基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为:根据目的层探测深度(如20m)将地下介质分为若干个(20个)厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层(共21层),这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明:细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层(每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等)更接近实际情况。     

基于萤火虫和蝙蝠群智能算法的瑞雷波频散曲线反演

反演瑞雷波频散曲线能有效获取地层横波速度和厚度.但由于其高度的非线性、多参数、多极值等特点,传统的全局搜索方法易出现收敛速度慢、早熟收敛及搜索精度低的问题.鉴于此,本文提出并测试了基于萤火虫优化算法（FA）和带惯性权重的蝙蝠优化算法（WBA）的新的瑞雷波频散曲线反演策略.在瑞雷波频散曲线反演中,FA全局搜索能力强,但后期搜索精度低,而WBA局部搜索能力强,搜索精度高,但易出现早熟收敛.故本文将二者结合,提出了一种新的优化策略,称其为WFBA,即在反演前期使用FA,后期使用WBA,很好地解决了FA后期搜索精度低及WBA早熟收敛的问题.本文首先反演了三个典型理论模型的无噪声、含噪声的数据,验证了WFBA对瑞雷波数据反演的有效性与稳定性.然后将WFBA与WBA、FA单独反演以及不含惯性权重的FBA和粒子群优化算法（PSO）反演的结果进行了对比,说明了WFBA相对于WBA、FA、FBA和PSO具有更稳定、收敛速度更快、求解精度更高等优点.最后,反演了来自美国怀俄明地区的实测资料,检验了WFBA对瑞雷波数据反演的实用性.理论模型试算和实测资料分析表明,WFBA很适用于瑞雷波频散曲线的定量解释,具有很高的实用性价值.

     

瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法研究

目前瑞雷波多阶模式频散曲线反演中仅考虑数据的拟合,缺乏对模型的约束,不能很好地刻画地层间断面的问题,针对此问题,研究了瑞雷波多阶模式频散曲线稀疏正则化反演方法.正演模拟基于广义反射-透射系数法,数值计算上采用一种快速求根方法,与二等分方法相比,能够在很短的时间内达到最优的收敛效果;反演建模时采用L1范数正则化方法对模型进行稀疏性刻画,使反演结果更加符合地质实际;在反问题的数值实现上,针对稀疏正则化模型提出一种隐式迭代正则化算法,其迭代算子具有非膨胀特性,可以收敛到极小化问题的解.数值实验结果表明,新的反演方案具有计算效率高,模型"逐块"光滑的特性刻画好,对非高斯噪声鲁棒性强的特点.     

利用波场模拟方法检验修正瑞雷波频散曲线

目的 提出通过波场模拟来对比不同的模态解释的正确性,以检验和修正频散曲线的提取。对模拟数据和实测数据的分析表明,该方法进行频散曲线的检验和修正是可靠的,可以有效提高频散数据的质量。     

2009年萨摩亚—汤加特大地震触发的两次大震

特大地震(≥8.0级的地震)一般都含有构造板块之间边界岩体的突然滑动。这种板间的破裂通常出现在俯冲带特大逆冲事件的海沟斜坡区,会产生动态及静态应力变化,从而激活周边的板内余震(Christensen and Ruff,1988;Dmowskaetal,1988;Layetal,1989;Ammonetal,2008)。本文研究的地震序列展示一少见的例子———特大海沟斜坡的一次板内地震触发了广泛的板间断层活动,颠倒了典型的活动模式,从而广泛地扩大了地震和海啸灾害。2009年9月29日,在汤加俯冲带北端的外海沟斜坡发生矩震级8.1的正断层地震事件,该震开始破裂后的2分钟内,发生了总地震矩等于矩震级8.0级的第二个特大地震,它由两次(矩震级均为7.8级)板间下插逆冲大地震组成,导致了周边俯冲带巨型逆断层的破裂。联合的断层作用引发了海啸,局部地区抬升约12m,导致萨摩亚、美属萨摩亚和汤加192人死亡。地震信号的重叠掩盖了这样的事实:相隔约50km的性质不同的断层发生了不同几何形状的破裂,这些被触发的逆冲断层滑动只有通过详细的地震波分析才能揭示出来。在汤加北部俯冲带的大部分区域内,激活了广泛的板间和板内余震活动。     

