骤。     

地幔瑞利面波的频散和衰减

本文利用世界标准地震台网（WWSSN）29个台记录的渤海地震（1969年7月18日,Ms=7.4）、炉霍地震（1973年2月6日,Ms=7.9）、海城地震（1975年2月4日,Ms=7.3）的长周期瑞利面波R1、R2、R3,测定了40—250秒周期内R2波群速度,45—200秒周期内经地球大圆路径的瑞利面波衰减系数和Q值,并讨论了地幔瑞利面波频散和衰减特征以及与区域构造间可能的联系。     

地幔瑞利面波的频散和衰减

本文利用世界标准地震台网（WWSSN）29个台记录的渤海地震（1969年7月18日,M_s=7.4）、炉霍地震（1973年2月6日,M_s=7.9）、海城地震（1975年2月4日,M_s=7.3）的长周期瑞利面波R₁、R₂、R₃,测定了40-250秒周期内R₂波群速度,45-200秒周期内经地球大圆路径的瑞利面波衰减系数和Q值,并讨论了地幔瑞利面波频散和衰减特征以及与区域构造间可能的联系。     

含黏滞流体各向异性孔隙介质中弹性波的频散和衰减

基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波－慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.     

基于MC-PML的二维Rayleigh波正演模拟及频散特征分析

Rayleigh波正演模拟是认识Rayleigh波传播规律的重要手段,也是Rayleigh波反演的基础.然而,在浅地表高泊松比地质体的Rayleigh波正演模拟中,应力镜像与二阶速度展开的自由表面处理方法配合传统的C-PML技术会产生严重的数值不稳定问题.为此,本文首先从弹性波动方程出发,基于应力镜像与二阶速度展开法,推导了自由边界条件下应力分量与速度分量的更新公式;然后再借助MC-PML边界条件处理模型左右两边和底部的人工截断边界,以确保自由边界与吸收边界耦合区域的计算稳定;最终采用GPU并行编程架构,实现了基于MC-PML的Rayleigh波正演模拟技术．通过四组典型模型试验及频散分析结果表明:应力镜像与二阶速度展开的自由表面处理方法结合MC-PML技术能够准确刻画Rayleigh波传播规律,MC-PML技术不受自由表面影响,未见数值不稳定,频散能量谱的峰值连线与理论频散曲线的高度一致性进一步证实本文Rayleigh波正演模拟所采用的关键处理技术是正确的．     

黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演

瑞利波具有能量大、信噪比高等特点,可以用来反演介质内部的力学信息,近年来在浅层地球物理勘探、深层地震学研究以及超声波无损检测等多个领域都有较广泛的应用。目前大多数瑞利波的应用中都假设介质是弹性的,然而实际中岩石、土壤和金属等介质都在一定程度上体现出了黏弹性。当介质的黏弹性较强时仍然采用弹性假设研究其中瑞利波的反演将增大误差,因此有必要考虑黏弹性介质中的瑞利波反演,但是目前这方面的研究仍不够深入。本文研究黏弹性介质中瑞利波频散曲线和衰减系数曲线的反演问题,给出其在半空间中联合反演的方法,并对该方法的误差进行分析。     

有限元三角网格中波动的频散分析及数值仿真

波动问题有限元离散后会引起数值误差, 数值频散的本质就是数值误差传播引起的非物理解. 数值频散不仅没有实际意义, 而且还会影响对真实波动现象的认识. 为厘清有限元三角网格中波动数值频散的影响因素, 本文推导了集中质量矩阵和一致质量矩阵的频散函数, 同时给出了组合质量矩阵的频散函数, 并对不同质量矩阵的数值频散进行了对比研究. 理论分析和数值计算结果表明: 有限元三角网格中波动的数值频散受网格布局、 波传播方向、 单元网格纵横比以及质量矩阵的影响; 一致质量矩阵的数值频散比集中质量矩阵更易受到波传播方向的影响; 不合理的三角网格单元会对数值相速度(数值频散)产生不良影响; 正三角网格中波动的数值频散几乎不受波传播方向的影响; 一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合能够有效地压制数值频散.      

各向异性和倾斜界面介质中P波质点运动的理论模拟与应用

P波质点运动已经成为研究地震台站下方浅部地壳S波速度结构的一种重要手段.然而,现有研究主要基于水平层状各向同性介质的假设,对于各向异性和倾斜界面对P波质点运动的影响仍缺乏系统研究.本文通过理论模拟初步研究了各向异性和倾斜界面情况下的P波质点运动特征.模拟结果表明,各向异性和倾斜界面会使P波质点运动随反方位发生周期性变化,而且这种变化具有频率依赖性,反映了结构的垂向变化.四川盆地是研究青藏高原生长与物质外向逃逸的重要场所.本研究以盆地内部的宽频带流动地震台站S124为例,探讨利用P波质点运动研究浅部地壳各向异性和界面几何结构的可行性.研究结果显示,台站下方~4-5 km以浅的地壳具有明显各向异性（~20%）,且其快轴方向（近东西向）与川中走滑断裂带走向一致.这表明研究区浅部地壳的变形模式可能主要受到断裂构造的控制.本研究的理论模拟和初步应用均表明,利用不同频率P波质点运动的反方位变化能够有效约束浅部地壳的各向异性和/或界面几何结构.

