黏弹性EDA介质中地震波的传播特征

地球介质基本为黏弹性各向异性介质,研究黏弹性各向异性介质中地震波的传播特征对提高地震勘探精度及准确性有着重要意义.相速度与群速度是认识黏弹性各向异性地震波传播规律的主要参数,对地震数据解释具有重要意义.本文基于特殊分量法,通过求解christoffel方程,推导出黏弹性EDA介质中均匀、非均匀波的精确相速度、慢度和群速度公式,并通过模型计算研究了SH波的相速度特征及其随相角和不均匀参数D的变化规律.结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,在EDA介质中相速度随方位角变化的规律仍然可指示介质的对称轴方向和裂隙的走向.     

垂向裂隙各向异性煤层地震波响应

煤层中存在的裂隙会导致介质表现为各向异性,本文以HTI型煤层为例,结合各向异性介质弹性矩阵和各向异性裂隙理论,推导出不同充填物的垂直裂隙中各向异性参数表达式,将其应用于地震波响应分析;通过改进的交错网格差分法和各向异性Christoffel方程波场分解法,得到地震波合成记录和分解后的P波和SV波记录;将Thomsen群速度与相速度公式,经过坐标轴旋转变换,得到HTI型煤层中不同各向异性参数的地震波速度响应表达式;建立不同类型煤层地质模型,分析了裂隙密度、裂隙充填物以及煤层厚度等参数变化时的地震波响应特征.研究结果为分析垂向裂隙各向异性薄煤层地震波传播规律提供工具,为选用相应地震数据进行地震波各向异性参数反演提供依据.     

青藏高原中部Quasi-Love波的识别及其转换点揭示的东西向方位各向异性变化

目前人们利用4种基本的地震波现象研究地震各向异性,如横波双折射、面波散射、与传播方向有关的走时异常和PS转换波震相.本文利用面波散射产生的Quasi-Love（QL）波研究青藏高原上地幔顶部的各向异性结构特征.首先利用中国地震台网昌都（CAD）台记录的地震波形资料识别出产生QL波的路径,并利用合成地震记录和垂直偏振极性分析证实所观测到的为QL波,而不是高阶振型的Rayleigh波或其他体波震相;然后由Rayleigh波、Love波和QL波的群速度估算了各向异性结构横向变化的转换点;不同周期时,转换点的位置不同,这种频率依赖性还需要进一步的模拟研究.Love波向Rayleigh波耦合（产生QL波）的转换点位置揭示了青藏高原面波方位各向异性变化特征,并以南北向构造带的东西分段性、上地幔流引起的地球内力诱导岩石形变解释了青藏高原各向异性的东西向差异性.     

基于Bond变换的裂缝介质波场方位特征模拟及分析

地震波场的方位特征对于裂缝性油气藏的地震预测方法研究有着重要的意义.为使裂缝模型更具一般性,本文基于线性滑动理论和Bond变换构造了两组任意夹角竖直裂缝模型;考虑到波场二维模拟中突出方位特征,依据弹性动力学的基本方程和Bond变换,推导出了含方位角的弹性波传播速度应力方程;使用高精度交错网格有限差分法对几种裂缝介质进行了数值模拟,并分析其波场特征的变化.模拟结果表明,在两组参数相同的任意夹角竖直裂缝模型中,裂缝内夹角各个方位的波场特征变化不明显,各向异性强度较低,裂缝外夹角各个方位的波场特征变化剧烈,裂缝正交时,各处波场特征相近;针对单组裂缝模型,分析了裂缝参数变化对波场特征的影响,总结出了三种波场形态,得出了裂缝垂直面的波场特征与裂缝法向弱度和切向弱度的相对大小有关,从裂缝垂直面到裂缝平行面的波场朝着相同的形态变化,与裂缝参数无关等认识.这些分析结果有助于进一步认识和应用裂缝介质的波场方位特征.     

高铁地震面波相速度频散曲线提取

为了充分利用高铁地震信号中的面波信息,本文将双台法和旋转法等面波相速度提取方法应用于高铁地震模拟记录,尝试提取基阶瑞利波与勒夫波相速度频散曲线.通过分析以高铁高架桥的桥墩为源的高铁波场干涉特征,给出了适用于高铁地震波场的面波相速度校正方法;通过数值实验,证明了方法的有效性.     

