核试验监测的地震学研究综述

侦察探测核爆事件,评估核爆信息等核试验监测工作,对评估核爆威力、研究核爆炸现象以及各种破坏因素的变化规律有着重要意义.地震学提供了核试验监测中关键的研究手段.核试验地震学监测研究主要包括核试验识别、定位、埋深、震级和当量的估计等内容.根据近半个世纪以来核试验方式的变化和技术的发展,介绍和总结了核试验监测中相关研究进展状况,主要包括事件定位、判别、震级测定、当量和埋深估计等地震学观测、理论和方法.     

基于纵横波解耦的三维弹性波逆时偏移

纵横波波场分离是弹性波偏移方法的必要条件,通过纵横波成像的差异可以获取更多地下介质的信息.目前所用的纵横波波场分离方法多采用Helmholtz分解,这样得到的波场不仅物理意义发生了变化,振幅和相位也会发生改变.本文采用纵横波解耦的弹性波方程,将其应用于三维介质,对比分析了纵横波解耦方法相对传统Helmholtz分解方法在相位、振幅上的优势.将该解耦的波场分离方法应用于弹性波逆时偏移,能得到相位、振幅和物理意义不受改变的偏移结果.但是该解耦方法分离得到的纵横波波场均为矢量场,将该波场分离方法用于弹性波逆时偏移,还需要解决矢量场如何得到标量成像结果的问题.本文引入了Poynting矢量,通过Poynting矢量对矢量波场进行标量化,这样就能得到保振幅、相位,且无极性反转的标量PP和PS成像结果.同时针对S波Poynting矢量求取不准确的问题,采用拟S波应力场和S波速度场得到了更加准确的S波Poynting矢量.理论计算证明了本文采用的3D波场解耦的矢量波场分离方法的正确性和引入Poynting矢量对矢量波场进行标量成像的有效性.     

基于"元素含量-面积"模型方法的地球化学场的多重分形模式分析

从多重分形理论出发,在赤峰地区的2个区域应用"元素含量-面积(C-A)"模型方法.对"元素含量-面积"双对数图的形态进行分析,将地球化学异常多重分形特征模式分为3种类型:模式Ⅰ为可拟合为2条直线段的简单多重分形模式,具有该模式的元素在研究区内没有成矿富集的趋势,不存在实质性的致矿异常;模式Ⅱ为可以拟合为3条直线段的高富集多重分形模式,它在模式Ⅰ的基础上叠加有高含量的异常场,具有该模式的元素在研究区内存在较强的局部富集,成矿的可能性很大;模式Ⅲ为可拟合成3条直线段的低富集多重分形模式,它在模式Ⅰ的基础上叠加的是较弱的异常场,具有该模式的元素在研究区内有较弱的矿化作用.在此基础上,分析了元素的成矿富集规律和空间分布特征,确定了区域异常和局部异常的异常下限,划分了地球化学背景、区域异常和局部异常.     

朝鲜核爆的Rayleigh波震级测量

利用1995年至2009年中国东北及邻近地区11个宽频带台站记录到的77个地震事件、3个化学爆炸和2次朝鲜核爆的区域地震资料,标定该区域台网的Rayleigh波震级.通过对8~25 s 周期的垂直分量Rayleigh波形进行分析,获取基于最大振幅的面波震级.计算82个区域事件不同周期的台基响应,经过台基校正后取最大振幅的面波震级为事件震级.2006年和2009年两次朝鲜核爆的面波震级分别为2.93±0.19和3.62±0.21.将地震和核爆事件的面波震级M_s与体波震级m_b(Lg)进行比较,发现根据该区域台网的数据利用M_s-m_b识别方法无法鉴别朝鲜地区的核爆与地震.朝鲜核爆的面波震级相对较大,使M_s-m_b识别方法失效,其原因可能是源区介质的不均匀性、由核爆炸冲击引发的深部的拉伸破坏被抑制,或者是近爆源区存在张性的构造预应力.假定核爆可能的埋藏深度范围是0.01~1.0 km,用Rayleigh波震级估计朝鲜核爆的当量,对2006年和2009年核爆当量的估值范围分别为0.42~3.17 kt和2.06~15.53 kt.     

