地震波理论研究进展--介质模型与地震波传播

介质模型及地震波传播是地震波理论的核心内容之一,本文结合作者目前研究所涉及的内容,阐述了介质模型及地震波传播的相关问题．首先是地震学背景中的地震波传播的主要问题．其次是地震波传播的动力学,其中的主体内容可以由波动方程的建立、波动方程和波动方程的延伸三部分组成．再次是地震波的传播与介质因素和界面因素,以及孔隙介质模型的认识和讨论．最后结合均匀弹性各向同性、粘弹性各向同性、双相介质和各向异性四种介质模型,阐述了地震波传播的主要特性．     

海城震区一维介质中Q值的正反演计算

本文从Ｑ值在地震学中的基本定义出发，对Ｑ值的计算公式进行了推导，给出了一维介质中Ｑ值正反演计算的基本方法和公式，并对海城震区一维介质中Ｑ值进行了试算。     

求解双相和黏弹性介质波传播方程的间断有限元方法及其波场模拟

间断有限元（Discontinuous Galerkin：DG）方法具有低数值频散、网格剖分灵活、能模拟地震波在复杂介质中传播等优点.因此,本文将一种新的DG方法推广到双相和黏弹性等复杂介质的地震波场模拟,发展了求解Biot弹性波方程和D'Alembert介质波动方程的DG方法.首先通过引入辅助变量将Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程转化为关于时间-空间的一阶偏微分方程组,然后对该方程组进行DG空间离散,得到半离散化的常微分方程组.最后,对此常微分方程组,应用加权的Runge-Kutta格式进行时间推进计算.数值结果表明,DG方法可以有效地求解Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程,并能很好地压制因离散求解波动方程而产生的数值频散,获得清晰的各种地震波震相.     

昆仑山Ms 8.1级地震震后变形场数值模拟与成因机理探讨

2001年11月14日,在青海和新疆交界处发生了昆仑山M_s8.1级强烈地震,GPS后观测显示,此次地震震后形变不仅在断裂南北两侧存在很大的差异,而且在短时间调整后断裂南北两侧表现为同向运动.本文以观测的地震形变为约束,通过有限元数值模拟分析昆仑山地震震后形变的物理机制.建立有关的有限元虚功方程,通过有限元数值方法模拟震后形变,从理论上分析介质的非均匀性、黏滞性松弛、流体调整对震后形变的影响.采用网格搜索确定昆仑断裂南北两侧下地壳的黏滞系数分别为5.0×10¹⁷Pa·s, 9.0×10¹⁸Pa·s左右,正是这十余倍的差异引起了断裂两侧震后形变的非对称性和同向运动,这一差异既是长期地质作用的结果,又是现代地球动力学环境的决定因素之一.通过数值模拟定性讨论了断裂北侧地表形变在震后短期内的调整,对于靠近断裂附近的测点可能是黏弹性松弛和孔隙流体调整共同作用的结果,所以在分析短期震后形变时综合考虑黏弹松弛和孔隙流体调整是很有必要的.     

比例边界有限元子结构法研究

比例边界有限元法最初应用于土-结构的相互作用分析，经过近几年的完善和发展，如今已经能够应用到其他很多领域。但是因为比例边界有限元理论是基于相似性要求的，使得其在处理几何形状复杂的结构时，会有很大的局限性，从而在某些领域的应用仍旧受到限制。同时由于其全时空耦合，导致大量计算量和工作量，也是其应用受限的一个原因。采用子结构法，打破这些局限性，并且分别针对有限域、无限域的问题，对比例边界有限元子结构法进行了研究，得出了有利于比例边界有限元法在工程实践中应用的结论，为其在实际工程应用中提供了可靠的依据和规律。     

S波包络时间差影响因素的数值分析di

介质非均匀性可引起高频S波包络的展宽．S波包络展宽是定量研究岩石圈中随机速度非均匀性的有力工具．S波的初至与其均方根包络最大振幅的一半之间的时间延迟定义为S波包络时间差,该时间的大小可反映介质非均匀性强弱．采用有限差分算法模拟了2D von Kaacute;rmaacute;n型随机介质中S波包络的展宽现象,统计分析了影响S波包络时间差的主要因素．结果表明,随机介质中S波传播的距离、随机介质速度扰动率及S波频率均可对S波包络时间差产生影响．相比较而言,速度扰动率对S波包络时间差影响程度最大,S波传播距离次之,S波频率影响程度最小．      