黏弹性EDA介质中地震波传播特征弱各向异性近似研究

本文主要研究了黏弹性HTI和EDA介质中地震波的波动参数(包括相速度、慢度、偏振向量和群速度),并基于摄法,推导了P、SV、SH波波动参数的弱各向异性近似公式.文章提出了慢度向量的三种定义形式,分析对比了各种定义方法在求解christo-ffel方程时的具体方法,指出特殊分量法为各向异性黏弹性介质提供了一种研究均匀和非均匀波的更简单、使用更普遍的方法.基于特殊分量法,通过求解christoffel方程,推导出黏弹性HTI介质中均匀、非均匀波的精确相速度、慢度和群速度计算公式,并通过模型计算研究了SH波的相速度特征及其随相角和不均匀参数D的变化规律,结果表明参数D对地震波的相速度大小有一定影响,但对其方位特性无影响,在EDA介质中相速度随方位角变化的规律仍然可指示介质的对称轴方向和裂隙的走向.基于摄动法,以弹性EDA介质为背景介质,通过模型计算对均匀SH波的近似公式的正确性和精度进行验证,结果证明其最大相对误差为1.15%.     

天然地震频率范围内首都圈地区近地表S波速度结构

近地表沉积层的S速度结构是强地面震动模拟和地震灾害估计的重要参数,尤其是浅部的S波速度结构在工程上具有重要的应用意义.目前大部分资料来源于工程钻孔或工程地震探测,很少有地震波频率范围内的S波速度结构,或者深度达数百米的S波速度结构.通过对天然地震的井下摆波形记录的分析,提供了一种测量地震波频率范围深达数百米的S波速度的有效方法.收集了首都圈地区44个井下摆的近震记录,利用广义射线方法确认了直达S波及其在地表的反射波震相,并通过测量不同台站上两个震相的到时差,获得了首都圈地区浅层100—500m深度范围的S波速度结构.研究发现,浅部100m的平均S波速度低于300m/s.当深度增加到500m时S波速增加到800m/s,平均速度梯度为0.8(m/s)/m.研究结果表明,井下摆地震记录波形是研究沉积盆地浅层S波结构的重要资料,将为沉积盆地的强地面震动模拟提供重要基础参数.     

含起伏地形地层中点源激发的震电响应研究

地震诱导电磁现象是国内外地学领域十分关注的前沿问题,前人对地震波和电磁场耦合波场的认识主要是基于规则模型获得的.为研究含起伏地表和地下界面的地层中震电波场激发、传播特性,本文采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟点震源激发的电磁场.首先给出频率域二维SHTE模式震电耦合方程组,然后利用COMSOL软件建立计算模型,并求解出点力源激发震电波场的频率域响应,最后利用FFT变换得到地震波场和电磁场的时间域波形.模拟结果表明,震电波场中存在三种类型的电磁信号,第一种是震源直接激发的电磁波;第二种是地震波在分界面处激发的电磁波(包括自由表面、地下不同介质分界面);第三种是伴随地震波的同震信号,前两种电磁波比地震波更早到达远处观测台站,对地震预警有重要意义.此外,研究还发现:当地震波传播至地表并沿着地表传播时,在地表附近空气层中同样记录到了伴随地震波传播的电磁扰动信号,该信号与相同水平源距条件下、地下观测点接收到的电磁信号相同,这与前人的一些观测结果相符.本文研究结果为今后地震电磁信号的解释提供了理论证据.     

天然地震频率范围内首都圈地区近地表S波速度结构c

近地表沉积层的S速度结构是强地面震动模拟和地震灾害估计的重要参数,尤其是浅部的S波速度结构在工程上具有重要的应用意义．目前大部分资料来源于工程钻孔或工程地震探测,很少有地震波频率范围内的S波速度结构,或者深度达数百米的S波速度结构．通过对天然地震的井下摆波形记录的分析,提供了一种测量地震波频率范围深达数百米的S波速度的有效方法．收集了首都圈地区44个井下摆的近震记录,利用广义射线方法确认了直达S波及其在地表的反射波震相,并通过测量不同台站上两个震相的到时差,获得了首都圈地区浅层100——500m 深度范围的S波速度结构．研究发现,浅部100m 的平均S波速度低于300m/s．当深度增加到500m 时S波速增加到800m/s,平均速度梯度为0.8 （m/s）/m．研究结果表明,井下摆地震记录波形是研究沉积盆地浅层S波结构的重要资料,将为沉积盆地的强地面震动模拟提供重要基础参数．      

方位各向异性粘弹性介质波场数值模拟

当地震信号通过复杂地球介质时,地层除了表现为各向异性,还表现为内在的粘弹性特征.因此,为准确描述地震波在地球介质中的传播特征,理想的地球介质模型应该能够模拟岩石的各向异性特征和衰减特征.本文给出了各向异性粘弹性介质模型的波动方程及其差分格式,并利用有限差分法实现了地震波波场数值模拟.结果表明了该介质模型中地震波场特征与各向异性主轴方位和介质的粘滞性参数之间的关系.     

