基于广义旋转法双九点格式标量波方程数值模拟

前人虽然基于传统旋转法提出了四阶精度最优17点差分格式,用于提高频率域地震波场数值模拟精度,但其仅适用于等网格间距的情形.这大大限制了该格式的使用范围.为了进一步提高17点有限差分格式的数值精度并将其推广到矩形网格,本文基于二阶精度有限差分算子利用广义旋转法提出了双九点格式,由于其差分格点与前人17点格式在分布上一样,所以也可称为二阶精度最优17点格式,但由差分格式构造原理上来讲,称其为双九点格式更妥.前人四阶精度17点格式仅为本文等网格间距情形时的特殊情况,本文方法单位波长网格点数仅需要2.2个即可.本文格式在继承传统旋转法良好几何旋转性质的同时,拥有平均导数方法适用于矩形网格的特点,和平均导数法所得的广义17点格式相比,本文格式数值精度更高,数值频散抑制性能和差分算子对称性更好.同时,本文双九点格式方法和思想对于后人借助传统九点格式的构造方法将其扩展到17点格式求解各类波动方程具有十分重要的意义.     

自适应虚同相轴方法压制地震层间多次波

地震数据中发育的层间多次波是影响速度分析和偏移成像的精度和可靠性的关键.通常情况下,层间多次波的动校正量、叠加速度和频率与一次波并无明显差异,从而对识别、预测和压制多次波带来了极大挑战.传统虚同相轴方法基于物理图像和定性公式,其预测的层间多次波振幅和相位精度难以满足实际需求,造成了其对匹配算法的过度依赖.本文针对传统虚同相轴方法的理论缺陷和计算精度问题,通过理论推导得到了新的自适应虚同相轴方法.相比于传统方法,自适应虚同相轴方法能够显著提高压制多次波能力,同时减少对匹配算法的依赖.本文给出了自适应虚同相轴方法的推导过程,并运用一维和二维模型算例验证了方法相较于传统虚同相轴方法的多次波预测精度优势.通过在PLUTO模型和实际陆地地震数据上的应用实例,证明了本文新研究的自适应虚同相轴方法对去除层间多次波,恢复并突出目标储层同相轴,提高地震成像分辨率的显著作用.     

基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性

本研究收集了甘肃、青海、宁夏等118个宽频带数字地震台站的连续波形资料,利用噪声互相关,经过计算和筛选,在5~38 s范围内,共得到5773条瑞利波相速度频散曲线.然后采用1°×1°的网格划分,反演获得青藏高原东北缘相速度和方位各向异性分布.结果表明：短周期8~12 s内,鄂尔多斯从低速异常变为高速异常;该周期范围内各向异性结果与区域断裂走向有很好的一致性.18~25 s周期内,祁连地块、松潘-甘孜地块、羌塘地块低速异常范围逐渐变大,随周期增加地壳低速异常与人工探测结果相符;鄂尔多斯表现为速度随周期增加逐渐变大,说明其中下地壳速度相对偏高,不存在低速异常;该周期范围内的各向异性特征表现为,祁连地块和松潘甘孜地块大致呈NW-SE方向,而青藏高原内部快波方向显示了顺时针旋转的形态.在30~35 s范围内面波速度主要受莫霍面深度和莫霍面附近介质速度的影响,与地壳厚度分布有非常好的吻合.综合不同方法获得的各向异性研究结果,支持印度-欧亚板块的碰撞使青藏高原东北缘地壳发生缩短和逐渐隆升的观点,认为整个岩石圈的垂直缩短变形是青藏高原东北缘的主要形成机制.     

各向异性介质的矢量波场分离与应用

针对裂缝各向异性介质,本文提出一种非正交假设下的矢量波场分离方法.本文首先对多分量地震勘探中常见的波型泄漏现象进行了数学描述,提出在纵、横波波场分离的同时应该考虑恢复纵、横波的矢量振幅.为了对裂缝方位角与各向异性系数进行定量预测,本文将矢量波场分离拆分成三个步骤来实施：第一步,用Z、R两分量的仿射坐标系变换分离ZR平面内的P波投影与SV波;第二步,用ZR平面内的P波投影与T分量的仿射坐标系变换分离P波与SH波;第三步,用纯净的SV波与SH波的成像剖面分离快慢横波,并预测裂缝发育参数.模型数据与实际数据的试验结果表明,本文提出的纵、横波波场分离方法能够获得完整的矢量振幅信息,并提供裂缝预测的精度.     

地震槽波的数学-物理模拟初探

针对地震槽波在低速层的传播特性,开展了煤层内地震槽波勘探的数值模拟和物理模拟研究的初探工作.在数值模拟研究方面,采用交错网格有限差分法对煤层中的地震槽波进行三分量全波场模拟.基于波场快照和人工合成地震记录研究了不同模型中的波场特征和各种波型的传播规律.在物理模拟方面,通过选用不同配比的环氧树脂和硅橡胶类材料构建地震槽波物理模型,利用透射法和反射法观测系统获得了清晰的地震槽波记录以研究槽波的地震学特征.研究表明,在煤层内槽波的地震波场中,Love型槽波的能量小于Rayleigh型槽波的SV分量,大于Rayleigh型槽波的SH分量.相对于Love型槽波和Rayleigh型槽波的SH分量,Rayleigh型槽波的SV分量在围岩中的泄露能量较强.在煤层界面附近的围岩中,地震波仍以槽波形式传播,随着距离的增加能量逐渐衰减.随着煤层变薄,煤层槽波主频向高频方向移动,频散现象增强,传播速度增大.     

