非弹性表面波大尺度波形反演（理论和方法）

非弹性的表面波大尺度波形反演的理论方法以如下三方面提出的。（１）计算本征值和本征函数可获得第一阶的频散参数，并把体波的复数形式和波能的吸收引入非弹性中，（２）根据弗拉尔和斯奈德的理论方法，计算了非弹性表面波的激发和合成地震图，球阶非弹性用频散的计算按Ｂｉｓｗａｓ－Ｋｎｏｐｐｏｆ公式被变换成平滑的弹性形式，（３）使用自伴微工子导出关于模型参数的波形Ｆｒｅｃｈｅｔ导数，然后应用非线性反演拟合波形。     

修正辛格式有限元法的地震波场模拟

三角网格有限元法具有网格剖分的灵活性,能有效模拟地震波在复杂介质中的传播.但传统有限元法用于地震波场模拟时计算效率较低,消耗较大计算资源.本文采用改进的核矩阵存储（IKMS）策略以提高有限元法的计算效率,该方法不用组合总体刚度矩阵,且相比于常规有限元法节省成倍的内存.对于时间离散,将有限元离散后的地震波运动方程变换至Hamilton体系,在显式二阶辛Runge-Kutta-Nystr m（RKN）格式的基础之上加入额外空间离散算子构造修正辛差分格式,通过Taylor展开式得到具有四阶时间精度时间格式,且辛系数全为正数.本文从理论上分析了时空改进方法相比传统辛-有限元方法在频散压制、稳定性提升等方面的优势.数值算例进一步证实本方法具有内存消耗少、稳定性强和数值频散弱等优点.

     

几条地震波的归一化时-频反应谱分析

时-频反应谱是地震动幅值、频谱和持时三要素构成的空间三维谱.基于此,本文提出归一化时-频反应谱定义与计算方法,计算三条典型地震波的归一化时-频反应谱,对比分析表明:不同地震记录的时-频反应谱的幅值在时间和周期两个轴上的分布差别很大,具有不同时-频反应谱的地震波可能对结构地震响应产生不同影响;对12层钢筋混凝土框架结构模型进行弹塑性时程分析,通过结构地震反应、结构损伤曲线与输入地震动的归一化时-频反应谱对比,发现结构最大反应并不一定是造成结构倒塌的直接原因,用结构弹性阶段反应最大值进行抗震设计存在一定局限性,从而证明归一化时-频反应谱可有效用来分析地震动特性和结构破坏机理.     

基于储层砂岩微观孔隙结构特征的弹性波频散响应分析

储层砂岩微观孔隙结构特征不仅影响干燥岩石的弹性波传播速度,也决定了岩石介质中与流体流动相关的速度频散与衰减作用.依据储层砂岩微观结构特征及速度随有效压力变化的非线性特征,将其孔隙体系理想化为不同形状的硬孔隙(纵横比α0.01)与软孔隙(纵横比α0.01)的组合(双孔隙结构).基于孔弹性理论,给出软孔隙最小初始纵横比值(一定压力下所有未闭合软孔隙在零压力时的纵横比最小值)的解析表达式,并在此基础上利用岩石速度-压力实验观测结果给出求取介质中两类孔隙纵横比及其含量分布特征的方法.通过逐步迭代加入软孔隙的方法对基于特征纵横比的"喷射流"(squirt fluid)模型进行了扩展,以考虑复杂孔隙分布特征对岩石喷射流作用的影响及其可能引起的速度频散特征.相较于典型的喷射流作用速度频散模式,对于岩石中软孔隙纵横比及其对应含量在较宽的范围呈谱分布的一般情况,其速度频散曲线不存在明显的低频段和中间频段,速度随频率的增大呈递增趋势直至高频极限.这说明即使在地震频段,微观尺度下的喷射流作用仍起一定作用,同样会造成流体饱和岩石介质的地震速度与Gassmann方程预测结果有不可忽略的差异.本文是对现有喷射流模型的重要补充,也为利用实验数据建立不同频段间岩石弹性波传播速度的可能联系提供了理论依据.     