怀来、 延庆及其周边地区地壳 介质各向异性研究

提出了利用人工爆破P波走时反演地壳介质方位各向异性参数的方法. 在假定介质是弱各向异性介质的情况下, 使用扰动理论得到了线性化的反演公式, 其中待反演的弱各向异性参数是P波走时的线性函数. 如果在反演公式中参考走时取相同震中距接收点的P波平均走时, 那么所获得的弱各向异性参数与参考介质速度的选取无关. 反演得到的弱各向异性参数可以看作是不同震中距和不同深度范围内介质的等效弱各向异性参数. 等效弱各向异性参数在一定程度上反映了不同深度范围内水平方向相速度随方位的变化. 这种变化可能是不同时期构造应力作用的结果. 2007年中国地震局在首都圈怀来地区实施了一次大吨位人工爆破实验, 以爆破点为中心, 布设了高密度的地震观测台网和台阵. 台站相对于爆破点具有360°的全方位覆盖, 所得到的地震记录数据为研究怀来、 延庆地区地壳介质P波方位各向异性提供了必要条件. 我们通过走时反演获得了与水平方位相关的弱各向异性参数, 并对弱各向异性参数进行坐标变换, 得到了能够直观描述岩石弱各向异性的具有水平对称轴的横向各向同性介质, 给出了对应的3个独立弱各向异性参数及其对称轴方位, 讨论了介质各向异性与构造应力场的关系. 结果表明该地区地壳介质存在明显的方位各向异性, 其最大值约为4.6%.      

美国中东部地震台阵波场的三分量波形梯度

波形梯度法是一种全新的台阵数据处理技术,该方法利用子台阵中的波形差异可以得到一些基本的地震波传播参数.本文首次将其应用于美国中东部地震台阵面波的三分量研究当中.首先通过垂向分量的面波进行波形梯度分析,得到垂直分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.再通过垂向分量得到的传播方向进行坐标旋转,从而得到了径向分量以及切向分量的面波,再将其应用于波形梯度分析,分别得到径向分量以及切向分量面波的相速度、传播方向、几何扩散和辐射花样.利用2012年8月27日发生在中美洲西海岸地震事件的三分量地震数据的面波波形得到的结果显示,在相同周期,研究区域的三个分量面波的相速度分布横向差异显著.切向分量面波的相速度分布特征差异较大,可能是由于径向各向异性造成的.三个分量的传播方向变化都不大,且切向分量的传播方向变化大于垂直分量与径向分量,说明地震波的切线分量在传播过程中受到的影响更大,同时还可以看出传播方向的变化呈现出条带状的特征.几何扩散和辐射花样都是与地震波的振幅项有关的信息,三个分量的几何扩散特征基本一致.但是由于切向分量传播方向变化相对较大,可能导致了切向分量面波的辐射花样有所差异.     

多种面波层析成像方法及其在青藏高原的应用与对比

面波层析成像是一种广泛应用的获取地壳与上地幔地震波速度与各向异性结构的地球物理方法.本论文综述了面波层析成像方法的简要历史,阐述了多种常用的面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法、背景噪声成像法与直接面波层析成像法）的基本原理及其优缺点.双台法的理论与实际使用简单,但该方法要求震源与两个台站需近似位于同一大圆弧路径,在台站较少且记录时间较短的区域,获取的相速度水平分辨率偏低.双平面波法能一定程度克服地震波多路径传播与散射对频散的影响,但其对面波波形数据要求较为严格,且通常适用于区域地震台网.程函方程法和Helmholtz方程法可直接从地震记录同时获取相速度与方位各向异性,计算方便快速,无需经过正演与反演过程,但这两种方法要求台站分布密度要高,不适用于台站间距大且分布稀疏的区域.与程函方程法相比,Helmholtz方程法不仅考虑了波形的相位,还利用了其振幅,能获取更准确的相速度与方位各向异性信息.背景噪声成像法的优点是无需震源就可获取高分辨率地壳尺度的成像结果,但通常缺乏长周期面波的信息,难以约束岩石圈深部与软流圈结构.直接面波层析成像法能直接从台站间...     

