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。     

不同尺度地形的SH波频率域响应特征研究

地形是影响实际地震记录的一个重要因素,理论计算已证明地形影响地震波的走时、能量、震相、波形等特征,同时地形也是产生尾波信号的重要原因.复杂且具有多尺度成分的地形对地震波传播的影响不仅与地震信号的频率有关,与其自身尺度成分也表现出强烈的依赖关系. 本文利用局域离散波数法模拟计算了不同尺度地形SH波的频率响应,得到地形尺度与频率之间似共振的响应关系. 这一关系可以更好地解释复杂地形对不同频率地震波传播的影响方式,同时可以指导数值模拟模型的构建,在关注的频率范围内合理取舍构造尺度成分,达到以最小的计算量得到最大的计算效益.     

中国大陆及邻区Rayleigh面波相速度分布特征

本文根据102个数字化台站记录的长周期垂直向面波资料,利用双台互相关方法测量了538条独立路径的基阶Rayleigh面波相速度频散资料,反演获得了中国大陆及边邻地区（70°E～140°E,18°N～55°N）20～120 s（周期间隔为5 s） 共21个周期的Rayleigh波相速度空间分布图像. 检测板测试结果显示中国大陆中东部地区横向分辨率可达3°,而西部及边邻地区大约5°. 研究表明,中国大陆地区的Rayleigh波相速度分布横向差异显著,大致以104°E为界,可分成具有不同速度结构特征的东、西两部分. 一般较短周期（20～35 s）的相速度分布受地形和地壳厚度的影响较大,总体表现为东部速度高,西部速度低;塔里木盆地、青藏地块及其东缘的松潘-甘孜地块形成整个研究区内最为突出的低速异常体,蒙古西部低速特征也较清晰;东部的四川盆地、扬子地块、华南地块、松辽盆地、日本海及蒙古东部高速特征明显. 随着周期的增大,青藏地块中部的低速异常体横向尺度逐渐缩小,而喜马拉雅冲断带、塔里木盆地相速度不断升高,意味着青藏低速区受到南、西北、东三个方向的高速区夹击,可能导致高原中部软弱的低速物质向东南方向迁移;同时,东部地区由高速逐渐转变为大面积的低速分布,反映东部地区岩石圈较薄而软流圈发育. 随着青藏地块低速特征的减弱,印支地块北部及相邻海域、东海、东北吉林深震区、日本海、中-朝地块至蒙古东部成为120 s周期上突出的低速异常体,而上扬子地块包括四川盆地高速特征依然明显,显示出稳定的古板块特征. 南北地震带始终呈现出相对较低的速度特征,并成为划分中国大陆具有不同岩石圈相速度特征的东部与西部的天然分界.     

瑞利面波地形效应的数值模拟研究

在地震工程中,经常观测到地震波受地表起伏的影响而产生地形效应.本文基于数值模拟,研究了地震远场区域起伏地形对地表瑞利面波传播影响和对应的地形效应特征.结果表明:起伏地形的转折点或面的散射或反射,产生反方向传播的反射RR波和向空间扩散传播的转换RS体波,导致通过地形的瑞利面波能量极大的减弱,地形总体表现出强的隔震效应.地形起伏与地震动的波长比越大,隔震效应越强.凹陷地形表现出远比隆起地形更大的隔震效应.起伏地形转折引起的地表张角变化,导致地震动能量分布密度改变,是地形出现局部放大或减弱特征的主要因素.地表张角小于180°,地震动放大,张角越小放大作用越明显.地表张角大于180°,地震动减弱,张角越大减弱作用越强.当地形对地震动产生放大作用时,地震动水平分量比垂直分量放大效果更明显,而当地形产生减弱作用时,相对于水平分量,垂直分量更容易被减弱.     

青藏高原及邻区的Rayleigh面波的方位各向异性

用Rayleigh波层析成像研究青藏高原地壳上地幔方位各向异性．收集了包括近年来在云南和川西藏东地区布设的流动台网在内的青藏高原及周边地区宽频带地震台站的记录,使得大部分地区有理想的射线覆盖,因此反演结果获得较高的分辨．模型分辨率的测试表明,大于400km范围内的各向异性特征以及大于2％的各向异性强度是可靠的．青藏高原内部的方位各向异性具有与大地构造相似的分区特征．高原东部大部分地区地壳各向异性强度大于2％,且表现为环绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转．在垂直方向上,高原内部的上地壳、下地壳和岩石圈地幔的各向异性方向基本一致,也与GPS所观测到的速度场和SKS快波方向基本一致,揭示高原下方的岩石圈变形是垂直连贯变形．在高原外部的云南地区,地壳和上地幔岩石圈方位各向异性的强度均小于2％,因此SKS波从核幔边界至台站间产生的分裂应主要归因于软流圈．     

