地震波的有限差分法正演模拟

基于波动方程的地震波正演模拟能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率与相位变化,真实地反映出波的动力学特征。有限差分法因其精度高、计算效率高而成为波场数值模拟的一个重要方法。根据地震波的近似方程———声波方程,采用二阶有限差分网格数值算法,利用透明边界条件,设计典型地质模型,进行地面波场的地震记录模拟。通过稳定性条件分析、震源子波优选以及频散抑制,成功合成了倾斜地层模型与正断层模型的地面共炮点波场记录,直观地显示出直达波、反射波、绕射波等丰富的波场信息,获取各模型的波场快照。结果表明,有限差分法结合透明边界条件对于获取介质丰富的波场信息具有很大的优势。     

基于DCT的重力归一化总梯度及相位在识别断裂构造中的研究与应用

区别于传统的别列兹金(V.M.Berezkin)法(即傅立叶级数法)和傅立叶变换法,提出在位场转换时采用离散余弦变换(DCT)计算重力归一化总梯度和归一化相位,并把二者结合起来研究断裂构造.分别研究了比较典型的无限延伸铅垂台阶、有限延伸铅垂台阶和正断层模型的GH场和相位特征,模型实验证实了方法的可行性和有效性.得出了寻找地质体断裂的空间位置和水平尺度的规律:在断裂处GH场有极大值圈闭,相位发生突变;多个断面相位有多个突变,两个突变点之间的水平距离反映地质体的水平尺度;不同深度相位突变点之间的连线大致反映了断裂的倾向.将研究方法应用于兴凯-虎林线剖面异常数据处理中,根据该线GH场和相位特征,划分出13条断裂.     

井间地震弹性波传播特征数值模拟

采用弹性波方程数值模拟和Zoeppritz方程解相结合的方式,研究了井间地震固-固界面上以及低速和高速夹层中弹性波场特征及传播规律.给出了井间地震弹性波的主要类型,其中包含一种特殊面波,该面波由激发井和接收井内的地层界面处产生的二次源形成,并说明了反射波以广角反射占优势;利用正演模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出了在临界角处广角反射波的振幅、相位突变,极性反转,这与反射系数变为复数相对应;提出利用临界反射波特征和临界反射点位置来确定地层速度.震源在高速夹层中激发时,其中传播的弹性波场简单;而在低速夹层中,则弹性波场非常复杂.低速夹层中的导波存在明显的频散现象,其振幅和频率与低速层的速度和厚度密切相关.提出利用导波可以确定低速层的横向变化和连通性.     

近地表隐伏断层地震波场响应特征与初至波成像应用研究

近地表隐伏断层直接影响工程安全施工。通过构建浅覆盖层下方陡立界面断层数值模型,分析近地表隐伏断层地震波场的传播与转换规律。通过工程实测数据验证了数值模拟波场响应特征的可靠性,并利用初至波走时层析成像技术对地下介质波速进行成像。研究结果表明：(1)初至波转换形成的断点绕射波具有1频率升高、速度突变的特点,可清晰指示测区内断裂带的存在,可作为现场数据采集时断层的直观反映;(2)工程实测中通过原始波形到时、频率信息可初步判断断层的存在,基于射线追踪的初至波层析成像结果与后期钻孔揭露情况基本吻合,说明初至波层析成像在浅层地震勘探中的实用性;(3)接收测线排列内布设震源的方式,两侧震源延拓距离短,无需额外为震源激发提供场地,在工程施工中具有经济、快速、高效的特点,可作为野外复杂地表条件地下浅层结构探测的有效观测系统使用。     

复杂地表条件下地球物理场数值模拟方法评述

在将起伏地表、复杂近地表构造以及复杂近地表岩性的任意组合统称为复杂地表的一种广义诠释下，分别对近地表岩层或土层的数学物理模型以及对地震波场、电磁波场、稳定电流场、重力场和磁力场在复杂地表条件下的数值模拟方法进行了分析和评述。结果表明，近地表数学物理模型并不是越复杂越好。实践中，要根据计算量以及所要解决的地质问题综合考虑。目前所用到的诸多数值模拟方法，如有限差分法、有限单元法、广义有限差分法、伪谱法、积分方程法和射线法等各有千秋，只要应用得当都能得到正确的结果。作为非网格法代表的积分方程法在对复杂地表和模型内边界的精确描述方面要优于以有限差分法为代表的网格法，而网格法在对模型的适应程度上要优于非网格法。传统的几何射线法在经过一定的修改和补充后，例如加入自由界面转换系数、采用几何绕射理论和Maslov方法，即可用于解决复杂地表条件下的波场数值模拟问题。对于重力场和磁力场，其在起伏地表条件下的空间换算（转换）问题在实质上也是一种正演问题，可纳入到复杂地表数值模拟的框架内去理解和处理。虽然国内外的研究者在复杂地表数值模拟领域内已经做了大量的工作，但离实际应用还有很大的距离。     

