倾斜界面和各向异性介质对接收函数的影响

接收函数方法自Langston提出以来,经过近30年的不断发展,接收函数在提取方法、反演技术以及界面成像等方面取得了重要进展,已逐步成为研究地球内部、特别是地壳上地幔结构的重要手段.近年来,随着观测和研究的不断深入,倾斜界面和各向异性介质对接收函数的影响也逐渐引起人们的重视.本文通过建立不同的倾斜界面和各向异性模型,计算了不同模型的理论接收函数,比较系统的阐述了径向和切向分量接收函数的变化特征,通过分析发现倾斜界面和各向异性介质都能使接收函数的切向分量产生明显的能量,并使径向和切向分量呈现周期性的变化,倾斜界面和各向异性介质产生的接收函数波场特征的差异主要表现在周期性和转换震相的到时差上,通过分析不同方位角的径向和切向接收函数,研究直达P波和PS转换波振幅及到时随方位角的变化规律,可以较好地区分倾斜界面和介质各向异性的影响.     

倾斜界面和各向异性对谐波分解方法的影响研究

利用接收函数谐波分解方法可以提取地壳下方的不均匀信息,但当多种不均匀性同时存在时,该方法反演结果的准确性目前尚不十分清楚。基于5组20个理论模型,研究了倾斜界面和各向异性对谐波分解方法的影响。结果表明,对于只存在倾斜界面的情况,利用谐波分解方法可以很好地得到模型参数。在各向异性和倾斜界面同时存在的情况下,各向异性的存在会影响谐波分解得到的倾斜界面振幅信息,而且这种影响还和倾斜界面的走向有关。倾斜轴各向异性谐波分解得到的各向异性强度与倾斜轴倾角大小有关,与快轴方向关系不大。使用谐波分解方法对江西九江台进行分析,结果表明,台站下方倾斜和各向异性共存,快轴方向约为86°,时间延迟约为0.46 s。     

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响*

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

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.

     

各向异性介质三维倾斜界面共反射点／共转换点道集NMO速度研究

地震波在介质中的传播速度是地震勘探中的一个重要物理量,是地震资料处理和解释的核心基础。地震资料的时深转换、构造成像、岩性识别、裂隙检测等都离不开速度,可以说速度贯穿地震资料处理和解释的各个环节。     

倾斜界面中反射波走时计算

对于平层界面和倾斜界面的反射地震波,基于射线理论,采用波动方程进行数值模拟;使用Matlab软件,编写2种界面不同倾角、不同震中距时反射地震波走时程序,绘制走时曲线,分析地震波的传播特点,为研究地震波在地球内部的传播路径提供参考。     

倾斜界面中反射波走时计算

对于平层界面和倾斜界面的反射地震波,基于射线理论,采用波动方程进行数值模拟;使用Matlab软件,编写2种界面不同倾角、不同震中距时反射地震波走时程序,绘制走时曲线,分析地震波的传播特点,为研究地震波在地球内部的传播路径提供参考。     

一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.     

三维分块倾斜界面的反演及其应用

介绍了利用反射波走时反演介质层速度和包含直立断层的三维界面的计算方法．对各层界面利用多个倾斜或平界面方程来描述．给出了数值计算实例．结果表明，反演解与真模型很接近，说明计算方法是有效的．利用该方法处理了唐山地震区的ＰｍＰ反射波资料，获得了该区域莫霍界面的三维分块形态．唐山附近莫霍界面错断与该区域１９７６年唐山地震及一系列余震的发生有密切的联系．     

三维倾斜界面P波共反射点道集NMO速度

为了实现三维倾斜界面真正的共反射点叠加,获得更加精确的P波速度模型,进行可靠的AVO/AVA分析,形成与三维多分量PS转换波共转换点道集配套的技术,在常速介质共反射点精确走时的基础上,推导并给出三维倾斜界面P波共反射点道集近似双曲时距关系及NMO速度;认识到近似时距在偏移距与深度比小于2时具有较高的拟合精度;指出P波共反射点道集NMO速度是P波速度、界面倾角、界面倾向和测线方位的函数,且随测线方位变化而呈现椭圆特征.与P波共中心点道集NMO速度不同.P波共反射点道集NMO速度小于介质速度.且随界面倾角增大而减小;椭圆长轴方向为倾斜界面走向方位,短轴方向为倾斜界面倾向方位.     

