落锤震源不同参数激发的数值模拟研究

本文通过研究落锤震源的物理模型,利用有限元方法,对震源激发到子波形成的全过程进行数值模拟研究。从激发参数角度,分别对软地表（土壤）和硬地表（岩石）条件下的不同落锤震源参数的激发进行数值模拟,分析不同震源参数对子波能量和频谱的影响,并比较不同地表岩性介质对震源参数变化的响应。同时将模拟结果同已有的数据采集研究和实验研究进行对比,以说明其有效性。研究结果显示落锤震源的激发效果同重锤质量、冲击速度、基板大小和基板材料的关系,为浅地表地震勘查中落锤震源参数的选择提供了参考依据。     

炸药震源的地震安全性野外实验研究

选定一块场地,针对相同井深、不同药量的情况,进行炸药震源的地震安全性野外实验,用Etna数字强震动加速度仪记录每次爆破时房屋振动的加速度.在选定房屋结构的地基、窗台、屋顶等3个位置分别布设了仪器,记录结构响应的加速度波形.为了与《爆破安全规程》的参考标准对应,将加速度值转换成速度值,并对位于屋顶的结构响应速度峰值进行分析.通过对结构响应、安全距离、频率的研究,分析建筑物结构对每次爆破的响应,并对其安全性进行讨论.     

基于高铁震源简化桥墩模型激发地震波的数值模拟

高铁列车运行过程中绝大部分时间都是行驶在高架桥上的,高铁列车经过桥梁时,通过与大地耦合的桥墩激发地震波发震过程和平地不完全一样.本文探索高铁列车行驶经过高架桥桥墩,通过桥墩对地下介质激发地震波的机理及过程.为了便于理论分析,文中将高铁列车简化为在高架桥上沿一个方向运动的移动线源,通过每节车厢前后组轮对,对每一个桥墩施加力的作用,而桥墩插入地面几十米深至围岩,与表层土壤和深层围岩双重耦合,由此给出高铁列车通过桥墩激发地震波的震源时间函数.同时,基于广义连续介质力学框架下的修正偶应力理论,推导包含介质特征尺度的弹性波动方程,并应用此弹性波动方程以及构建的高铁震源时间函数,采用优化的交错网格有限差分算法,实现数值模拟,将合成的地震记录与实际地震记录对比分析,其结论将为进一步的基于高铁震源的成像和反演研究提供理论依据.     

基于高铁震源简化桥墩模型激发地震波的数值模拟

高铁列车运行过程中绝大部分时间都是行驶在高架桥上的,高铁列车经过桥梁时,通过与大地耦合的桥墩激发地震波发震过程和平地不完全一样.本文探索高铁列车行驶经过高架桥桥墩,通过桥墩对地下介质激发地震波的机理及过程.为了便于理论分析,文中将高铁列车简化为在高架桥上沿一个方向运动的移动线源,通过每节车厢前后组轮对,对每一个桥墩施加力的作用,而桥墩插入地面几十米深至围岩,与表层土壤和深层围岩双重耦合,由此给出高铁列车通过桥墩激发地震波的震源时间函数.同时,基于广义连续介质力学框架下的修正偶应力理论,推导包含介质特征尺度的弹性波动方程,并应用此弹性波动方程以及构建的高铁震源时间函数,采用优化的交错网格有限差分算法,实现数值模拟,将合成的地震记录与实际地震记录对比分析,其结论将为进一步的基于高铁震源的成像和反演研究提供理论依据.

     

震源孕育模式的数值模拟研究

在充分考虑地质体材料力学性质非均匀性特点的基础上，运用岩石破裂失稳过程有限元分析新方法(RFPA)，以不存在明显孕震构造特征的包体模式为例，模拟研究了挤压边界条件下的震源孕育模式，包括断层的形成过程和地震活动特征，演示出孕震体由变形、破裂到宏观贯通的地震全过程以及它们的时空强基本规律．计算所得到的应力、变形和微震空间分布，形象地给出了变形局部化、震源迁移、膨胀或隆起，弹性回跳和X型共轭变形带等直观图象．      

组合震源模式的数值模拟研究

针对随机介质模型和组合震源模型，应用二维网络系统有限元数值模拟方法，研究了微震的空间和时间分布序列及震级－频度关系。结果表明，微震从起初随机无序的空间分布状态逐渐向临震前主震源区域集中，呈现有序分布迁移，前兆具有“先外围，后震中”的传播特征。此外，震级－频度的线性关系只近似存在于中等震级范围内，对于高震级与低震级都有很大的偏移     

震源动力学破裂过程数值模拟研究

首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义, 在此基础上, 研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响, 并对常用的有限元方法、 离散元方法、 有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍. 讨论了这些数值模拟方法各自的优缺点, 建议在方法的选择上应视具体问题及计算的精度而定. 最后对动力学数值模拟的关键部分, 滑动摩擦准则进行了论述. 常用的滑动摩擦准则有滑动弱化准则、 速率弱化准则和速率-状态依赖摩擦准则. 在单纯考虑某个地震的动力学破裂传播过程时, 滑动弱化准则较为常用, 其中滑动弱化距离的选取至关重要. 但若考虑整个地震循环, 速率-状态依赖摩擦准则更为合适.      