海洋内波动力学

海洋内波的研究已有较长的历史。Stokes(1847)和Raleigh(1883)分别作了两层流体界面处的波动和连续层结流体中的内波理论研究。本世纪初(1902)Nansen第一次报告了有关海洋内波的观测结果。但由于观测技术限制和理论研究的困难,关于海洋内波的研究长期处于缓慢发展状态。 到了40年代,由于内波对潜艇活动和声纳功能的严重影响等原因促使人们重视海洋内波的观测与研究,而海洋调查仪器和资料分析方法的发展也使内波观测和分析快速发展起来。到了70年代初,在大量调查和研究的基础上,Garrett和Munk(1972,1975)提出大洋内波谱模型(在物理海洋学中被称为GM模型)。此模型假设大洋内波场可抽象成一平稳随机场,它具有水平均匀、水平各向同性、垂向对称性(即上传与下传波能相等)。内波可表示成在一定频率区间内各种频率、各种波数的自由传播的进行波之叠加。从当时所得观测资料看,此模型几乎普遍地适用于世界各大洋。     

具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法

天然地基通常含有不规则的分层界面。对此,提出了一种计算具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法,推导了简谐点源作用下不规则分层半空间三维动力问题的基本解。基于双重Fourier变换,获得弹性介质在频域-波数域内的薄层单元系统控制方程;利用模态叠加原理,推导了半无限长和有限长薄层单元的刚度矩阵,引入完美匹配层模拟波向底层半无限空间的传播,从而构建可考虑土层界面沿横向不规则分布的三维层状地基计算模型,获得了简谐点源作用下不规则分层地基三维动力问题的基本解;通过与既有方法的对比分析,验证了新方法的正确性。最后,利用该方法计算了具有倾斜分层界面的双层地基在简谐荷载作用下的动力响应,结果表明：界面倾斜导致的动力响应差异大,且随着倾斜度以及荷载频率的增加而变大。在进行天然地基的动力分析时,需考虑地基的不规则分层特性导致的振动响应差异。     

川西南地区下寒武统细粒沉积岩高精度层序地层特征及其充填演化模式

上扬子地区下寒武统页岩展现出了良好的页岩气勘探前景，是中国乃至全球开展古老层系海相页岩气勘探研究的重要领域。利用高分辨率层序地层学方法在海相细粒沉积岩中建立高精度层序地层格架，对川西南地区下寒武统进行层序划分与对比，可有效预测富有机质发育层段，指导非常规油气勘探。本文以川西南地区下寒武统麦地坪组-筇竹寺组细粒沉积岩为研究对象，选取金石103井，通过岩心精细描述和高精度薄片分析，将麦地坪组-筇竹寺组划分为磷质岩、弱纹层硅质泥岩、硅质粉砂质泥岩、变形层理泥质粉砂岩、块状硅质粉砂岩、暗纹层粉砂质泥岩、透镜状粒序泥质粉砂岩、波状纹层泥质粉砂岩、贫纹层粉砂质泥岩、富纹层泥质粉砂岩和钙质胶结硅质粉砂岩等11种岩相类型，并以此为基础识别了混积潮坪、泥质深水陆棚、砂泥质深水陆棚、泥质浅水陆棚和砂泥质浅水陆棚5类沉积相；通过岩心精细观察，识别出了3个三级层序界面，包括震旦系-寒武系不整合面SB1、麦地坪组-筇竹寺组岩性突变面SB2和岩性组合转换面SB3。根据岩相叠加样式及沉积构造定量统计，在麦地坪组-筇竹寺组中划分了35个准层序、14个准层序组，总结了由潮汐流控主导的“磷质颗粒灰岩+磷质-钙质砂岩+钙质...