用(P)、(S)波速度振幅比求小震机制解的可行性研究

利用数字地震记录直达P、S波最大速度振幅比和仿真后的最大位移振幅比资料分别测定了小震震源机制参数,并对两种结果进行了对比分析。理论分析和实测结果表明,二者基本一致,说明直接利用区域台网数字地震记录直达P、S波最大速度振幅比代替最大位移振幅比测定小震震源机制解是可行的。     

福建顺昌地震的波形分析

2007年3月13日,福建省顺昌县郑坊乡连续发生了4.7级和4.6级两次地震,这是福建数字台网建成以来记录到的省内最大地震.这两次地震为开展福建地区的地震研究提供了极其宝贵的第一手观测资料.本文就两次地震的记录波形进行了分析,试图从中提取更多信息.结果表明:①地震记录波形中观测到首波临界距离,并据此估算出的震区附近的地壳厚度约为40km;②这两次地震的S波最大振幅比存在明显差异;③波形中分析出了清晰的sPn深度震相,并据此估算出4.7级地震的震源深度为8.4km,与其它方法测定结果一致,为正确测定震源深度提供了依据.     

汶川大震前数字地震仪位移地脉动低频异常现象研究

选取了2008年4月25日至5月12日间的四川台网14个台宽频带地震仪记录到的地脉动波形资料,把速度波形做适当的数据校正和滤波处理后,经积分转换成位移波形.频谱分析结果表明:地震发生前存在低频异常颤动,地震前2～3天开始0.1～0.3Hz频段傅里叶谱幅值逐渐增大;各个台的位移振幅值逐渐增强.其中靠近龙门山断裂带的台站记录到的地脉动变化较明显.     

数字化遥测台网与模拟台网记录的地震波形特征比较

为对数字化遥测地震台网记录波形的特征有一准确的认识,对山东、山西数字化遥测地震台网与模拟台网的地震波形特征进行了比较。对同一台址的最大地动位移、振幅比以及波形的初动在清晰程度上作了比较,并对前者作了量化分析。初步结果显示,有91%的地震地动位移差在50%以内,地动位移符合程度较高,有93%的振幅比差在±0.5以内,即震级偏差落在±0.5级以内,波形特征很接近;对同一台址的同一地震,数字记录的地震波形较模拟记录的地震波形在高频段更清晰。     

近年首都圈地区中小地震震源机制解及其特征分析

利用Snoke的初动加振幅比方法和59个3分量数字化测震台站记录到的1028条地震波形资料计算了首都圈地区2002～2004年1月41次中小地震的震源机制解,并用随机模型等方法对震源机制解的可靠性做了检验.结果表明该区的震源机制具有一定的区域性特征,如唐山地区以逆断层性质为主,北京-天津地区以正断层性质为主.     

宁波皎口地震的记录波形特征研究

最近两年，皎口地震的频度和强度都已达到了本世纪以来宁波市乃至浙江省的最高水平。本文选择了宁波台记录该地区地震的部分典型图形进行了研究。通过分析计算对皎口地震的记录波形特征有了几点初步认识：（１）初动符号随时间具有优势分布特征；（２）振幅比变化范围大，显示该地区震源错动方式是紊乱的；（３）记录波形的震相较简单；（４）初动位移量ＡＮ＜ＡＥ＜ＡＵ；（５）最在振幅波形偏向无规律；（６）ＳＭ波周期０．２ｓ左     

利用数字波形资料研究区域中小地震震源机制

应用矩张量概念对震源物理的研究是当代地震学的一个重要的前沿课题。近20年来,随着宽频带数字地震仪的广泛应用,地震波形记录的质量明显提高,极大地推动了对震源物理过程研究的进展。对于区域性中、小地震,由于区域性地震的波形记录包含了有关震源和区域地壳的丰富的信息,利用波形资料研究区域性中、小地震的震源机制,其结果有助于了解震源区和区域性应力状态以及断层的构造特性,是理解地震孕育过程的重要途径。近年来,随着计算合成理论地震图的理论和方法的进步,使用矩张量反演方法确定中小地震的点源机制解以及有限破裂参数等研究领域取得了显著进展。本论文在前人研究的基础上,发展了两种针对区域中、小地震震源参数反演的求解方法,通过数值试验讨论了震源机制反演结果的稳定性,并结合实际地震观测资料进行了检验。     