青藏高原地区Lg波衰减成像及其对地壳流分布的约束

在青藏高原地区地壳和上地幔中观测到强烈的地震波衰减,特别是在青藏高原北部区域。理论研究和实验观测均表明,强地震衰减是高温异常或部分熔融的指示因子。     

非均匀VTI介质切比雪夫傅里叶深度偏移方法

傅里叶法是一类重要的单程波偏移方法.同传统的有限差分类方法相比,傅里叶方法不受数值频散和双向分裂误差的影响,但常因精度要求而计算量较大.在各种多项式展开中,切比雪夫展开与单平方根算子的最大偏差是最小的.我们对单平方根算子的切比雪夫展开,得到一种适用于非均匀VTI介质的深度偏移算子,明显降低了计算量且保持了精度.为了进一步提高算子的整体性能,利用模拟退火法对算子中的常系数进行了优化,使三阶算子的最大精确相位角达到60°.Hess模型的偏移结果证实了算法的有效性.     

台湾地区地壳形变的弹性块体位错模型

在经典的非震形变位错模型中,地壳形变被认为是活动块体刚性运动和上部断层锁定影响的叠加,本文对此模型进行了改进: (1) 用活动块体整体运动和内部线性应变、旋转的贡献代替活动块体刚性运动的贡献;(2) 用分层介质地壳模型代替半无限介质模型计算断层锁定的影响. 利用改进后的非震形变位错模型,拟合了台湾地区1990～1995年间GPS观测资料. 结果显示,在东部海岸山脉区,约有30 mm·a^-1的汇聚率被奇美断层消耗掉,运动速度从奇美断层向北迅速衰减. 在西部平原地区,南部断层是岛内锁定最为强烈的断层,该地区相应的也是史上灾害性地震多发的地区. 根据反演结果计算出的应变率与旋转率分布与前人结果在大部分地区一致,主应变率场显示台湾大部分地区存在近NW-SE方向的主压应变,主压应变方向呈扇形分布. 旋转率场显示台湾东部和南部地区存在着逆时针旋转率,而西部和北部地区则为顺时针旋转率.     

含衰减地层微地震震源机制反演及其反演分辨率

微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解(特征值分解)方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响.     

数据自相关多次波偏移成像

在常规偏移方法中一般都需要压制地震数据中的多次波,仅利用一次波信息成像,把自由表面反射的多次波视为噪声,但是在多次波中也包含着地下结构信息,应该将其充分利用到成像中来.事实上,已经有不少成像方法试图利用多次波信息,但是大部分方法都需要对多次波进行预测.本文提出了基于傅里叶有限差分偏移算子的数据自相关偏移方法.在这种偏移方法中,对含有一次波和多次波的地震数据,分别进行下行和上行延拓,然后直接利用常规的互相关成像条件成像.由于波场延拓采用了傅里叶有限差分算子,其计算效率高,能够很好地对复杂介质中的地震数据进行延拓.在数值试验中,使用了一个含散射点的三层模型和Marmousi模型.合成数据测试结果表明,这种方法可以对更大范围的地下构造成像,比常规的只利用一次波的傅里叶有限差分法照明度更好,并且在浅层可以提供更高的分辨率.我们提出的数据自相关策略易于实现且避免了繁杂的多次波预测,这对于复杂地下构造成像可能有着重大意义.     

逐次线性化衰减层析成像方法研究

在时间域衰减成像的基础上,建立了一种与当前走时层析成像类似的衰减成像方法——逐次线性化衰减层析成像方法,这是一种基于射线理论的方法.文中推导了逐次线性化过程的一系列公式,给出了相应的迭代算法及实现技术,并通过数值实验验证了方法的可行性.作为走时层析成像的补充方法,实现多参数成像.工程勘察实践表明,走时与衰减联合成像方法的应用效果良好.