青藏高原东北缘地壳各向异性及其动力学意义

利用中国地震科学探测台阵项目二期(ChinaArrayⅡ)81个台站的地震数据,使用时间域反褶积方法提取接收函数,挑选满足要求的高质量Ps震相,通过改进的剪切波分裂计算方法获取了53个台站共130对高质量各向异性参数对.地壳各向异性分析指出,研究区东南部地区地壳各向异性方向为NWW向,与XKS各向异性方向、GPS速度场三者近平行关系,说明该地区在青藏高原向欧亚大陆增生的过程中是一个耦合的连贯变形过程;位于研究区中、北部地区的地壳各向异性方向表现为NEE-SWW或E-W方向,与GPS速度场方向一致,而与XKS结果的偏振方向大角度相交,说明该地区受到青藏高原下地壳塑性管道流的影响,可能存在壳幔解耦作用.     

任意空间取向TI介质中速度随方位变化特征

本文基于任意空间取向TI介质中坐标变换的方法,扩展研究了任意强弱、具有任意空间取向对称轴的TI介质中体波相速度和群速度的方位变化;通过模型数值计算,获得了相速度与群速度方位变化图案,并比较了二者偏差.研究发现,各向异性越强群速度与相速度的偏差越大;并且,TI对称轴的空间取向和测线方位影响速度方位变化.相对于TI对称轴,速度方位变化图案不变;但是,随着TI对称轴空间取向和测线方位的改变,其速度方位变化呈现一定的规律性.研究结果可以精确地预测任意空间取向TI介质中速度方位变化,有利于地震各向异性数据处理与解释.     

用H/V谱比法与折射微动法确定表土层参数

表土层参数对地震场地响应有重要影响,通过H/V谱比法和折射微动(REMI)方法确定场地表土层厚度和速度结构等有实际意义.REMI方法采用常规折射地震采集设备,利用自然震动作为源,通过地震波场τp变换和傅立叶变换,将地震记录从时空域变换到慢度-频率域提取频散曲线,不同于主动源面波勘探,被动源面波勘探能获得更大深度的土层结构.     

银川地震台地震波记录特征

通过对银川台具有代表性的１００个典型地震记录图的震相分析,按震中位置不同分区展示了银川台地震波记录的“影区不影”、灵武地震方位异常,东北方向的近震ＰＮ波缺失以及极远震的ＳＮＫＳ波记录,文章还分区概述了银川台对全球不同地区发生的地震所记录的地震波的记录特征。     

各向异性介质中S波接收函数成像方法

岩石圈各向异性主要由上地幔矿物晶格优势排列方向和上地壳内裂缝、裂隙的定向分布造成.在各向异性特征显著区域,利用SKS震相剪切波分裂获得的延迟时间高达1.5s以上.本文根据方位各向异性,利用广义反射透射系数矩阵方法正演S波接收函数,研究各向异性对不同反方位角接收函数转换震相走时的影响.我们发展了基于HTI模型各向异性走时校正的方法,成功的在单层和多层(快轴方向相同或不同)的各向异性介质中对齐不同反方位角接收函数的Moho面和LAB的转换震相走时.我们将该方法应用于在青藏高原东北缘的流动台站,试图在各向异性强度较大区域对实测数据转换震相走时的校正效果进行测试.结果表明:各向异性走时校正能够加强单台接收函数转换震相的可追踪性,能量增强的叠后转换震相在时深转换后更利于对界面深度的识别与判断;在考虑三维成像的情况下,我们的各向异性校正方法对提高成像结果的准确性有重要意义.     

用B-样条双正交小波拾取P波到时

地震波包含有许多震相,这些震相蕴涵着丰富的地球物理信息,反映了震源、传播路径等介质的特征,识别这些震相对于了解震源机制、地层结构以及地震波特性是很重要的.地震事件检测的一个重要目的是在地震发生前后提供地震的相关信息,以减少或避免地震带来的损失.由于P波和S波的特殊性,地震事件检测主要是识别P波和S波以及确定它们的到时,因此准确而高效地确定P波和S波到时方法的研究成为众多地球物理学家的研究热点.     

峰度和AIC方法在区域地震事件和直达P波初动自动识别方面的应用

提出了一种基于直达P波信号的峰度和Kurtosis-AIC方法进行区域地震事件实时检测和直达P波初动精细识别的新方法,并应用于山东地震台网记录的地震波资料处理.结果表明:(1)应用峰度方法能够有效识别出地震事件,可有效减低地震事件的错误报警率和漏报率;(2)与人工识别震相到时的结果相比,根据Kurtosis-AIC震相自动识别方法得到的震相到时的平均绝对值误差为(0.09±0.08)s。