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面波多道分析方法(MASW)通过分析高频瑞雷波确定浅地表剪切波速度.在过去的20年中,由于该方法具有非侵入性、无损、高效及价格低的特点,越来越受到浅地表地球物理和地质工程学界的重视,视为未来最有希望的技术之一.这篇综述论文将介绍中国地质大学(武汉)浅地表地球物理团队近年来在研究高频面波的传播理论和应用中取得的部分成果.非几何波是一种仅存在于浅地表介质,尤其是未固结的沉积物中的独特的地震波.它的存在对快速而准确地获得表层S波速度有一定价值.我们的研究表明非几何波是一种具有频散特性的泄漏波.泄漏波的存在可能导致将其误认为瑞雷波的基阶或高阶能量,从而造成模式误判.这种模式误判会导致错误的反演结果.我们通过求取高基阶分离后的瑞雷波格林函数证明虚震源法瑞雷波勘探的可行性.这个结果将极大地降低野外瑞雷波勘探成本.勒夫波多道分析方法(MALW)中未知参数比瑞雷波的少,这使得勒夫波的频散曲线比瑞雷波的简单.因此,勒夫波反演更稳定,非唯一性更低.勒夫波数据生成的能量图像通常比瑞雷波的清晰,并具有更高的分辨率,从而可以更容易地拾取精确的勒夫波的相速度.利用雅克比矩阵分析波长与探测深度的关系表明对相同波长的基阶模式而言,瑞雷波的探测深度是勒夫波的1.3~1.4倍;而两种波的相同波长的高阶模式波的探测深度相同.我们也尝试了时间域勒夫波反演.按照勒夫波分辨率将地球模型剖分成了不同尺寸的块体,利用反卷积消除了地震子波对勒夫波波形的影响,通过更新每个块体的S波速度来拟合勒夫波波形,从而获得地下S波速度模型.该方法不基于水平层状模型假设,适用于任意二维介质模型. 相似文献
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本文提出了一种初至纵波(P波)与瑞雷面波的交叉梯度联合反演策略.通过对初至P波进行全波形反演可以获得近地表P波速度结构;通过对仅含瑞雷面波信息的地震数据转换到频率-波数域进行加窗振幅波形反演(Windowed-Amplitude Waveform Inversion,w-AWI)可获得近地表横波(S波)速度结构.在二者反演的目标函数中均加入P波速度和S波速度的交叉梯度作为正则化约束项,使得在反演过程中P波速度和S波速度相互制约,相互约束,从而实现对地震初至P波与瑞雷面波的联合反演.数值模拟结果表明交叉梯度联合反演可以提高S波速度反演分辨率,而P波速度反演结果并没有得到提高.实际资料的反演结果表明,交叉梯度联合反演能够获得更加可信的近地表速度结构. 相似文献
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为了避免微动勘探技术中因忽略高阶模式瑞雷波而影响反演精度的不足,提出从微动面波中提取多模式瑞雷波频散曲线的映射式方法.该方法从微动信号入手,首先通过相关法提取多半径台阵的相关系数曲线,然后建立从多条相关系数曲线到多模式瑞雷波频散曲线的映射模型,最后采用分区拟合准则优化实现模型结构,达到提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线的目的.为验证方法的有效性,通过有限差分方法数值计算实际近表面应用中三种常见典型地质结构中的微动信号,采用映射式方法提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线,将提取结果和理论值进行对比分析.结果表明,映射式方法提取微动面波中多模式瑞雷波频散曲线可以满足反演地质结构的要求. 相似文献
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根据欧亚大陆及西太平洋地区58个数字地震台站2861个长周期波形记录，从中挑选出符合条件的223对经过中国大陆的双台路径记录，采用相匹配滤波和频率域维纳滤波相结合的方法，计算出双台之间的混合路径衰减系数. 对中国大陆区域进行网格划分，通过网格化反演得到中国大陆区域每个网格单元的纯路径衰减系数. 根据速度和密度模型，对每个网格单元进行深度反演，得到10～350km的S波品质因子Qβ，进而得到整个中国大陆的S波品质因子分布. 结果显示：研究区域的Qβ横向和纵向变化非常显著，能够明显区分软流圈结构，各个大构造单元的Qβ结构呈现出显著的变化. 这为解释中国大陆区域地球内部介质性质和探讨地球动力学提供了丰富的信息. 相似文献