     

利用接收函数、面波频散和ZH振幅比联合反演青藏高原东南缘地壳结构及其动力学意义

本文利用布设在青藏高原东南缘350个宽频带流动地震台站2011年至2014年记录到的远震体波和面波数据来更好地约束研究区地壳S波速度结构.我们采用分步线性迭代反演算法对远震P波接收函数、瑞雷面波相速度和ZH振幅比进行联合反演获得了研究区高分辨率三维S波速度结构.得到如下结果：(1)在中下地壳主要存在两个低速体,一个从川西北次级块体向西南方向延伸穿过红河断裂进入滇缅泰块体;另一个沿着小江断裂和普渡河断裂分布,向南延伸到24°N左右.且这两个低速体与主要断裂有很好的关联性.(2)两个中地壳通道流是由于滇中次级块体中部(峨眉山大火成岩省内带)的高速异常体对来自青藏高原中部东南方向的中下地壳弱物质流的阻挡而形成,并且我们推测东南侧的地壳流很可能是西北侧的主地壳流沿着安宁河断裂流入.绝大多数地震分布于低速通道流的边界区域,说明低速通道流的存在有助于断裂发生剪切运动而诱发地震.(3)基于以上结果,我们认为除了中下地壳流模型,沿着主要走滑断裂的刚性块体的挤压滑动对于青藏高原东南缘的地壳形变和动力学演化也起着非常重要的作用.(4)在峨眉山大火成岩省内带下方10 km到Moho面总体呈现高速异常,推测可能是二叠纪峨眉山大火成岩省形成时期火山作用和基性超基性岩浆侵入地壳所致.

     

利用接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比联合反演青藏高原东北缘及周边地区地壳结构

本文对在青藏高原东北缘及邻近地区架设的571套宽频带流动地震台站记录到的连续波形数据进行处理,通过联合反演P波接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比,获得了研究区高分辨率三维地壳S波速度（V_S）结构.研究结果显示,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带以及北祁连造山带下方15~40 km的深度范围内存在很显著的S波低速异常体.其中,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带下方的低速异常体很可能与部分熔融有关,且造成部分熔融的原因除了剪切加热外,还有可能是软流圈物质上涌和地壳内部的放射生热.而北祁连造山带的低速异常体则可能由地表隆升和地壳增厚所造成.阿拉善块体内部分布有很多不太显著的低速异常体,这可能与阿拉善块体经历了复杂的构造变形有关.在银川—河套地堑下方20~35 km的深度范围内同样观测到了相对不太显著的低速异常体,这更可能与基性岩浆的底侵作用有关.

     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.     

流体饱和周期性层状孔隙介质模型平行层面传播的纵波频散和衰减研究

孔隙介质中的地震波传播一直是油气地震勘探领域的研究热点和难点问题.该科学难题源自不同尺度的裂隙、孔隙、溶洞与岩石骨架之间的耦合作用,导致地震波场特征复杂.目前相关的研究主要集中于探索孔隙介质中地震波的传播机制及地震响应的特征与变化规律,包括对地震波在复杂孔隙介质中传播,进行比较精确的数学物理描述以及数值实现.地球物理学家们集中于研究垂直于地层层面方向入射的地震波频散和衰减,而忽略了实际地球介质中的地震波是以任意角度(方向)入射并进行传播的普遍性情况.在前人的研究基础上,本文的创新之处在于将纵波的入射方向扩展到平行于流体饱和的周期性层状孔隙介质模型层面方向.针对流体饱和的周期性层状孔隙介质模型,提出了介观波致流(Wave-induced Fluid Flow, WIFF)对流体饱和孔隙层状介质中平行于层面方向入射的纵波频散、衰减及频变各向异性的新模型.利用准静态Biot孔弹性方程推导出了模型的孔隙压力、流体流动速度、平均应力和平均应变等物理量的解析表达式,进而得到流体饱和的周期性层状孔隙介质复纵波模量的精确解析解．然后,利用复纵波模量讨论了纵波速度频散、衰减和频变各向异性特征,讨论了背景...     

可控源海洋电磁勘探中空气波影响的理论分析和数值模拟

可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上, 基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道, 利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用.     

可控源海洋电磁勘探中空气波影响的理论分析和数值模拟

可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上, 基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道, 利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用.