埋藏基岩断裂对地震波动影响的超声模拟研究

地球表层的地质构造对地震波动有不容忽视的影响,研究其规律,对于探查地壳结构乃至了解地球表层动力学特征具有重要意义。应用超声模拟方法,从基岩断裂对波传播和波场分布的影响以及基岩断裂倾向对地表地震动频率的影响三个方面研究了埋藏基岩断裂对地震波动的影响,揭示了一系列现象和规律。     

金属矿山地地区地震勘探随机噪声的波动方程模拟

消减随机噪声是目前陆地地震勘探数据处理的关键问题之一,分析随机噪声的产生机制及特征是对其进行有效压制的先决条件.本文针对中国南方山地金属矿区的勘探环境,根据随机噪声中包含的自然噪声和人文噪声的发声机理分别确定其噪声源函数,以波动方程作为噪声传播模型对山地地区随机噪声进行建模,将随机噪声作为一个综合波场,并且与实际噪声记录进行比较.随机噪声记录作为时空域的二维随机过程,分别对模拟噪声和实际噪声记录的时间域波形(振动图)特征包括频谱、功率谱密度,相空间轨迹图,统计量特征(能量分布,累积分布,均值,方差,峰度,偏度),和空间域波形(波剖面)特征包括波数谱和统计量特征进行比较,对比结果显示在时空域模拟噪声和实际噪声都有基本相同的性质,证明了本文对随机噪声模拟方法的可行性,为进一步研究随机噪声时空域传播特性以及噪声消除奠定理论基础.     

北京凹陷地震地面运动超声模拟

1976年唐山大地震震害调查表明,北京城区震害异常带的分布与北京凹陷的西北及东南两翼相对应。 垂直于北京凹陷长轴切取场地剖面,分別将覆盖层和基岩简化为均质体,按相似性要求设计模型。设震源位于场地的东南方向,选择与天然地震震源辐射特征相似的发射换能器模拟之,同时采用对不同方向的振动具有不同灵敏度的换能器,来拾取模拟地震地面运动的各分量。 由模拟实验观测得到,在随震中距离增加而衰减的总趋势之上,天坛、前门和西四附近模拟地震地面运动大大加强,这与宏观震害的分布吻合较好。模拟地震地面运动表现为先颠后摇,并且铅垂向振动具有一定强度,水平振动的大能量段持续时间较长,其反应谱呈现双峰乃至多峰形。另外,同一时刻不同地点水平地震力存在差异,这是产生水平力偶的原因之一,1976年唐山大地震时北京城区的地震破坏与上述结果较为一致。 进一步的分析研究揭示了埋藏基岩面形态对地震地面运动影响的物理实质。 本文还就基岩面的变化对地震波影响的规律方面也进行了探讨。      

据地震数据对断裂特性的数值研究

地壳上部5～10km之间的断裂是部分开启的，由于它们具有较高的可变形性能力，所以可以通过其母体介质的响应对地震波产生强烈的影响。这使得有可能应用地震数据不仅可以确定断裂网络的位置还能确定断裂特性。我们推出了模拟岩石变形和波传播的基于质点的数值模型，并指出它可以准确地捕获波跨破裂传播的特征。我们研究了波场中拉伸断裂特性(如断裂内聚力)的作用，并说明地震数据在理论上可用于区分断裂的拉伸特性和压缩特性。     

徐州市埋藏基岩斜坡对地震动的影响

本文在分析了徐州地区地震地质背景的基础上,用经作者扩展的SAP 5程序,重点分析了地震小区划中提出的埋藏基岩斜坡地形对地震地面运动的影响问题。初步认识到:这种复杂地形可产生不可忽视的竖向运动;水平向运动分布依其与基岩山丘的距离而不同;地震反应谱形状呈有规律的变化;输入多方向震波的影响比输入单方向震波时的影响要大     

地震灾场的模拟与模拟控制问题研究（I）地震灾场模拟

本文将离散事件系统仿真的方法引入地震工程研究之中，在论述地震灾场模拟与离散事件系统仿真的共性与差异的基础上，以城市地震次生火灾的发生与扑救过程为背景，发展了场，时域复合仿真模型，提出了城市地震灾场的综合模拟算法，实例研究表明，本文建议的地震灾场模拟算法可以揭示复合型工程系统地震反应的一系列特征参数。     

基岩输入参数对场地地震反应的影响分析

基岩输入参数主要包括基岩面埋深、基岩剪切波速和基岩地震动强度等因素.本文通过分析某场地在选择不同深度的假想基岩面、不同的基岩剪切波速以及不同基岩地震动强度条件下的场地地震反应结果,得出在不同的基岩输入参数条件下,地表的地震动峰值加速度和加速度反应谱存在很大差异.     