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正浅层地表介质的剪切波速是工程抗震设计、场地地震危险性分析、场地地震效应研究等研究的重要基础。面波勘探方法是一种利用人工震源激发产生的瑞雷面波来反演地下介质弹性参数特别是剪切波速的现场原位测试方法,工作效率高且经济成本低。本文针对面波勘探中相对较新的多道面波分析方法(MASW)在地下介质剪切波速探测中的应用进行了研究。主要研究内容及取得的成果如下:(1)利用传递矩阵法(Dunkin)计算了水平层位条件下的瑞雷波相速度频散曲线,并总结 相似文献
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传统的折射与广角反射地震和重力数据的联合解译是基于大量地壳岩石弹性性质实验室研究证实的地震P波速度和密度之间众所周知的相关性。与这一方法相矛盾的一个问题是富含钙长石的岩石具较高的P波速度,而不满足常规密度—VP关系。这说明基于常规密度—VP关系的联合反演不适用于横跨大的非造山带环斑-辉长-斜长岩地块的广角地震调查,因为其组成成分富含斜长石。同时使用VP和VS计算密度模型就可解决这一问题。岩石属性的实验室结果表明密度与VS相关性很强。此外,各向同性VS与密度的相关性较VP更强,且受高斜长石含量的影响更小。即便如此,利用这一已知的密度与VS或者密度与VP及VS的相关性进行地震和重力数据的联合反演仍然十分少见。其重要原因在于暴破地震学中S波波至的质量低,因而难以得到可靠的S波速度模型。本文阐述了在乌克兰地盾EUROBRIDGE’97广角反射和折射剖面所做的地震和重力数据联合反演的结果。该区缺失厚沉积体,使我们可以得到P波和S波速度模型。通过重力反演得到EUROBRIDGE’97剖面密度模型,我们利用密度和VP、VS模型的关系,将密度模型参数化。这样参数化后,经重力数据转换,可以获得密度和地震波速的关系。结果显示EUROBRIDGE’97剖面的密度与地震波速之间呈非线性和离散的关系。对相关性的分析表明,造成离散是缘于横跨该剖面的大的地质构造单元的差异。为解释这一差异,我们对比EUROBRIDGE’97剖面上3个主要地质单元中地震速度和密度的关系和来自乌克兰地盾及另一个前寒武纪地区的岩石学资料。可见与平均密度—速度关系的偏移量是岩石的特殊矿物组合的反映,包含了不同的岩石时代和地壳形成环境。论述了如何通过密度—速度图分析,来限定地壳成分,尤其是下地壳的成分和变质程度。 相似文献
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《地震地质》2016,(2)
文中利用三峡加密观测台网记录的2009年3月到2010年12月高精度地震数据,使用双差层析成像方法,联合反演了三峡库区上地壳的震源位置参数和三维上地壳P波和S波速度结构。研究结果显示,三峡库区上地壳P波速度和S波速度区域出现2个高VP值、上低下高VS值区,分别在巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域和仙女山断裂带北段香溪河口附近。巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域,较小地震的平面分布呈3条近EW向的条带,剖面陡立、向N倾,沿着P波和S波高、低速过渡带分布;香溪河口附近地震沿NNW向的仙女山断裂带分布,地质剖面显示出地震陡立线性分布,沿着高VP值、上低下高VS值区的过渡带展布,联合反演得到的微震面与断裂构造分布具有较好的一致性。 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(6)
高频面波方法是以瑞雷波和勒夫波为研究对象,在水文、工程和环境研究中具有广泛的应用,其主要思想是利用面波的频散特性来反映浅层地质问题,提取高质量的频散曲线成了面波勘探中的一个重要步骤.本文通过对理论模型研究说明,利用τ-p变换与F-K变换两种方法均能有效地进行频散能量成像,其效果在高频范围差别不大,在低频范围F-K变换提取频散曲线更为精确;与瑞雷波记录相比,勒夫波记录信噪比较高,通过对同一地区采集的瑞雷波和勒夫波进行频散分析可知,瑞雷波记录频散能量成像效果差,频散能量出现间断、跳跃的现象,而勒夫波记录频散能量连续、集中,相速度分辨率较高,提取频散曲线简单清晰,可为反演地表横波精细速度结构提供更好的频散曲线数据. 相似文献