青藏高原东南缘活动断裂的地震应变能释放系统研究

本文以青藏高原东南缘为研究区域,利用G-R震级能量经验公式和Benioff地震应变能释放曲线,对该区域内1500年以来的历史地震应变能释放进行了系统性的研究。文中给出了各断裂带和断块区的地震应变能释放周期表,及相应的地震危险性。分析发现研究区域地震应变能的释放具有东强西弱,南强北弱的特征,整体上各断层断块区的历史地震应变能释放符合准周期模式,某些断层和断块区上的地震周期具有某种程度上的同步现象。青藏高原东南缘现今处于大释放期中,地震的危险性不能忽视。局部结果显示,安宁河-则木河断裂带、小江断裂带的危险性很高,对于这些危险区要重点跟踪研究。今后仍需结合不同研究方法来提高地震危险性评估的可靠性。     

新疆天山地区的波速比异常分析

Based on the seismic observation report data provided by the Xinjiang Digital Seismic Network from 2009 to 2014,we calculate the wave velocity ratio and its background value for medium and small earthquakes by using the multi-station method in Tianshan,Xinjiang.This paper analyzes the variation of the wave velocity ratio disturbance value to highlight the abnormal,and also back-traces 7 moderate earthquakes at the research area.The results show that:(1)the background value of the wave velocity ratio is almost 1.70,the wave velocity ratio obviously decreases in the middle-eastern part of Tianshan and the region near the Puchang fault;(2)the wave velocity ratio disturbance value is mostly low in the epicenter before four earthquakes of M≥5.0 from 2011 to 2013 in the study area;(3)before 7 moderate strong earthquakes,the earthquake events with low value of the wave velocity ratio account for over 60% of corresponding total events near the epicenters,and the low value of the wave velocity ratio is relatively obvious before moderate earthquakes.     

天山构造带及邻区地壳各向异性

天山构造带位于中国大陆西北部,是典型的岩石圈陆内缩短造山带.本文利用新疆区域数字地震台网2009年1月至2014年12月的近场小地震波形资料,采用剪切波分裂分析对天山构造带及邻区的地壳各向异性特征进行研究,获得了研究区域内39个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.剪切波分裂参数的空间特征显示,研究区上地壳各向异性具有分区性,各向异性特征与局部构造、地壳介质变形和应力分布有关.天山构造带的快剪切波偏振呈现出两个优势方向的特点,第一优势方向大致平行于台站附近断裂和天山构造带的走向,与断裂构造和应力的综合影响有关,另一个优势方向反映了主压应力的直接作用.北天山山前断裂带东段的断裂弯折部位和南天山局部地区的剪切波分裂参数与东、西两侧不同,与准噶尔盆地、塔里木盆地的南北向挤压作用密切相关.快剪切波偏振优势方向的剧烈变化揭示,在准噶尔盆地和塔里木盆地双向挤压隆起的过程中,天山构造带产生了强烈的局部不均匀变形.塔里木盆地西侧快剪切波偏振具有两个优势方向,一个为NNE方向,与帕米尔高原受到印度一欧亚板块碰撞产生的北向挤压作用有关,另一个为NW方向,指出了塔里木盆地区域主压应力方向.准噶尔盆地北部也存在NE和NW两个快波偏振优势方向,主要与断裂的影响有关.天山构造带区域内的慢剪切波时间延迟总体上低于塔里木盆地西侧和准噶尔盆地北部,同时慢剪切波时间延迟的结果也进一步证实了天山构造带的局部强烈变形.     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘一甘孜褶皱系,在16~60s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内(12~20 s)表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

基于动态图像变形的PP与PS波层位直接匹配

多分量地震资料的矢量偏移、多波地震资料的联合解释与反演均需要估算纵横波的速度比,实现纵波与转换横波在时间或深度域的匹配.基于DTW,本文实现了一种适用于PP与PS波直接匹配的动态图像变形算法.该算法分为三个部分:首先,使用二阶对称动态规划算法逐样点递归计算PP与PS波走时或深度的误差累积和;其次,在以误差累积和为目标函数的回溯阶段设定变形窗,并在纵横波速比约束的变形窗内递归回溯搜索匹配路径;最后,根据最大相关系数判定准则在匹配路径中确定最佳匹配路径,获得使PP与PS波匹配的拉伸或压缩时移量.利用所获得的拉伸压缩时移量计算纵横波速度比就可以实现PP与PS波之间的匹配.模型与实际陆上多分量地震资料测试结果表明:该方法具有较高的匹配精度,且对于信噪比、相似度较低的多分量地震资料,该方法也能产生较好的匹配效果.