地震灾场的模拟与模拟控制问题研究：（Ⅱ）地震灾场的模拟控制

根据对城市火灾的大量统计资料分析，本文建立了以地震次生火灾为的地震灾场灾度量化指标。在此基础上，根据地震灾场控制的特点，提出了两类基本的地震灾模拟控制问题。文中以地震灾场仿真技术为基础，发展了模拟控制算法，并以实例验证了算法的可行性。     

利用基岩断层面形貌定量特征识别古地震——以霍山山前断裂为例

基岩断层面形貌特征的定量分析方法是研究断层活动历史和识别古地震的有效手段,是对探槽技术的有力补充,可以弥补在基岩区开展古地震研究技术手段的严重不足。文中以山西霍山山前断裂上的断层面(崖)为例,采用各向同性变差函数法计算了断层面形貌的2D分维值,并通过沿断层走向逐条平均的方式获得了2D分维值在断层倾向上的分布特征,结果显示断层面形貌在倾向上具有显著的分带性特征,由此获得的每个分带的特征分维值随断层面高度的增加呈阶跃式增加。这种断层面形貌在倾向上的显著分带性特征、特征分维值的阶跃式增加反映了断层面的出露方式不是渐进式,而是不连续的间歇式;这种间歇式分带性出露方式与断层的周期性地震活动相关,每个分带的特征值与每个分带的出露时间相关,即与地震发生时间相关。因此:1)可以通过每一个断层面分带的特征分维值估计该分带出露的时间;2)断层面分带的宽度可以用来估计每次破裂地震的同震位移量。霍山山前断裂带上3个基岩断层面形貌分带揭示出3次地震事件;3个2D特征分维值不仅显示3个分带自上而下由老变新的阶跃特征,而且3个阶跃之间大致相等的特征分维值差显示了3次地震发生间隔是大致相等的;断层面分带的宽度反映出破裂地震的倾向同震位移量大约为3.5m。此外,在阶跃式分带之间还存在宽0.5~1m的较窄分带,这些窄分带的特征分维值是随断层面高度增加而逐渐增大的,显示在间震期基岩断层面被逐渐剥露的特征。     

井间地震物理模拟研究

井间地震资料具有极高的分辨率,但是,其波场十分复杂,特别是有效一次反射波场能量较弱,且往往被管波等强相干干扰淹没,波场的识别与分离难度较大.地震物理模拟技术是认识复杂地震波场的有效手段.我们通过单一地质体模型、复杂地质体模型和真实井间模拟模型等多种逼真地质模型的物理模拟,揭示了井间地震观测下直达波、透射波、反射波、折射波,多次波和导波等各类波型的特征.物理模拟试验表明,在炮检域平面上分析直达波的信噪比与能量分布,可以使处理人员对旅行时的误差有更直观的认识.所以识别初至与拾取旅行时间时,不仅要在共震源点道集(CSG)上分析拾取,而且还要在共炮检距道集(COG)上分析拾取,这样就提高了直达波识别的可靠性与拾取时间的精度.     

地震波散射研究的新进展——第25届IASPEI大会S13专题报告会“地震波散射与衰减”简介

本文以IASPEI的“地震波的散射与衰减”专题报告会为主,评述了近几年在地震波散射方面的研究进展.述评所涉及的方面有:1.关于地震尾波的起源;2.大震前尾波包络的前兆性变化;3.地震尾波包络衰降的机理;4.区分散射和吸收的新方法;5.新领域的开拓和研究.     

地震S波反射法在城市活动断层探测中的应用与效果研究

对沈阳、抚顺两市活断层探测中，地震S波反射法的应用进行了分析与研究，认为S波方法有容易激发、抗纵波干扰能力强、力辨率高等特点，尤其适于城市活断层地震勘探。     

地方震尾波的实验室研究

本文在Ａｋｉ（１９６９）一次回弹散射理论基础上，用超声岩石模型模拟地方震，对地方震尾波进行了初步观测和讨论。观测结果得出见波波形、功率谱、持续时间相对于不同震中距是稳定的；并且尾波震相不可以追踪。这就支持了关于尾波的散射理论，同时也为地方震震级、地震矩和Ｑ值等的研究以及地震图资料的充分利用提供了新的途径。     

含地下水的土层对地震波传播的影响

本文综合地介绍了含地下水的土层对地震波传播的研究成果,并对一些普遍性的原则问题进行了讨论.在不变形介质的前提下详细研究了二维地下水的波动问题,应用和开发了线单元-特征线法、交替方向隐式差分法和伽辽金有限单元法,求解了一些边值问题.还研究了介质的不均匀性、地层的成层性等对地下水波动的影响以及地下水波在界面上的透射、反射现象,发现了一些新的规律.从普遍方程出发,论证了地下水波在可变形介质和不变形介质中的差别,导出了两者的换算关系.开辟了由不变形介质的解求可变形介质的解的一个间接途径. 在可变形介质的前提下,直接从两相介质动力方程组出发,对含水土层中的波动问题进行了详尽研究,考虑了弹塑性、非线性本构关系、剪胀性、刚度退化等各种因素的影响.通过计算对各种土壤刚度、渗阻条件、边界透水条件、荷载形式、本构关系和不均匀性等情况做了比较研究,发现一些新规律.在垂直地震荷载作用下发现了两种不同形态的孔隙水压反应--阶变形和振荡形的机制,并用间断波理论解释了孔压阶跃的原因.最后对发现的新现象做了一些讨论和总结.     