三维倾斜界面PS转换波CMP道集时距及参数估计

在PS转换波资料处理过程中,往往需要联合P波资料提供相应的模型.在实际应用中存在P波和PS转换波层位对比困难.本文仅利用PS转换波数据,通过三维倾斜界面PS转换波CMP道集精确时距关系推导了近似时距解析表达式;分析了PS波的精确与近似时距关系随测线方位、界面倾角与倾向的变化规律及其拟合误差;并讨论了近似时距关系的三个时距参数随方位的变化特征;理论上给出描述时距的三维倾斜界面倾角、倾向、深度、纵波速度和横波速度这5个独立参数的估计方法,并通过理论模拟数据证明了该方法的可行性.     

用梯度和感应测井联合确定地层电阻率各向异性

实际地层可能出现2种电阻率的宏观各向异性:微观的统计平均效应和裂缝走向等因素的构造效应.三分量感应测井方法可能是确定地层电阻率各向异性的最好方法,但是,该仪器目前在中国还没有应用.已有的数据一般是梯度和双感应曲线,梯度和双感应曲线单独使用都难以揭示各向异性,但是,将二者联合使用则有可能.在反演模型中考虑了电阻率各向异性的存在,给出了梯度和双感应曲线联合求地层电阻率各向异性的方法.通过直井水平层的二维人工模型表明,用感应方法可确定地层的水平电阻率和厚度.而梯度方法的视电阻率可以近似看作水平电阻率和纵向电阻率的几何平均值,梯度方法的视厚度是各向异性参数和真实厚度的乘积.因而不能用梯度方法单独确定各向异性参数和真实厚度2个参数中的任何1个.然而,联合梯度和双感应的方法则可能确定3个参数:各向异性参数,水平电阻率和地层厚度.人工数据的例子表明了这种联合的可行性.     

三分量感应测井仪及其对各向异性地层的识别

已发现的油藏中,各向异性油藏占总油藏的20%～30%,但常规电磁测井仪只能测量水平方向的电阻率,很容易低估和漏测产层.三分量感应测井仪通过布置三组相互正交的发射-接收线圈对可直接测量地层的水平电阻率和垂直电阻率,通过测量两个交叉分量还可得出地层的倾角和方位.避免了对产层的低估和漏测.本文介绍了各向异性地层的主要类型, 各向异性电阻率的计算公式,三分量感应测井仪的线圈系结构,多频聚焦方法以及包含围岩校正的反演方案.     

用矢量有限元方法模拟随钻测井仪在倾斜各向异性地层中的电磁响应

用矢量有限元法模拟和分析了电各向异性倾斜沉积岩层的随钻测井电磁响应,为很好地模拟钻铤、井眼和激励线圈等,采用了基于圆柱坐标下的六面体剖分;同时采用了高阶叠层矢量基函数来描述每个剖分单元内的场,有利于减少剖分单元数和未知量.三维有限元程序采用数值模式匹配(当处于简单地层时)以及时域有限差分法计算的结果进行了验证,显示吻合非常好.最后仿真了不同各向异性系数和不同倾角的各向异性地层的随钻电阻率测井响应,有助于对各向异性及地层倾角的校正,以及对储层作出正确评价.     

三维倾斜界面PS转换波CMP道集时距及参数估计

在PS转换波资料处理过程中,往往需要联合P波资料提供相应的模型.在实际应用中存在P波和PS转换波层位对比困难.本文仅利用PS转换波数据,通过三维倾斜界面PS转换波CMP道集精确时距关系推导了近似时距解析表达式;分析了PS波的精确与近似时距关系随测线方位、界面倾角与倾向的变化规律及其拟合误差;并讨论了近似时距关系的三个时距参数随方位的变化特征;理论上给出描述时距的三维倾斜界面倾角、倾向、深度、纵波速度和横波速度这5个独立参数的估计方法,并通过理论模拟数据证明了该方法的可行性.     