相控震源在矿产勘探中应用的数值模拟研究

为满足深部矿区精细勘探的需求,研究适于矿区的震源技术至关重要.在便携式电磁驱动可控震源应用于矿区勘探过程中,单电磁驱动可控震源和组合震源分辨率不高.本文基于相控震源技术,采用有限差分方法,对二维地下空间不同介质模型的波场传播及地面接收点的响应进行数值模拟.模拟中,震源分别使用单震源、延时时间为0 ms及1.33 ms的9单元相控源,介质模型采用均匀、水平层状、不规则矿区模型,得到如下结果:均匀介质下相控震源激励定向地震波,0 ms、1.33 ms延时参数下相控源激发固定方向地震波,方向分别为90°和70.4°;层状介质模型下,0 ms参数下相控源产生的垂向地震波方向不随介质变化,1.33 ms相控源激励的定向地震波在不同介质中仍然具有方向性,但随波速变化,地震波发生偏折,地震波主波束方向由70.4°,依次变为68.5°,66.0°,63.7°,61.1°;不规则矿区模型下,1.33 ms相控源激发的地震波在首层介质内传播方向为70.4°,围岩内为65.4°,矿体内为63.1°.在水平层状矿区介质结构下,与单震源相比,1.33 ms和0 ms相控源令接收点信噪比分别提高了14.1 dB和10.2 dB;在不规则矿区模型下,1.33 ms和0 ms相控源较单震源令接收点信噪比提高了18.9 dB和14.9 dB.由此得到如下结论:相控源在复杂介质模型下仍具有激发定向地震波的能力,尽管波束方向在不同介质内会发生偏折;在多种延时参数下,相控源都具有改善接收数据信噪比的能力.综上所述,相控震源技术能有效提高矿集区的数据采集质量.     

模拟震源动力学破裂过程的数值方法研究

为模拟震源的动力学破裂过程,本文讨论一种求解剪切裂纹动力学扩展问题的有限差分法。在研究二维反平面破裂的基础上,我们把所用方法推广到三维问题。研究了许多简单震源模型,通过对比同一问题的解析解和其它数值解,对方法的正确性和计算精度进行了检验,结果表明我们的数值方法是可行的。最后,作为初步应用的例子,我们研究了非均匀断层的自发破裂问题。     

模拟震源动力学破裂过程的数值方法研究

为模拟震源的动力学破裂过程,本文讨论一种求解剪切裂纹动力学扩展问题的有限差分法。在研究二维反平面破裂的基础上,我们把所用方法推广到三维问题。研究了许多简单震源模型,通过对比同一问题的解析解和其它数值解,对方法的正确性和计算精度进行了检验,结果表明我们的数值方法是可行的。最后,作为初步应用的例子,我们研究了非均匀断层的自发破裂问题。     

低速带的波场数值模拟及影响因素初步分析

低速带具有“自由表面、低速度、高吸收”的特征,能引起反射波能量减弱,产生很强的频散,造成近地表波场畸变,严重影响地震勘探的精度。而地震采集过程又不可避免遇到以下低速带问题:①低速带存在与否会对地震波传播造成什么影响;②近地表变化大,怎么才能得到精确的低速带参数;③存在低速带时,激发井深、最佳的药量(与子波频率有关)、最佳的耦合(与低速带速度相关)等采集参数会对采集资料的品质产生什么影响。本文通过数值模拟,集中对低速带与地震波激发的井深、速度、子波主频等核心采集参数的关系进行分析研究,同时在低速带背景下对数值模拟的网格、边界等问题也进行了讨论。模拟得到的波场特征及低速带参数影响的机理分析,对做好野外地震波激发,获取高品质的地震资料,具有理论意义和指导作用。     

Comparative Study on Two Methods for Measuring Wave Velocity Change of Crustal Medium Based on Large Volume Airgun Excitation Data

This paper proposes the application of dynamic programming method to calculate the relative change of wave velocities and compares its similarities and differences with the cross-correlation delay estimation method based on interference. The results show that:①the trend of wave velocities obtained by cross-correlation method and dynamic programming method are consistent. Besides,it is considered that the calculated result using cross-correlation delay method is reliable.② Compared with the cross-correlation delay method,the calculated result of the dynamic programming method has a magnifying effect and is more sensitive to small disturbances.③ Under ideal conditions,the wave velocity change trend calculated by P-wave and S-wave phase should be consistent. In addition,the cross-correlation delay method is used to calculate the wave velocity change.Under appropriate conditions,the process of recovering from the suspected wave velocity before the M_L1. 1 earthquake near the airgun source can be observed.     

