一种基于层析成像技术提高浅地表面波勘探水平分辨率的方法

在高频面波方法中,水平分辨率是指水平方向上分辨异常体的能力.异常体在水平方向上的长度可用水平方向上横波速度的异常尺度来确定.面波多道分析（MASW）方法被广泛应用于浅地表横波速度结构的探测,然而该方法确定的横波速度是整个检波器排列的平均计算结果,因此水平分辨率较差.另外,采用共中心点（CMP）多次覆盖的方式采集数据亦增加了野外的工作量.我们在MASW方法的基础上,应用面波层析成像方法,提出一套提高面波勘探水平分辨率的完整方法的技术流程.首先,利用波场分离技术获得准确的基阶或高阶模式面波,采用相位扫描的互相关方法测量多道面波记录中任意两道之间的面波走时;然后根据面波层析成像方法,获得高分辨率的各目标网格内的纯路径相速度频散曲线;最后反演所有目标网格内的纯路径相速度频散曲线,得到研究区域的拟二维横波速度结构.这套方法具有一定的抗噪能力,理论上它可以准确地提取相邻两道之间面波的相速度频散曲线;同时由于该方法最少只需要1个排列就可以获得拟二维横波速度结构,因此它显著减小了野外工作量.理论模型和实际资料都证实了这套方法可有效提高面波勘探的水平分辨率.     

伪谱算法在声波数值模拟中的数值频散分析

本文推导了声波方程频散函数, 分析了伪谱法的空间网格大小和采样周期对数值频散的影响, 通过数值模拟实验得到了最佳空间参数选择方法。 结果表明: 伪谱方法稳定数值模拟的最大空间采样间距选取原则是使中波长(奈奎斯特频率的一半)的采样点数为2个; 对于所有维度, 稳定性随空间采样间距的增加而增加, 但不易变化太大, 变化太大时需要适当减小震源子波的主频, 以满足空间合理采样; 空间采样间距的大小设置, 需要考虑满足采样定理和稳定性计算条件, 并且稳定性条件对空间采样间距的要求更加严格; 伪谱法数值模拟的最佳(数值频散最小)空间参数选择为中波长2个采样点, 对应主波长约6~7个采样点。 以上研究对于采用伪谱法进行声波方程数值模拟过程中, 如何合理选择模拟参数提供一些参考。     

利用多种地震数据联合反演剪切波速度结构的可靠性检测

本文模拟使用青藏高原东南缘区域台网及国家台网的170个宽频台站基于背景噪声、天然地震面波、P波接收函数反演时的实际数据,对青藏高原东南缘假定的初始模型进行恢复,通过计算初始模型台站下方纯路径频散、提取各台站对间的瑞雷波频散曲线、计算理论接收函数以及反演剪切波速度结构来测试使用不同单项数据与联合使用多种数据反演对初始模型的恢复程度。结果表明,同时使用接收函数、基于噪声经验格林函数的群速度、相速度频散以及基于天然地震面波的相速度频散联合反演的剪切波速度结构,充分利用了几种数据的分辨率优势,清晰地分辨出中下地壳及上地幔顶部的低速层。此外,本文也分析了实际数据处理中出现的计算误差、随机噪声干扰对计算结果稳定性的影响。结果显示:对于面波频散,加入1%的误差后,联合反演的结果仍可很好地反映低速层的形态,但是当误差提升至5%后,对最终结果则产生了一定程度的影响;而在接收函数中加入4%的随机噪声时,虽然地幔低速层的上界面和下界面会略微受到随机噪声的影响,但是低速层的深度范围和速度值均得到了较好的恢复。     

DEMARCATION OF THE GEOMORPHOLOGICAL BOUNDARIES OF SOUTHEASTERN TIBET: IMPLICATIONS FOR EXPANSION MECHANISMS OF THE PLATEAU EDGE

The geomorphologic structure in the southeastern Tibetan Plateau is one of the important indexes for the expansion and deep dynamic process of Tibet. There are two different understandings for the geomorphologic structure in the southeastern Tibetan Plateau, i.e. gradual change and abrupt change. The gradient model suggests a gradual topographic reduction towards southeast which is an important evidence for the lower crust channel flow. The abrupt model considers that the southeast boundary of the plateau shows an abrupt change of topography in a zone of 50~200km wide which is controlled by the Yarlung-Yulong fault system. Here, we describe the morphotectonic feature in detail of the Sichuan-Yunnan block on the southeast edge of the plateau through the digital elevation model(DEM)analysis, further review the structural controls on the geomorphologic structure by combining the tectono-thermochronology analysis, and evaluate the southeastward spreading mode of the plateau. The topographic arithmetic progression ranking by using the DEM of the Sichuan-Yunnan block reveals three geomorphologic steps gradually lowering from the northwest to southeast. The switching of hypsometric integral(HI)value and the anomaly of SL/K value(where SL is stream length-gradient index and K is altitude of the profile)of river systems all occur on the edge of terraces. The high terrace is located on the north of Muli-Yulong with average elevation~4 200m; the secondary level of terrace extends to the Yanyuan-Lijiang area with average elevation~3 000m; and the third level is the region between the Jinhe-Qinghe and Anninghe with average elevation~1 800m. Structure investigation reveals that all the topographic boundaries between different terraces are consistent with regional major faults. The Muli thrust fault and Yulong thrust fault control the southeast edge of the high terrace, the Jinhe-Qinghe thrust fault separates the second and third level of terrace. The coincidence between topography boundaries and faults suggests that the formation of the stepped geomorphology on the southeast edge of the plateau were induced by the fault activities, reflecting the fault-controlled southeastward stepped-expanding mode of the plateau. The fission-track(FT)dating of the granites at the hanging wall of the Yuling-Muli Fault reveals fast uplift during~27~22Ma BP, reflecting the major thrusting along the Yulong-Muli Fault, which is consistent with the early-stage activity (~30~25Ma BP) of the Longmenshan Fault. Therefore, the high terrace was formed during the Oligocene to early Miocene with the thrusting of the Yulong-Muli Fault. Tectono-thermochronology analysis also reveals the major thrusting of the Jinhe-Qinghe Fault occurred during~18~11Ma BP, indicating the middle terrace was formed in the middle Miocene, which also could correspond to the middle Miocene(~15~10Ma BP) activity of the Longmenshan Fault. Therefore, the thrusting faults controlled stepped terrace geomorphologic structure and the stepwise expanding mode under combined movements of large-scale thrusts and strike-slip faults at the southeast edge of Tibetan Plateau during the late Cenozoic do not support the lower crust channel flow model.     