Rayleigh波对浅地表地基震害的影响

基于场地砂土液化的宏观现场证据和简要分析,指出Rayleigh波对距震中中远距离的浅层饱和土层的砂土液化有着很大的影响。通过单相和双相介质模型分析,阐述了Rayleigh波在土中传播的特性以及对土壤液化的影响,指出在浅源地震中Rayleigh波将是中远场地区土壤液化的主要动力影响因素,提出了一些在分析土壤液化时应考虑的新因素和方法。最后提出了在考虑Rayleigh波对土壤液化评判和小区划时应注意的一些问题。     

基于中国内陆大孔径地震台阵的Rayleigh面波噪声源分布特征研究

Rayleigh面波地震背景噪声成像技术已被成功运用到全球范围不同尺度的地球内部结构的研究中,并以背景噪声场是时空均匀分布为前提假设.然而真实的噪声源分布的时空非均匀性将导致经验格林函数提取存在偏差,最终影响噪声成像结果的精准性.近年来,噪声源分布特征研究逐步成为提高噪声成像精准度、深化地震背景噪声成像的关键问题.本文利用频率-波束域分析法对中国西北地区的一个大孔径台阵（WuTan Array,简称WTA）在2014全年的垂直分量连续记录做了聚束分析,研究了Rayleigh波噪声源分布特征.结果显示：WTA台阵成功探测到了10~20 s周期范围的来自于全球不同方位的Rayleigh波噪声信号,其源区分布具有明显的季节变化特征：冬季集中分布在北大西洋方位,而夏季则转为印度洋方位噪声信号最强.此外,Rayleigh波噪声源区空间分布还表现出一定的频率依赖性,即在较低频段（0.0488~0.0635 Hz）在北大西洋、北太平洋、印度洋及西太平洋四个方位均有分布;而在频率较高频段（0.0928~0.1025 Hz）则集中分布于西太平洋方位.Rayleigh波噪声源时空分布特征和频率依赖性与海洋活动本身的季节性变化和频谱特征有关.并初步推测本文所观测到的Rayleigh波是由加剧的海浪运动直接作用于海岸、大陆架或海底而激发产生的第一类地脉动噪声信号.

     

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。     

用Rayleigh面波方位各向异性研究中国大陆岩石圈形变特征

中国大陆地质构造历史非常复杂,岩石圈长期积累的形变较大,而利用地震面波传播的各向异性是研究岩石圈形变特征的强有力手段. 本文利用双台窄带通滤波-互相关方法与基于图像分析的相速度频散曲线提取技术,提取Rayleigh面波相速度频散资料,进而反演中国大陆及邻区20～120 s周期Rayleigh面波相速度方位各向异性空间分布图像. 检测板测试结果显示：中国大陆大部分区域的方位各向异性横向分辨率在5°左右. 各向异性研究结果表明：中国大陆地壳上地幔方位各向异性特征存在显著的空间差异,反映出形变特征的空间差异;104°E以东地区地壳上地幔各向异性弱于西部地区,表明其构造变形总体弱于西部地区. 青藏地块及其东缘地区地壳与上地幔顶部变形最为强烈. 但东部的局部地区如华南地块与珠江口地区、鄂尔多斯盆地西南缘以及秦岭-大别造山带,较强的各向异性显示这些区域在不同时期也经历了强变形. 青藏地块内中短周期快波方向自西向东顺时针旋转变化可能指示板块碰撞与挤压过程中软弱物质的流变方向. 青藏地块西部中下地壳和上地幔形变模式相似,可能处于壳幔耦合状态;而中东部及东缘地区地壳上地幔形变模式存在明显差异,壳幔似乎不具备垂直连贯的形变特征. 位于青藏地块北部的塔里木盆地、柴达木盆地以及祁连褶皱带同样经历了强变形. 包括四川盆地在内的上扬子地块快波方向的变化显示中地壳与下地壳上地幔形变模式不同,而形变特征一致的下地壳与上地幔应为强耦合. 大约以103°E为界,龙门山断裂带可分为南西段和北东段,南西段处于低速区,而北东段位于高速区,且方位各向异性强度明显大于南西段;2008年5月12日汶川M_S8.0级地震沿断裂带的单侧破裂模式除与北东段的高应力积累有关外,还可能与北东段地下介质物性存在密切关系,高速坚硬岩体的发育有利于应变能的积累与集中释放.     