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应用2×12阶高精度交错网格有限差分法,建立了震源位于自由表面时模拟瑞雷波的边界条件,通过对均匀半空间模型模拟得到的结果与解析解完全一致,证明了波场模拟的正确性.针对模拟得到的波场记录,从瑞雷波的传播速度、传播深度、能量衰减和频散特性等几个方面进行了分析,从波场模拟的角度完全证实了弹性波传播理论中的瑞雷波传播特征,加深了对瑞雷波传播过程的认识.在均匀介质模拟的基础上,对含有软弱夹层的三层介质模型进行了模拟,获得了更加接近实际情况的地震记录.为进一步开展对高模式下瑞雷波的反演研究和促进对瑞雷波勘探的应用提供了有益的帮助. 相似文献
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龙滩水库地区P波、S波和尾波衰减 总被引：4，自引：2，他引：2
利用发生在龙滩水库地区的144次ML≥1.0地震资料,研究了该地区地壳介质的衰减特征,并采用尾波归一化方法分别估算了P波、S波的品质因子QP和QS,用单次反散射模型计算了尾波品质因子QC．结果表明,该地区上述3个值与频率的依赖关系分别为QP（f）=（7.43±0.78）f(1.05±0.06),QS（f）=（13.08±3.20）f(1.76±0.15),QC（f）=（50.52±2.71）f(1.13±0.03),总体呈现低QO和高η值的特点．在所研究的频带范围1—16Hz内,QS／QP比值均大于1,表明该地区体波衰减中散射可能起着较大作用．QC与QS的比较结果表明,在小于8Hz时,QS＜QC;而大于8Hz时,则QS＞QC．这可能是由于介质的多次散射作用的结果． 相似文献
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瑞雷面波经常被用来反演地表浅层横波速度,受到越来越广泛的关注。对瑞雷波的研究一般都基于完全弹性介质,而实际地层更接近黏弹性介质,对黏弹性介质中的瑞雷面波进行模拟更具实际意义。本文采用广义标准线性体模型来描述黏弹性介质,并采用交错网格有限差分法对考虑水平自由表面的黏弹介质进行正演模拟,再与弹性介质中的结果进行对比分析。首先采用非线性最优化算法根据期望常数品质因子直接求取松弛时间来拟合常Q模型,并给出广义标准线性固体的具体算例,实施自由表面条件时采用声学-弹性边界近似法,通过剪切模量不变来考虑自由表面上、下横向应力保持连续的条件。对于非自由表面,采用非分裂的多轴卷积完全匹配层来吸收波场。然后对几种典型的数值模型进行正演模拟计算,数值解与解析解的对比验证了本文方法的准确性与有效性,正演结果的对比表明波场尤其是面波频散会受黏弹性影响,因此有必要在面波勘探中考虑黏弹性因素。 相似文献
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应用改进蜂群算法反演面波频散曲线以获得近地表横波速度剖面.蜂群算法属于群智能算法中的一种,灵感来源于蜜蜂群体特定的觅食行为,在该算法的基础上结合粒子群算法中的全局最优解引导思想,同时引入遗传算法中交叉运算操作,即采用基于交叉操作的全局人工蜂群算法对面波频散曲线进行反演研究.改进蜂群算法在继承传统算法精于探索特性的同时,针对其疏于开发的缺陷着重加强了算法对全局的探索能力.使用理论和实测瑞雷波数据,本文研究了改进蜂群算法在推导近地表横波速度分布的有效性和适用性.在反演中,目标函数的收敛性好,改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优;模型参数的概率分布高,即在寻找到全局最优解的同时,能够确保解中每个参数同时达到最优,保证了反演的结果可靠度,使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释中. 相似文献
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《应用地球物理》2017,(4)
目前,各种主、被动源瑞雷波勘探方法在近地表探测中扮演着日益重要的角色,利用瑞雷波频散曲线反演可以得到近地表横波速度信息,但是瑞雷波频散曲线反演问题是高度非线性的全局优化问题。为了缓解陷入局部最优解的风险,本文将一种新的全局优化方法一洗牌蛙跳算法引入到瑞雷波频散曲线反演中。洗牌蛙跳算法是一种群智能优化算法,通过模拟青蛙种群的觅食行为来实现最优化问题的求解,具有计算速度快,需要调整的参数少,全局寻优能力强的优点。为了检验洗牌蛙跳算法的可靠性和计算能力,首先对不含噪声和含噪声的四层理论模型进行了反演试算。然后,利用不含噪声数据对洗牌蛙跳算法与粒子群优化算法进行比较分析。最后,对实际数据进行反演,以检验洗牌蛙跳算法的实用性。理论地层模型和实际数据的测试结果表明:洗牌蛙跳算法可以有效地定量解释瑞雷波频散曲线,收敛速度、反演精确总体优于经典粒子群优化算法与改进粒子群优化算法,具有很大的发展潜力。 相似文献