一种基于3D复杂介质的弹性建模数值方法

储层中的裂隙会导致介质表现出各向异性.传统等效介质方法假定储层可以被等效成为横向各向同性介质,不适用于复杂裂缝储层的弹性等效建模和各向异性特征分析.本文在前人研究基础上,利用最小二乘方法开展3D复杂裂隙弹性等效数值模拟研究,并与常规等效介质理论方法进行比较,验证数值方法的精确性.数值方法不仅能有效避免Hudson理论和Eshelby-Cheng理论等解析方法在大裂隙密度条件下的参数估计误差,而且兼顾裂隙扰动作用对等效介质参数的影响.数值研究表明,数值方法能够较好地描述复杂裂缝介质的各向异性特征,为复杂裂缝储层地震波各向异性参数反演提供依据.     

新闻媒介在重庆市江北地震中发挥的作用

本文在简略论述重庆江北5.2、5.4级地震基础上,介绍了新闻媒介在报道震情灾情、地震趋势的判断、抗震救灾、宣传地震科普知识、消除群众疑虑思想、报道建筑物的抗震能力、预防次生灾害以及对稳定社会、安定人心,减轻地震灾害损失等方面起到的重要作用。     

山西断陷带北中部介质Q值的研究

根据介质Q值理论,通过小震记录中地震直达波P波测定了山西断陷带北中部的介质Q值。从定襄、代县、灵丘、大同台的小震目录中精选出92个记录波形好的地震样本进行了Q值测定,弄清了山西断陷带北中部的介质Q值分布情况,得出了Q值相对较高的区和点,这为未来山西中强地震的预报提供了一个重要依据。     

裂缝诱导HTI双孔隙介质中的裂缝参数分析

裂缝诱导HTI双孔隙介质模型是将一组垂直排列的裂缝系统嵌入到统计各向同性的孔隙岩石基质系统中而建立的.为了研究裂缝参数对地震波在该模型中传播规律的影响,本文分别对裂缝弱度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率这三个主要的裂缝参数进行了分析研究.数值结果表明,裂缝诱导HTI双孔隙介质中,裂缝弱度越大,介质的各向异性强度越强;与基质孔隙系统相比,裂缝系统孔隙度对介质等效孔隙度的影响很小,而裂缝系统渗透率的增大则将显著提高介质在裂缝发育方向上的等效渗透率,这符合对裂缝系统"低孔"、"高渗"特性的认识.此外,裂缝系统渗透率的增大也使慢纵波的振幅显著增强.     

辽宁地区ML≥5．0地震前中等地震集中活动的震兆研究

定义了描述中等地震活动增强的3个参量E、T和R,通过对辽宁地区13次ML≥5．0地震的统计分析,结果显示,辽宁地区Mi≥5．0地震前确实存在中等地震活动增强的现象,且主震77％发生在中等地震增强活动中的最后一次中等地震后3个月内,震中距离第一次或最后一次中等地震震中约5～70km,概率80％。震级与中等地震增强活动参数E,T,R有关。     

Low‐frequency wave propagation in periodically layered media

In this paper, we consider wave propagation in a layered medium. Using the Baker‐Campbell‐Hausdorff series, we expand the logarithm of a propagator matrix in series of frequency. The series coefficients allow us to extend the effective Backus medium for low frequencies. The proposed technique is applied to vertical propagation in a periodically layered and binary medium as well as for a gradient medium. The velocity dispersion equations are derived for these media. We also consider the layered medium with monoclinic anisotropy. We illustrate the accuracy of the proposed method on synthetic and well‐log data.     