不同激发环境下井中气枪震源特征研究

基于单枪容量为250in3的BHS-2200LL井中气枪,在内径0.2、5.0m不同激发井中开展了气枪震源特征对比分析,研究表明：①5.0m井中气枪激发产生的信号优势频率集中在10～40Hz,比在0.2m井中的低,这主要是由于较大水体利于气泡的震荡;②在能量方面,5.0m井中激发信号的能量强于0.2m井中的,幅度上相差1个数量级,单次激发的传播距离可达9km;③2种激发环境下产生的气枪信号都具有较好的重复性。     

公路隧道集中排烟系统流速分布规律数值模拟研究

采用火灾动态模拟软件FDS,对独立排烟道集中排烟模式在火灾条件下的排烟情况进行模拟计算,分别研究了集中排烟中双向排烟方式和单向排烟方式下不同排烟阀设置方案工况的排烟道流速和排烟阀流速分布规律。结果表明,双向排烟方式下,排烟阀流速与排烟道流速呈对称分布;单向排烟方式下,排烟阀流速与排烟道流速呈非对称分布;当排烟道横截面面积一定时,改变排烟阀设置方案对排烟道端部流速的影响不大;随着排烟阀开口面积的增加,离风机较近的排烟阀流速逐渐降低,而该排烟阀的排烟量却逐渐增大;排烟道和排烟阀流速的大小与排烟量、排烟阀设置方案、排烟道横截面面积等参数有关。本文研究可为集中排烟系统流速的合理设计提供依据。     

水平层状介质视波速比响应特性的数值模拟

This paper deals with the response features of AR （apparent ratio of seismic wave velocities to the changes of TR （true ratio of wave velocities） in the horizontal layered model by mathematical modeling. The results show that： （1） the response features of AR are associated with the parameters of the structure and its dynamic changes, and the relative position between the hypocenters and the monitoring networks, showing complicated patterns strongly related to the concrete paths of propagation of seismic waves from the source to the receiver in the observatories of the network; （2） the depth of the seismic source would have important influence on the response features of AR, especially the capacity to carry the anomalous information in the condition of the earth media, being in the anomalous state would be greater for those earthquakes which occur inside the anomalous layers than those underneath the anomalous layers; （3） the response features of AR are clearly related to the changes of TR （true ratio of wave velocities） instead of changes of wave velocities themselves, i.e. the response could be small as the changes in TR is small even in the case of large changes in the wave velocities. It is suggested that more attention must be paid to all these features in combination with detailed investigation of the velocity structure of the earth media in the study region and best fitting of precise hypocenter locations when one wants to obtain the reliable precursors from the changes in AR.     

用人工源和天然源面波联合探测浅层速度结构.

本文在简要介绍天然源与人工源瑞雷面波勘探基本原理、数据采集和资料处理方法的基础上,结合3个不同场地的探测实例,阐述了天然源和人工源瑞雷面波方法在浅部速度结构探测中的应用效果.结果表明,根据不同的场地条件和探测目的要求,分别采用天然源、人工源瑞雷面波方法提取瑞雷波频散曲线,再用遗传算法反演得到工程场地浅部地层横波速度结构的技术方法是有效和可行的.该方法对于类似工程的浅部横波速度结构探测具有经济适用、简便快捷的优点.     

A Comparative Study on the Excitation of Large Volume Airgun Source with Different Combinations in Hutubi, Xinjiang, China

In order to study the excitation of large-volume airgun source with different combinations in Hutubi, Xinjiang,China,we conducted a targeted experiment. The method of time-frequency analysis is used to study the signals recorded by a seismometer on the shore of the excited pool, and it is concluded that different gun combinations will lead to different frequency of bubble pulse signals. Besides, linear combination method is used to analyze the signal-to-noise ratios of signals excited by different gun combinations which was recorded by seismic stations around the airgun source. In order to improve the signal-to-noise ratios, it is more effective to increase the activation energy (the number of excited guns at the same time) than to stack the excited signals with smaller energy repeatedly.     

不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。文中模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。     

利用主动震源直达波互相关时延检测技术监测小江断裂带浅层地震波波速变化

为了监测云南小江断裂带附近地震波波速的连续变化,2006年4月在小江断裂带以西10 km布置了一条长235 m的主动震源浅勘测线,进行为期1个月的连续观测实验。采用前后互相关技术对直达波进行了高精度波速变化测量,分析得到以下结果和结论:(1)实验期间,实验点地下介质存在相对波速变化δv/v≈10-3~10-2;(2)波速变化随震中距增加迅速减小,这可能反映了较浅层波速变化与较深层相比更剧烈;(3)波速变化和大气压变化有很好的相关性,相对波速变化对大气压的敏感系数为10-6Pa-1量级;(4)降雨会显著影响波速与气压的关系,降雨前相对波速变化随气压增加而增加,而降雨后相对波速则与气压呈负相关。