用P波初动波形求解中小地震震源机制解

本文以首都圈数字地震台网记录的2006年文安地震为例,拓展了基于P波初动波形和区域格林函数库的中小地震震源机制格点搜索方法。通过利用P波初动及随后几个波动周期的波形信息,获取文安5.1级震源机制解。应用示例表明,采用格点搜索方法可以获得较为可靠的中小地震震源机制解,证实了利用P波初至后几个周期的波形信息自动搜索获取中小地震震源机制的可行性。     

利用全波形匹配方法确定水力压裂诱发地震震源机制

准确确定水力压裂诱发地震的震源机制对于描述裂缝破裂类型以及工区地应力状态十分重要.本文采用全波形匹配的方法确定诱发地震震源机制解,在拟合波形的同时对实际数据P波初动极性和纵横波振幅比也进行匹配,并在此基础上发展了一种基于邻域算法分级优化确定震源机制解的新方法.新方法的优势在于它对解具有更强的约束,并且能够解决现有方法中存在的权值系数选择问题.合成数据测试结果表明新方法能够得到可靠的震源机制解.本文将该方法应用于国内某页岩气田水力压裂诱发地震监测数据,反演结果表明诱发地震的震源类型以走滑破裂为主,表明该地区的最大水平主应力大于垂直主应力.     

洛杉矶盆地中的地震波形模拟

最近发生的几次地震与洛杉矶盆地邻近,这为提取盆地对地震波传播的影响提供了机会。1987年10月4日发生的惠蒂尔峡谷地震序列中的一次余震(M_L=5.3)和1991年4月28日发生的谢拉马德雷主震(M_L=5.8)在盆地最深处各台站所构成的方位角相近。盆地各台站所得到10月4日余震记录有一显著特点,即S,SS等多重反射波振幅很大。切向分量上其振幅高达直达S波振幅的2倍。在小于25km的这样一个小范围内,需要一个水平方向的地震波速度梯度,使地震射线足够快地发生弯曲,以形成这些多重反射波。本文采用了一种正演模拟方法,用有限差分数字技术得到双力偶点源震源机制。以洛杉矶盆地东端一个近代地质横断面为依据的模型生成的震相比在地震记录中所看到的震相要多。而以顶部几层中低剪切速度的倾斜分层为依据的较简单的模型,与资料拟合得更好。为了符合直达P波、直达S波和第一个多重S波之间的到时差,要改变地震速度、深度、层的倾斜等输入参数。尽管第一个多重波的相位与资料不符,但直达S波和第一个多重S波初动脉冲的到时、振幅模拟得很好。除了在邻近盆地边缘的距离内,盆地模型中加进陡峭的西部边界,对合成波形没有多大影响。在盆地最深部分SS波的振幅是最大的,比直达S波大2倍。从东北到西南,尾波持续时间从8s增加到20多秒。谢拉马德雷主震发生在惠蒂尔峡谷地震序列的东北部25km左右。惠蒂尔峡谷的模型被扩展到这一距离范围,在惠蒂尔地震和谢拉马德里地震震中之间设置一浅盆地,以模拟圣加布里埃尔沉积盆地。虽然由深盆地边缘产生的震相仍然控制着合成波形,但该模型产生了一个长的尾波。这一研究表明:穿过深沉积盆地,频率达1Hz的若干特定震相可以用二维地震波速度模型来解释。     