一种改进的全局优化算法及其在面波频散曲线反演中的应用

建议一种SA和GA相结合的策略,较好地解决了GA收敛早熟及SA搜索效率较低的问题,提高了全局优化计算效率;在应用其依据面波频散曲线反演工程场地剪切波速时,利用简化剥层法提供较小的模型空间,取得了较好的反演效果.     

基于层状双孔介质的地震波反射和透射系数频散特性研究

本文研究了纵波垂直入射情况下两种介质分界面处的纵波反射和透射系数的频散特性,分界面上下两侧分别为层状双孔页岩介质和层状双孔砂岩介质.当纵波沿垂直于分界面的方向传播至分界面处时,会在上层双孔介质中产生三类反射纵波,在下层双孔介质中产生三类透射纵波.基于层状双孔介质的特性,给出了分界面处的六个边界条件.根据层状双孔介质的波动方程,利用平面波分析得到了纵波的反射和透射系数.结果表明：当多孔介质中存在流体时,纵波的反射和透射系数与频率相关,即存在频散现象.波致流体流动是造成纵波反射和透射系数频散的主要原因.此外,结果还表明局部流体流动引起地震频带内反射和透射系数的频散,宏观Biot流引起超声频带内反射和透射系数的频散.本文同时对岩石参数对反射和透射系数频散曲线的影响进行了研究.

     

云南壳幔S波速度结构与强震的构造背景

本文选取云南及周边65个台站记录到的47个地震事件,利用相匹配滤波技术分离出了基阶Rayleigh面波信号.选取与震中处于同一大圆弧上的两个台站,利用双台格林函数法获取了台间相速度频散,频散的周期范围在10~80 s之间.从2000个波形记录中提取了152个台站对之间的相速度频散,最后,利用台间的相速度频散反演得到云南地区0~200 km深度范围内的S波速度结构.结果表明:云南地区地壳厚度整体上呈南北向变化趋势,从南部的30 km变化到北部的60 km.在局部地区Moho面呈现出隆起和凹陷,基本上呈"一隆两凹"的特征.另外,滇西地区大致以红河断裂为界,其两侧的岩石圈结构存在明显的差异.西侧从70 km深处开始,滇缅泰块体上的保山、畹町、沧源、思茅一带大范围内均为低速区,并且一直延伸到120 km深处.而红河断裂东侧的滇中块体,只有在康滇古隆起区存在上地幔低速区,其余大部分地区上地幔S波速度在4.4~4.6 km/s之间.     

利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得10.5～105.0s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

基于BISQ机制三维双相正交裂隙各向异性介质衰减及频散方位特性研究

对于复杂裂隙介质,双相各向异性介质模型更能真实地反映实际地层特征.本文基于BISQ机制推导了三维双相各向异性介质的频散方程,给出了用于确定相速度和逆品质因子的波数方程及其表达式,研究了固体骨架各向异性、固流耦合效应各向异性、渗透率各向异性对衰减及频散的影响,并对频散和衰减的方位特性进行了分析,为预测储层流体的存在、分布以及孔隙结构提供有力的理论依据,使得多方位储层地球物理参数联合反演具有可行性.     

White球状Patchy模型中纵波传播研究

在球坐标系下用直接求解孔隙弹性方程的方法计算了介观尺度下空间周期排列的White球状Patchy模型中纵波传播问题.首先对纵波的衰减和频散进行了计算,并引入了物理学上声子晶体原理来解释高频时纵波在White球状模型中传播的异常现象.在含水饱和度和速度关系的研究中发现,在低频段用等效流体理论和Gassmann理论估计流体Patchy饱和岩石中的纵波速度完全能够满足当前地震勘探的要求.随后的具有相同含气饱和度但有不同周期的Patchy模型研究结果表明,随着空间周期变大,低频的纵波频散变得明显,纵波衰减峰频率向低频移动,但峰值几乎不变.最后,对单元外层含水中心含油的White球状Patchy模型和中心含气White球状Patchy模型进行研究、对比,发现孔隙流体流动对孔隙介质中的纵波频散、衰减影响显著.另外,在具体数值求解过程中用缩减方程组规模的方法解决了线性方程组严重病态得不到正确结果的问题.