江西九瑞矿集区东雷湾矿区中酸性侵入岩及其铁镁质包体的成因:锆石U-Pb年代学、地球化学与Sr-Nd-Pb-Hf同位素制约

九瑞矿集区成矿与燕山期中酸性侵入岩体关系密切,但对该区东雷湾矿床的地质地球化学研究还相对较少.对东雷湾矿区中酸性侵入岩(花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩)及其铁镁质包体进行了系统的锆石U-Pb年代学、矿物化学、岩石地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究,探讨其岩石成因.锆石LA-ICP-MS U-Pb定年表明:东雷湾中酸性侵入岩的成岩年龄为144.3~148.7 Ma,铁镁质包体的年龄为146.4~147.1 Ma,与寄主侵入岩花岗闪长斑岩的年龄一致.东雷湾侵入岩属准铝质范围,岩石的Mg#较高(42.5~68.0,平均56.0),并具有较高的相容元素含量,富集轻稀土,Eu异常不明显,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素.暗色铁镁质包体呈细粒结构,常见针状磷灰石和钾长石斑晶.东雷湾样品的Sr-Nd同位素组成变化范围较小,初始87Sr/86Sr比值位于0.706 4 ~ 0.707 9,ε_Nd(t)值变化于-5.80~-3.31,t_2DM(Nd)为1.2~1.4 Ga,锆石ε_Hf(t)值为-15.9~-3.6.样品的206Pb/204Pb(t)、207Pb/204Pb(t)、208Pb/204Pb(t)值分别变化于17.333 3~18.260 0、15.513 5~15.621 0、37.404 1~38.395 4之间.详尽的元素和同位素地球化学特征表明,东雷湾铁镁质包体是由拆沉的加厚下地壳发生部分熔融,并在其上升过程中与地幔物质发生相互作用,进而与花岗质岩浆混合过冷结晶形成的.该区侵入岩的形成很可能是因为加厚下地壳拆沉入软流圈地幔后发生部分熔融,熔体与地幔橄榄岩相互作用后在上侵的过程分别形成了铁镁质岩石和花岗质岩石.      

大瑞铁路高黎贡山越岭段主要工程地质问题与地质选线

在野外地质调查、钻探、地应力测量和室内测试分析的基础上,对大瑞铁路高黎贡山越岭段规划设计中可能遇到的高地温、高地应力、活动断裂断错、岩爆、涌水突泥、软岩大变形和边坡稳定性等主要工程地质问题进行了论述,认为高地温和热害是制约高黎贡山深埋隧道段建设的关键因素。根据地热钻探、测试资料分析,该区的地热分布受断裂构造控制明显,黄草坝断裂具有阻水隔热的工程地质特性。对比分析认为,C12K方案(34.5 km越岭长隧道方案)位于黄草坝阻水隔热断层之南,通道内相对低温,且在隧道口处避让了古滑坡等不利工程地质问题,在众多比选方案中工程地质条件较好。调查研究结果对大瑞铁路全线贯通具有重要意义。     

桂海碑林摩崖石刻水害成因分析及防治对策

桂海碑林摩崖石刻景区为国家第五批公布的全国重点文物保护单位,其现存的石刻具有极高的史料价值和书法艺术欣赏价值。由于长期受到地质营力的作用,石刻出现了不同程度的水患病害,严重威胁着文物的长期保存。本文通过现场调查将桂海碑林灰岩质摩崖石刻的水患病害归纳为渗（滴）水病害、坡面雨水冲刷病害和凝结水病害三种类型,并分析了裂隙水、雨水和凝结水诱发石刻损坏的成因机制。为查明裂隙水的运移特征,采用瑞雷波探测技术识别了石刻岩体内部潜在的渗流通道,并基于瑞雷波相速度VR分级对其进行了渗透性分级。基于探测结果结合石刻区的地貌特征,提出了在崖顶区采用土工合成材料黏土衬垫（GCL）防渗铺盖和坡顶截水,在石刻区采用裂隙注浆和表面防水封护的综合治理对策。     

改进的等效半空间法及瑞雷波频散曲线反演

层状模型的理论频散曲线表明,层状模型表面瑞雷波同一频率对应的相速度具有多值特点,这就是所谓的瑞雷波多阶性. 面波的多阶性导致了实测频散曲线的复杂性,当地层中存在软弱夹层时这一问题尤为突出,从而给实测频散曲线的解释带来了困难. 本文从工程实用的角度出发,根据等效半空间理论,提出了一种计算理论频散曲线的新算法——改进的等效半空间法,避开了面波多阶性这一复杂问题. 由此方法计算得到的面波相速度并不同于某个具体阶数的面波,而是对多阶面波的综合反映. 按照改进的等效半空间法编制了拟合反演程序,并在工程中进行了运用,取得较好的效果.     

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R;反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明,该地区平均Q值偏低,并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后,Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测,在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中,地壳的平均厚度为71 km,51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.