利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6～39 km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。     

Wave dispersion studies in granular media by analytical and analytical–numerical methods

The phenomenon of wave dispersion in dry sand is studied both by purely analytical studies and by analytical–numerical experiments on the basis of gradient elastic and viscoelastic material models. These material models are employed in order to simulate the microstructural characteristics of dry sand. The analytical studies treat the material body as a one-dimensional (for the viscoelastic case) and three-dimensional (for the gradient elastic case) and for both material models provide explicit expressions for the velocity of propagation of harmonic compressional (P) and shear (S) waves. These velocities are found to be functions of frequency, i.e., dispersive. The analytical–numerical studies treat the material as a one-dimensional one and try to simulate P and S wave propagation along the axial direction of cylindrical dry sand specimens. Thus, a sinusoidal pulse with a specific frequency is applied at one end of the specimen and the response is determined at some other point by solving a transient dynamic boundary value problem with the aid of a numerical Laplace transform. This analytical–numerical experiment is repeated for various frequencies. Thus, one determines the velocities of P and S waves as functions of frequency, thereby proving again that wave propagation in dry sand is dispersive.     

黑龙江地区背景噪声面波群速度层析成像

本文选取黑龙江省台网及吉林、内蒙古部分台站共44个固定地震台站连续2年的地震数据,利用两个台站间互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,再用自适应时频分析方法提取群速度频散曲线,最后利用传统面波层析成像方法反演获得黑龙江地区周期为8～40 s范围内群速度分布图像.反演结果揭示黑龙江地区地壳及上地幔群速度结构存在明显横向不均...     

两河口水电站压力分散型锚索差异张拉计算与分析

差异张拉法能够有效提高压力分散型预应力锚索的张拉作业工效,此工艺在两河口水电站泄水建筑物进口边坡中成功应用。为保证张拉至110%设计荷载时钢绞线平衡受力,对差异补偿荷载进行了计算与分析,发现考虑预紧阶段已产生的差异量是受力平衡的关键,并对单根差异补偿和整体张拉阶段进行了简要的介绍和分析。     

夷平面研究评述

全球构造与地球大尺度地形特征之间的关系研究重新成为一个地学研究热点。在国内,夷平面研究的“回春”是其一个主要的表现形式。但在研究中,一些基本的理论与问题有待明确、探讨和解决。在夷平面理论的研究中,地貌演化的历史研究和演化的机制研究仍是最基本的问题。“夷平面”定义的混乱严重阻碍了相关研究的发展。不同气候和构造环境下,夷平面的形成和演化过程仍需科学地概括和抽象。在研究实践中,时间和空间尺度的精确解释成为关键的问题。一方面,不同类型夷平面的地貌特征(海拔高度、地面坡度、相对高度和面积)仍待明确或半定量、定量表示;而另一方面,夷平面的定年仍是一个棘手的问题。在夷平面的确认过程中,一些地貌学原则和规律应当遵循,如齐一山顶面地貌学成因的不确定性;以及同一地貌单元内,准平原型夷平面的出露具有唯一性等。夷平面的相关堆积是夷平面定年和古地貌重建的基础,但是我们必须明确相关堆积与夷平面的关系,如夷平面的原地相关堆积——风化壳的年龄只能够对夷平面的形成时代给予约束,而不能指示其确切的形成时间。更为困难的是,在古地貌的重建过程中,起始时刻某一区域的地貌特征参数仍然无法精确的确定。     

求解3D弹性波方程的并行WNAD方法及其TI介质中的波场模拟

准确模拟TTI介质中弹性波的传播是研究地震各向异性、AVO反演的基础. 在二维加权近似解析离散化(WNAD)算法的基础上, 本文发展的并行WNAD算法是一种研究三维横向各向同性(TI)介质中弹性波传播的、快速高效的数值模拟方法. 我们首先介绍三维WNAD方法的构造过程, 然后与经典的差分格式--交错网格(SG)算法进行了比较. 理论分析和数值算例表明, WNAD算法比交错网格算法更适合在高性能计算机上进行大规模弹性波场模拟. 同时, 本文利用并行的WNAD方法研究了弹性波在TTI介质中的传播规律, 观测了TI介质中弹性波传播的重要特征:横波分离、体波耦合和速度各向异性等. 在TTI介质分界面处, 弹性波产生更加复杂的折射、反射和波型转化, 使得波场非常复杂, 研究和辨别不同类型的波能够加深我们对由裂隙诱导的各向异性介质的认识.