弹性介质中瑞雷面波有限差分法正演模拟

为研究瑞雷面波的形成机理及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展,本文根据弹性波方程,采用交错网格有限差分数值求解算法,对浅层各向同性弹性介质进行了包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟. 提出了变系数吸收边界条件并将之应用于正演模拟,使边界条件的处理简单而高效,同时给出了角点的处理方法. 对工程勘察中常见的连续和层状介质模型进行了模拟,获得了更加接近实际情况的地震记录. 结合模拟记录,探讨了瑞雷面波的形成条件,同时讨论了震源埋深对面波能量的影响.     

Rayleigh波入射情形下的断层效应

本文运用数值模拟方法对Rayle igh波入射情形下的断层效应进行分析,结果表明:断层对Ray-le igh面波具有隔震作用,随断层深度的增加其隔震效果更加明显,且水平向的隔震效果强于竖向。在入射波一侧,由于断层的作用使接触带附近的反应增强,随着断层破碎带宽度的增加,竖向反应变化特征明显不同于水平向反应变化特征。     

层状介质中轴对称柱面瑞利面波频散函数的计算

本采用层状、均匀、各向同性和完全弹性模型，在柱坐标系下，利用位移应力在各界面处连续及自由表面边界条件和无穷远处的辐射条件，得出了层状介质中轴对称柱面瑞利面波的频散函数，并进行了数值计算，取得了好的效果。对瑞利面波在工程中的应用有一定的理论指导作用。     

浅析瑞雷波法检测复合地基承载力

复合地基检测手段中以传统的静载荷试验为主,瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的物探方法,可以大范围检测地基加固效果,问接提供地基的承载力。     

煤巷小构造Rayleigh型槽波超前探测数值模拟

对煤巷小构造地震波场进行了数值模拟研究,分析了层状煤层中地震波的传播特征.研究表明:(1)在煤巷迎头前方煤层内以纵波震源激发的Rayleigh型槽波相对于体波能量较强,波列较长,波速较低.(2)沿煤层传播的Rayleigh型槽波在小构造面上产生Rayleigh型槽波反射波,反射Rayleigh型槽波垂直分量相对于水平分量能量较强.沿煤层反向传播的反射Rayleigh型槽波在煤巷迎头面上转换为沿煤巷底板传播的Rayleigh面波.沿煤巷底板可以接收到能量较强的反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波,其可以作为超前探测小构造面的特征波.在地震记录上反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波波至最迟,在时间域与其他波列时间间隔较大,其垂直分量能量相对于水平分量较强,在地震记录上容易识别.(3)在相同的地质条件下应用反射地震超前探测方法,标志煤巷迎头前方存在小构造面的反射地震波能量较弱,受煤巷顶、底板界面和采煤迎头面的强反射波干扰,在地震记录中难以识别.     

基于时频分析方法提取瞬态瑞利波频散曲线

作为一种无损浅层勘探方法,瑞利波越来越多地应用于地震工程、环境工程及岩土工程测试中。其中,一项重要的工作是提取瑞利波的频散曲线。根据激振方式不同,瑞利波勘探可分为稳态法、瞬态法和地脉动台阵法。基于相位谱法提取瞬态瑞利波的频散曲线,一般将两通道瑞利波的相位差限制在2π之内,因此限制了两拾振器之间的布点距离。本文利用时频分析方法,分析了瞬态瑞利波法频散曲线的提取方法,避免了对相位差的限制。数值试验结果表明,采用时频分析方法提取到的频散曲线具有较高的精度。     

瑞利面波在地质勘察中的应用

在地质勘察中运用瑞利面波进行探测,对瑞利面波进行频谱分析和相关计算处理,根据速度结合钻孔资料进行地质分层,为钻探成果的内插和外推提供依据,使地质勘察资料更加翔实可靠.     

Rayleigh波勘探中“之”字形频散曲线“起跳点”频率研究

当层状介质中存在低速层的时候,实际提取到的Rayleigh波频散曲线往往会发生“之”字形回折.已有研究表明,“之”字形回折与各模式的激发能量有关.特别的,“之”字形回折的“起跳点”(发生“之”字形回折的点)与介质参数有一定关系,因此在应用中它反映了介质的一些特征.但是,这一关系是怎样的还没有人进行详细研究.本文计算了三...     

基于萤火虫算法的雷瑞波非线性反演(英文)

雷瑞波具有强振幅、低频和低速的特点,在反射地震勘探中通常是需要被压制的强噪声。本文研究如何利用雷瑞波获取近地表地层的横波速度和地下结构,选取萤火虫优化算法进行面波的反演,萤火虫优化算法是一种新的粒子群算法理论,具有稳定、快捷、全局搜索等特点。针对萤火虫优化算法优缺点进行了讨论和改进,通过对理论模型和野外数据的测试应用,将提取的瑞利面波频散曲线反演得到横波速度信息。结果表明萤火虫优化算法能实现面波非线性反演,并具有分辨率高、抗干扰能力强等优点和实际使用前景。