呼图壁气枪数据中面波振幅变化研究

利用新疆呼图壁气枪数据,在引入小波传播子方法测量到时延迟的基础上,进一步引入面波振幅作为监测地下介质变化的一个重要参数。结果表明:相对于到时的突跳,面波振幅能克服气枪源震源强度突变带来的测量不稳定;同时,通过面波到时延迟和振幅变化特征的模拟,发现面波振幅和到时延迟测量存在较好的正相关关系,且可以用介质速度变化所导致的聚焦和散焦效应来解释。面波振幅也可以作为较为稳定的参数来衡量地下介质的波速变化。     

垂直和倾斜断层围陷波的谱元法数值模拟及其波场特征对比

低速断层破碎带内传播的断层围陷波是断层内部信息的重要载体,研究其波场特征是反,演断层内部结构的关键。前人对围陷波的模拟主要针对垂直断层,但实际断层大部分是倾斜的。本文利用谱元法数值模拟地震波在垂直和倾斜断层区域的传播,并分别单独改变断层破碎带或断层两盘速度差异等参数,对比分析地震动在时域和频域发生的变化,研究这些参数对波场特征的影响。对比研究表明,当存在一定宽度的低速破碎带时,倾斜断层对近断层区域波场的影响和垂直断层相比在幅值分布上有比较显著的差异,尤其是当断层两盘同时还存在速度差异时;在倾斜和垂直断层破碎带上方,均能产生断层围陷波,其幅值特征差异不大,但在跨断层平面上的质点极化方式可能会存在差异:垂直断层围陷波质点极化方向表现为单一,而倾斜断层可能会出现多个方向。这些模拟结果有助于反演真实断层破碎带结构,也能够加深对近断层的强地面运动特征的认识。     

热弹性P波在有流体夹层介质中的传播问题及其基本特征*

本文作为基础理论研究,讨论了热弹性P波在有流体夹层介质中的传播问题。研究结果表明:热弹性波在流体夹层的传播中,不仅存在反射波、透射波,而且,还伴随有具有相同传播速度的温度波;且其反射系数、透射系数均为复数,并与介质的物性参数及夹层厚度有关。同时指出反射波、透射波的振幅、位相均受介质的物性参数及夹层厚度的影响。此外,还表明夹层中往返震荡的层间波是一系列正传热弹性波和反传热弹性波的叠加。     

弹性波入射时半圆弧凹陷地形对地表位移影响研究

基于数值模拟方法系统研究脉冲与正弦SH波及P波垂直入射半圆弧凹陷场地时的地表位移响应,并与相应解析解进行了对比分析。P波入射时,半圆弧凹陷场地由于P波与反射SV波的干涉产生Rayleigh波,会对场地自由表面的稳态位移响应幅值产生较大影响。凹陷内部的归一化Z向位移幅值相比没有考虑Rayleigh波生成时有较大的不同,其在凹陷边缘处没有什么变化,而在凹陷向两侧延伸的方向,会有压缩作用;归一化X向位移幅值在凹陷内部无太大变化,在凹陷向两侧延伸的方向,会有波动状的归一化X向位移幅值。     

Acoustic full waveform inversion of synthetic land and marine data in the Laplace domain

Elastic waves, such as Rayleigh and mode‐converted waves, together with amplitude versus offset variations, serve as noise in full waveform inversion using the acoustic approximation. Heavy preprocessing must be applied to remove elastic effects to invert land or marine data using the acoustic inversion method in the time or frequency domains. Full waveform inversion using the elastic wave equation should be one alternative; however, multi‐parameter inversion is expensive and sensitive to the starting velocity model. We implement full acoustic waveform inversion of synthetic land and marine data in the Laplace domain with minimum preprocessing (i.e., muting) to remove elastic effects. The damping in the Laplace transform can be thought of as an automatic time windowing. Numerical examples show that Laplace‐domain acoustic inversion can yield correct smooth velocity models even with the noise originating from elastic waves. This offers the opportunity to develop an accurate smooth starting model for subsequent inversion in the frequency domain.     