含地下水的土层对地震波传播的影响

本文综合地介绍了含地下水的土层对地震波传播的研究成果,并对一些普遍性的原则问题进行了讨论.在不变形介质的前提下详细研究了二维地下水的波动问题,应用和开发了线单元-特征线法、交替方向隐式差分法和伽辽金有限单元法,求解了一些边值问题.还研究了介质的不均匀性、地层的成层性等对地下水波动的影响以及地下水波在界面上的透射、反射现象,发现了一些新的规律.从普遍方程出发,论证了地下水波在可变形介质和不变形介质中的差别,导出了两者的换算关系.开辟了由不变形介质的解求可变形介质的解的一个间接途径. 在可变形介质的前提下,直接从两相介质动力方程组出发,对含水土层中的波动问题进行了详尽研究,考虑了弹塑性、非线性本构关系、剪胀性、刚度退化等各种因素的影响.通过计算对各种土壤刚度、渗阻条件、边界透水条件、荷载形式、本构关系和不均匀性等情况做了比较研究,发现一些新规律.在垂直地震荷载作用下发现了两种不同形态的孔隙水压反应——阶变形和振荡形的机制,并用间断波理论解释了孔压阶跃的原因.最后对发现的新现象做了一些讨论和总结.     

辽宁区域地震短波通信传播特性和频率选择探讨

辽宁区域地震短波通信网对电磁波在无线通信中的传播特性及频率选择等问题，没有进行深入的理论研究和探讨。笔者将通信工作的实践经验升至理论的高度，研究探讨辽宁区域地震短波通信传播特性和频率选择办法，达到在短波数据通信中，选择最佳频率，增加沟通率的目的     

利用高阶交错网格有限差分法模拟地震波在非均匀孔隙介质中的传播

烃类储集层是一种复合多相介质，在固体颗粒的空隙中含有气体或液体. 研究弹性波在该类地层中的传播规律对于油气勘探开发，特别对于全波列声波测井有重要意义. 为了提高孔隙弹性介质数值模拟的计算效率，本文采用改进显式交错网格有限差分算法取代常用的空间域四阶和时间域二阶的速度 - 应力有限差分算法，算法的空间域为八阶、时间域为二阶. 虽然计算的时间步长略小于空间域四阶的情形，但高阶有限差分算法可以选择较粗糙的网格，因此补偿了计算的低效；同时高阶交错网格有限差分算法的空间频散性比低阶算法小. 利用该算法计算了一个两层模型的波场，同时还模拟了等效弹性和孔隙弹性模型中波的传播. 结果表明慢波及其影响明显，尽管慢波衰减很快，但被某一界面反射后，转换形成的P波和S波仍以正常的方式传播，且比慢波衰减小.     

基于螺旋线上谱因式分解的地震波场隐式辛算法

均匀介质、复杂各向同性介质和各向异性介质中的地震波传播过程,可用统一形式的标量声波方程描述.考虑到在无损耗条件下,地震波方程描述了地震波场这一个无穷维的哈密顿体系随时间的演化过程,该过程为一个单参数连续辛变换,因而可以在其哈密顿形式表述下导出其辛格式.与显式辛算法相比,隐式辛格式对应的隐式辛几何算法具有无条件稳定的特点,可以允许较大的计算步长.但是由于隐式算法不可避免地面临高阶矩阵的求逆,其每一步的计算速度较慢.为实现矩阵快速求逆,文中采用了螺旋边界条件下谱因式分解的方法.在螺旋边界条件下,需要求逆的矩阵化为带状矩阵,而且其各列非零元素的位置和大小具有非常好的相似性,因而可以采用谱因式分解的方法实现快速LU分解.文中采用二阶精度的隐式蛙跳辛格式和谱因式分解方法,计算了常速度、层状介质和Marmousi模型中的波场.计算表明,隐式辛算法不失为波场计算的一种好方法.     

地震波对乌鲁木齐河谷地下管线的影响

根据乌鲁木齐河谷的1~3级阶地和地层岩性,分析了在地震波作用下地基土层剧烈复杂振动对地下管线的影响,表明场地内地质构造、地形条件的特殊性加重了地震灾害。通过乌鲁木齐河谷的天然气钢结构管道地震应力计算,讨论了地震波对地下管道的应力作用,其大小主要由表层土体产生的变形或应变决定。提出了建设乌鲁木齐市河滩路地下管线公用隧道工程建议,这是保护地下管线的有效方案。