华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.

     

基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制

有限差分方法被广泛应用于地震波数值模拟和传播.传统有限差分法采用Taylor级数展开实现空间偏导数的差分, 但该方法会因为网格离散化而产生数值频散, 降低地震波模拟的精度.优化差分系数正演方法能在一定程度上压制部分频散, 然而纵、横波速度取值差异较大, 在弹性波有限差分正演模拟中, 在满足纵波最大速度确定的稳定性条件下, 浅层低速横波波场往往会产生明显的频散现象.为了削弱弹性波场正演数值频散, 提高数值模拟精度, 本文首先采用优化差分网格系数降低数值频散, 然后再采用通量校正传输(Flux-Correction Transport, FCT)法来进一步压制弹性波场有限差分数值频散.常规的FCT法是对弹性波场直接进行频散压制, 但由于弹性波场中纵、横波速度差异明显, 横波波场频散明显强于纵波, 为了压制横波波场的数值频散, 往往需要选取较大的频散压制参数, 但这会使频散较弱的纵波产生假象.因此本文提出基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制方法, 对分离之后的纵横波场分别选择合适的频散压制参数进行通量校正, 可以有效压制数值频散, 削弱纵波FCT产生的假象.通过理论分析和数值算例发现, 本文方法能有效削弱弹性波场有限差分数值频散, 相对于常规FCT方法没有假象产生.

     

松辽盆地沉积层结构的短周期地震背景噪声成像研究

使用位于松辽盆地内部的NECESSArray台阵连续两年背景噪声数据,通过波形互相关和多重滤波方法提取到2~14 s较短周期的Rayleigh波群速度和相速度频散曲线,基于快速行进（FMM）面波成像方法得到群速度和相速度成像结果,并采用最小二乘迭代线性方法反演获得了松辽盆地深至12 km的三维S波速度结构.本文成像结果显示：松辽盆地内部S波速度分布的横向不均匀性与该区域的构造单元呈现出良好的空间对应关系.从地表至下方的6 km深度,盆地北部比南部表现出更加强烈的低速异常,这一特征可能与盆地南北的沉积构造差异有关.中央坳陷区低速异常的边界与嫩江断裂走向相互平行,表明盆地基底断裂对盆地形成演化具有一定的控制作用.在垂直速度结构剖面中,2.9 km·s^-1的S波速度等值线与地震反射剖面显示的盆地基底深度大致对应.基于S波速度模型和盆地基底速度（2.9 km·s^-1）,我们获得精细的松辽盆地沉积层厚度模型,结果表明松辽盆地的沉积层厚度分布呈现出中间厚、四周薄的特征,中央坳陷区的沉积层厚度范围大约在3~6 km.

     

二维微动剖面探测"孤石":以深圳地铁7号线为例

"孤石"是花岗岩不均匀风化所残留的风化核,在我国南方沿海地区普遍发育."孤石"埋藏分布随机,形状大小各异,给地铁盾构施工带来重大安全隐患,探测"孤石"一直是地铁工程勘察面临的难题.我们首次尝试利用二维微动剖面技术探测"孤石",在深圳地铁7号线车公庙—上沙段区间实测二条剖面,结合少量钻孔资料进行岩性层划分和"孤石"解释.实测结果显示,在二维微动视S波速度剖面上,素填土、粉质粘土、砾质粘性土等岩土层、全风化、强-中风化、微风化和未风化的花岗岩层,视S波速度值各不相同,剖面特征也存在较大差异,利用少量钻孔结果标定,易于划分;在强-中风化花岗岩层中,视S波速度(岩性)横向变化剧烈,局部发育"团块状"高速体,本文将其解释为未风化的花岗岩"孤石".本文结果表明,二维微动剖面技术探测"孤石"是有效的微动视S波速度剖面除能直观显示岩性的纵、横向变化,提供工程基岩面的埋深及起伏形态信息外,还可给出岩土层风化程度的判断信息,为高层建筑的桩基设计提供地球物理依据.作为一种全新的"孤石"探测手段,二维微动剖面技术尤其适用于交通繁忙、建筑物密集的、各种场源干扰严重的闹市区.     

云南地区地壳上地幔三维S波速度与径向各向异性结构研究

云南地区地处青藏高原东南缘, 一直是地球科学研究的热点地区.目前, 一些热点问题, 如云南地区是否存在中下地壳低速流及其空间分布, 仍有一定的争议.通过建立云南地区精细的地壳上地幔速度与各向异性结构, 可为深入认识上述问题提供重要信息.本文利用天然地震波形记录, 采用双台法提取了12~60 s周期的Rayleigh和Love波相速度频散, 并进一步反演获得了云南地区10~100 km的三维地壳上地幔SV和SH波速度及径向各向异性结构.结果表明:S波速度与径向各向异性结构在横向和垂向均存在显著变化.在20~30 km深度, 存在两个低速条带, 且条带内呈现出正径向各向异性(V_SH>V_SV)特征, 暗示了中下地壳低速物质的水平向运动.在80~100 km深度, 云南西南和东南部显示为低速异常和正径向各向异性特征, 暗示了软流圈物质的水平流动.在云南北部的丽江、攀枝花和昭通地区, 岩石圈地幔中则存在明显的负径向各向异性(V_SH<V_SV), 可能反映了地幔物质的上涌痕迹.历史强震多发生在地壳低速区域或高低速过渡带, 且地震附近的径向各向异性为负或者较弱.一些地震震源下方存在低速层, 地壳低速层可能会促进强震发生.

     

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.

     

基于二次抛物线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程。基于具有抛物线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究。分析了桩周土体周围土体的弹塑性力学行为,得到应力场和位移场等的表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力。其结果可以为管桩工程问题提供理论依据。     

常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征

煤弹性是反映煤的物质组分和结构的重要力学特征之一.在钻孔与测井的约束下,运用地震勘探获取煤层的弹性特征以反映其物性等,对于煤炭井工开采和煤层气储层评价及开发具有重要的工程意义,而其中,煤样的超声实验是实现地震反演煤层物性的基础.鉴于此,本文针对中国义马、阜康、淮南、平顶山、鹤壁和焦作6个矿区采集的6种不同变质程度的原煤样30块,在常温常压条件下分别进行了沿煤层走向、倾向及垂直层理三个方向煤样的实验室超声波测量.测试结果显示:煤样纵横波速度在走向、倾向、垂向三个方向上依次减小,存在各向异性,且P波速度的平均各向异性强于S波;品质因子与弹性模量在三个方向上也存在较大差异,且S波的品质因子大于P波的品质因子;弹性模量除泊松比外,均小于一般的沉积岩.通过本实验与分析进一步证明了:Gardener与Castagna公式不适用于中国煤田的煤岩弹性描述,并给出了精度更高的经验公式.     

声波全波列测井在工程勘察中的应用

近年来, 声波全波列测井在理论和仪器原理上已经成熟, 正被广泛应用在固体矿产测井及工程勘查设计中。本文介绍了全波列测井资料在这些应用中的解释技术, 使它能提供更多的信息, 解决更多的地质问题。     

共转换点道集S变换谱相似性的多波地震数据横波波场提取技术

横波速度动校正后的共转换点(CCP)道集内,同时刻的各道横波信号S变换(ST)谱与其叠加道ST 谱具有相似关系.因此,可基于这种相似关系设计自适应滤波器来提取多波地震数据中的横波波场.首先对共中心点(CMP)道集应用纵波速度动校正并在各道减去叠加道来去除数据中的纵波波场;然后在CCP 道集应用横波速度动校正,将地震道振...