地震构造类比法的应用—以川东地区华蓥山断裂带为例

本通过野外地震地质考察和系统的年代学样品的采集与测试，对华蓥山断裂带的第四纪活动性进行了讨论，并分析了该断裂带可能存在的分段特征。     

起伏地表地震波正演数值模拟

常规起伏地表地震波数值模拟均将地表以上的介质视为真空介质来处理,而这与实际情况不符。为解决这一问题,将地表以上介质视为声学介质,使地震波在该介质中以350m／s的速度传播。以两层起伏地表速度模型为例,分别采用声波和各向同性弹性波波动方程进行正演数值模拟,并与常规基于真空介质假设的计算结果进行对比,结果表明,基于声学假设的模拟记录可以更加有效地模拟真实的数据采集,并且反射波同向轴具有更好的连续性。     

基于保角变换的连续介质偏移成像

用偏移成像方法对速度各向异性介质进行成像时,存在水平同相轴及大倾角界面畸变的缺陷.本文采用基于保角变换的偏移成像方法对畸变缺陷进行校正.首先,利用保角变换法可将不规则边界的单连通区域转变成规则边界的原理,将规则边界的连续介质场转变成不规则边界的均匀介质场,使该均匀介质场更适应现有Stolt等偏移方法对速度场的要求;其次,对改变了区域的模型地震记录进行常规的偏移成像处理;再利用推导出的反变换公式对成像结果进行反变换,得出模型的真实偏移成像结果.文章对合成模型进行了试算,并将试算结果与模型进行了比较.     

An alternate algorithm of numerical simulation in anisotropic media

A possible problem of anisotropic medium at the internal interface for finite-difference method is investigated in this paper. Firstly, we show a finite-difference scheme for the 2-dimensional wave equations with 15 elastic parameters. Secondly, we mainly analyse the stress-continuity conditions for the finite-difference scheme at discontinuities in the 2-D transversely isotropic medium and suggest an alternate simulation technique. Finally, the seismic wavefield of theoretical model in transversely isotropic medium is simulated. The numerical computation shows that both computational results and theoretical analyse for the model are the same and that the algorithm is feasible and satisfactory. This study is supported by the National Natural Science Foundation of China.     

介质密度反演偏导矩阵的精确计算方法

实现反演偏导矩阵的计算是基于导数最优化反演方法的关键,然而目前的地震反演几乎都是基于Zoeppritz方程近似实现的,使计算精度和适应范围受到限制.本文利用Zoeppritz方程建立了反射系数对地层介质密度比偏导方程,导出了Zoeppritz方程矩阵元对介质密度比的导数.通过求解偏导方程获得了反射系数对介质密度比偏导数的精确计算(考虑了速度中含介质密度的问题).利用数值算例分析了反射系数对介质密度比偏导数的变化特点.本文采用直接解法求解偏导矩阵方程组,获得了快的计算速度和高的计算精度,为实现地层介质密度反演(包括大角度反演)提供了偏导矩阵的计算方法.     

非均匀有耗媒质层介电常数剖面和电导率剖面的重建

本文从微波网络的观点出发，在高频近似下，导出了非均匀有耗媒质在ＴＥ波和ＴＭ波入射时反射系数的近似解析表达式，进而获得重建媒质介电常数剖面和电导率剖面的解析反演公式。研究表明，当媒质的损耗为零时，本文公式退化成无耗媒质的重建公式（１－４）。重建实例证明了本文方法的有效性。     

弹性介质各向异性研究沿革、现状与问题

各向异性介质中地震波的传播研究是当今地震学研究领域中的前沿课题之一,同时也是地震学中难题之一.由于地下岩石的各向异性主要表现在:地震波速度随传播方向发生变化;不同类型体波间相互耦合;横渡发生分裂:面波速度频散依赖于传播方向等.薄互层与裂隙定向分布等产生视各向异性,放在石油地震勘探、地震预测和岩石层物理与动力学研究中有极大潜力和应用前景,并受到广泛重视.为此,本文较为详尽地讨论了弹性介质中地震波各向异性研究的沿革,简述了国内外现今取得的主要研究成果以及目前尚存在的和有待解决的一些主要问题.最后对我国在各向异性介质中地震波动、检测和应用等研究提出了一些看法.     

Preserved travel‐time smoothing in orthorhombic media

Certain degree of smoothness of velocity models is required for most ray‐based migration and tomography. Applying conventional smoothing in model parameters results in offset‐dependent travel‐time errors for reflected events, which can be large even for small contrasts in model parameters between the layers. This causes the shift in both the depth and residual moveout of the migrated images. To overcome this problem in transversely isotropic medium with a vertical symmetry axis, the preserved travel‐time smoothing method was proposed earlier. We extend this method for orthorhombic media with and without azimuthal variation between the layers. We illustrate this method for a single interface between two orthorhombic layers and show that the smoothing‐driven errors in travel time are very small for practical application.