非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演方法

海洋勘探环境可以抽象为下伏固体与上覆流体相互耦合的介质,本文针对流-固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的多参数（速度和密度）全波形反演方法.本文采用弹性波一阶位移-应力方程作为过渡层耦合声波压力方程与弹性波位移方程来模拟耦合环境,相比于传统的交错网格建模方法或者构建连续性条件,本文提出的方法在正演精度和稳定性上凸显出很大优势,极大降低了计算内存.反演策略对多参数全波形反演至关重要,由于不同参数之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得,因此本文将非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演分为两个步骤完成：第一步利用变密度声波方程结合推导出的密度梯度算子进行纵波速度和密度的双参数反演;第二步根据链式法则求取横波速度的梯度,结合第一步的反演结果使用流-固边界耦合方程反演横波速度.最后通过与声波动方程数值模拟结果对比证明正演算法的准确性;上覆流体的Marmousi-2模型的数值试验测试说明反演方法的有效性和适应性.     

sPL,一个近距离确定震源深度的震相

实际地震波形观测表明,对于大陆结构相对简单的地壳中的地震而言,有一震相出现在P 波和S波之间.一般在30~50 km附近发育得较好,其能量主要集中在径向分量,而垂向分量的振幅相对径向要小,切向分量上的振幅很弱,且波形以低频为主,通常没有P波尖锐.在利用FK方法计算合成地震图的基础上,发现该震相是由S波入射到自由地表形成水平传播的P波(文献称为surface P wave,自由地表P波)或者包括S波入射到地表后形成的多次P波或其散射震相.由于该震相是由S波和P波之间耦合而形成,本文将其定义为sPL(s coupled into P) 震相.理论波形研究表明,sPL相对直达P波的到时差对震中距离不敏感,而随着震源深度的增加几乎呈线性增加,因此可以很好的约束震源深度.本文以2005年江西九江地震为例,证实了sPL确定震源深度的可行性和可靠性.在观测到sPL震相的情况下,离震源50 km以内的一个三分量地震台站的波形就可以帮助获得可靠的震源深度,而不需要精确的震中距离.由于sPL震相出现距离较近,对于较小(三级以上)的地震也可以应用,因此在稀疏台网布局情形下sPL对于确定中小地震深度应该具有很好的应用意义.     

Rayleigh波在浅圆凹陷地形附近的散射:高频解答

利用波函数展开法给出了Rayleigh波在浅圆凹陷地形附近散射的一个高频解析解，并分析了入射频率、凹陷地形宽度和深度等因素对波散射的影响。数值结果表明，由于Rayleigh波幅值随深度而衰减，凹陷地形表面位移幅值整体上较小，且随着凹陷地形深度的增加而减小；由于Rayleigh波幅值还随频率而衰减，随着入射频率的升高，凹陷地形表面位移幅值逐渐减小；由于凹陷地形的屏障作用，在人射波的近端，地表位移分布变得相对复杂，地表位移峰值出现在左角点附近，而在入射波远端，地表位移分布相对简单，地表位移峰值出现在距凹陷地形较远的地方。     

Wave dispersion and optimal mass modelling for one-dimensional periodic structures

Discrete analysis methods are frequently used for the study of the structure and soil. However, the assumption of the displacement interpolation function makes the waves dispersive, which means the numerical dispersion. The wave dispersion induced by the discretization depends on the mass modelling. Also, the existence of added lumped masses makes waves dispersive even for the continuum modelling. In order to examine these wave dispersions, a one-dimensional periodic structure is adopted as an analysis model and the dynamic transfer matrix method is applied. A wave solution and a finite element solution are used for the evaluation of the transfer matrix. The phase and group velocities in the structure are explicitly represented. These values are compared among the continuum modelling and the discretization modelling in which several consistent mass ratios are adopted. The optimal consistent mass ratio, which makes the wave velocity of the discrete model the same as that of the continuum model, is newly developed here. The validity of this mass modelling technique is presented by examining the frequency response function and impulse response function.