利用远震接收函数研究安徽及周边地区地壳结构和各向异性

为了研究安徽及周边地区的地壳精细结构及其动力学变形机制,本文利用中国地震台网50个固定台站记录的远震波形数据,采用"水准量"反褶积法提取P波接收函数,采用H-κ叠加技术和莫霍面Ps横波分裂技术,获得了各台站下方的地壳厚度、纵横波速比和地壳各向异性信息.H-κ叠加结果显示:研究区域的地壳厚度和纵横波速比在空间分布上均存在明显的区域特征.华北地块地壳厚度较薄,平均厚度约29 km,且相对平坦,波速比较高,表明地壳中镁铁成分居多.大别造山带地壳较厚,平均为33.1 km,但波速比变化较大.造山带主体波速比约为1.75甚至更低,是长英质-中性岩石特征,与造山带中下地壳拆沉有关,而造山带北部的六安断裂带出现的高波速比与局部岩浆活动产生的基性火山岩有关.扬子地块地壳厚度介于前两者之间,平均为31.5 km,波速比局部特征明显.黄山区域波速比为1.79,反映了该区域中酸性花岗岩特征.地壳各向异性结果显示:整个研究区域的分裂时间为0.2～0.6 s.华北地块横波快波方向总体为NW-SE向,与SKS分裂方向和GPS方向一致,表明壳幔变形方向一致,再结合华北块体地壳厚度较薄和高波速比,推测华北地块在拉张应力下,上地幔物质上涌,侵蚀下地壳,导致地壳变薄和火山岩成分增多.大别造山带区域的快波方向表现为NW-SE向,这与SE向的中下地壳塑性流动或多期的拆离折返构造事件吻合.郯庐断裂带附近的快波方向为NE-SW甚至N-S向,反映了该断裂带在其东西两侧挤压作用下,近南北向拉张运动.     

磁化率各向异性对剩磁偏离效应的影响

本文回顾对该课题研究的历史进展,并作了评述.研究表明:对单磁畴颗粒而言,强磁性颗粒可能具形体各向异性,且总是小于颗粒追磁因子各向异性.对弱磁性颗粒而言,形体各向异性可被忽略,但应注意其固有磁晶各向异性的存在,且总是大于所观察到的视磁化率各向异性.在理想情况下,含强(弱)磁性颗粒的集合体的AMS反映了(远小于)这些强(弱)磁性颗粒的AMS.剩磁偏离的简单和复杂模型分别适用于岩矿石具磁晶和形体各向异性的情况.对这两个模型,当P<1.11及P>1.05时,剩磁相对于外磁场的偏离均小于3°     

定向电磁波传播随钻测量基本理论及其在地层界面预测中的应用

采用水平层状各向异性介质中的磁流源并矢Green函数计算定向电磁波传播随钻测量的幅度衰减和相位移.分析了定向电磁测量的探测范围和对地层界面的灵敏性,研究了地层各向异性、地层相对倾角和接收天线倾角对定向测量的影响.计算结果表明,频率越低、线圈距越大、目的层和围岩层电阻率对比度越大,定向电磁测量的探测范围越大.随着接收天线倾角的增加,定向幅度衰减在接近地层界面时的变化更加明显,对地层界面的灵敏性增加.采用对称天线结构可消除定向测量信号在远离地层界面处对地层各向异性和地层相对倾角的依赖,实现对地层界面的准确预测.     

倾斜地层地震液化和滑移的有限元分析

应用饱和多孔介质动力学分析倾斜地层的土壤动力线性反应、液化和液化滑移问题，地下水位上的地层简化为单相介质层，饱和夹砂层看作是两相介质，水是可压缩的，采用双曲线非线性本构关系，考虑了砂土的剪胀性、刚度退化、滞回特性和土水相对运动等因素。基于土力学模型，建立了适用于分析非自由场地液化的动力方程组，基于是否考虑发生渗流问题，同时建立了两种离散形式：一种是以土骨架位移和水位移为未知量的矩阵方程，另一种是以土骨架位移、水位移和孔隙水压力为未知量的矩阵方程，初步分析了适用于多孔介质波动模拟的离散模型的人工边界问题，形成的方法将有助于问题的解决。