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利用陕西及邻省区域地震台网的观测数据,采用重叠元迭代重建层析成像技术,结合两点快速射线追综,对渭河断陷盆地地壳的S波速度进行了层析反演成像.并利用前期P波速度的研究结果,计算了该地区地壳的VP/VS分布.研究结果表明:(1)S波速度分布两个地区存在强烈的横向不均匀性,其一是陕晋交界的合阳、永济地区,二是铜川、泾阳地区,它们都位于不同构造单元交汇地带,差异运动显著,是新老地层交错的地区.(2)历史强震震中主要分布在S波的高速区及边缘地带;(3)在淳化、耀县、泾阳之间存在VP/VS高值区,最高达2.1. 相似文献
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面波多道分析方法(MASW)是获取垂向剪切波速度剖面的一种有效方法。频散曲线反演是MASW中关键的一步。由于瑞雷波频散曲线反演具有非线性、多参数和多极值的特征,这对于常规的局部线性化反演方法是极大的挑战。为此,本文采取确定性的全局优化算法,广义模式识别算法(GPS)对瑞雷波频散曲线进行反演。其原理可以简述为:算法首先通过模式以确定性的方式对目标函数进行采样来搜索一个点序列;然后使序列中每一个点到下一个点的目标函数值逐渐减少,从而使点序列逐渐逼近全局最优解,最后的解便为待求的最优模型参数。为验证GPS的有效性,首先利用设计的3种典型的6层地质模型通过快速矢量传递算法正演模拟产生基模式频散曲线(频率范围为5~101Hz,频率间隔为2Hz,频点数为49),并对理论频散曲线进行反演。反演结果表明,模型的真实值已经被高度精确地重建。说明GPS可以用于实际勘探中的基模式频散曲线反演。为进一步验证GPS的有效性,在吉林大学校园采集瑞雷波实测数据,并提取基模式频散曲线,应用GPS进行反演。反演重建的横波速度剖面与先验的地质信息吻合得很好。理论模型和真实数据的反演结果表明,GPS可以应用在瑞雷波频散曲线非线性反演中。 相似文献
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瑞雷波成像是一种有效探测近地表横波速度结构的方法,准确提取频散曲线是该方法的关键。本文提出了利用噪声理论中的Aki公式提取主动源瑞雷波频散曲线的方法,在频率域中,两道记录互相关后的频谱能够被贝塞尔函数所描述,利用频谱实部的零点与贝塞尔函数根的对应关系,即可以获得离散频点处的相速度值,进而提取出频散曲线。首先介绍了Aki法应用于主动源瑞雷波数据的理论基础与计算流程;然后,利用该方法对三组理论模型数值模拟记录进行了计算,得到了与理论频散曲线一致的结果;最后,对一组实际采集的瑞雷波数据进行处理得到相速度剖面,并与多道面波分析方法得到的剖面结果对比,验证了Aki法在主动源数据处理中的有效性与适用性。与多道面波处理技术相比,Aki法的优势在于仅利用单炮记录中的两道数据进行相速度的计算,当某炮记录的采集道数不足或存在坏道时,可以保证提取的频散曲线的质量。 相似文献
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本文通过数值模拟研究了介质黏弹性对瑞雷波传播的影响.模拟采用结合了交错Adams-Bashforth时间积分法、应力镜像法和多轴完美匹配层的标准交错网格高阶有限差分方案.通过模拟结果和理论结果对比,测试了方法的精度,验证了结果的正确性.在均匀半空间模型中,分别从波场快照、波形曲线及频散能量图三个角度,对黏弹性介质瑞雷波衰减和频散特性进行了详细分析.两层速度递增模型被用于进一步分析瑞雷波在黏弹性层状介质中的特性.结果表明：由于介质的黏弹性,瑞雷波振幅发生衰减,高频成分比低频成分衰减更剧烈,衰减程度随偏移距增大而增强;瑞雷波相速度发生频散,且随频率增大而增大,频散能量的分辨率有所降低;黏弹性波动方程中的参考频率,不会影响瑞雷波振幅衰减和相速度频散的程度,但决定了黏弹性和弹性介质瑞雷波相速度相等的频率位置.本研究有助于人们更好地理解地球介质中瑞雷波的行为,并为瑞雷波勘探的应用和研究提供了科学和有价值的参考. 相似文献