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1.
《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
2.
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
3.
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
4.
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
5.
反演高频率(≥2Hz)的瑞雷波的相速度可得到分层地球模型从地表到地下30m以内的剪切(S)波速度。如果已知S波速度VS、压缩(P)波速度VP和瑞雷波速度,通过反演瑞雷波衰减系数就可以获得分层地球模型的P波品质因子QP和S波品质因子QS。模拟结果证明,根据瑞雷波衰减系数反演品质因子QS是可行的。当VS/VP达到0.45时,不能忽略QP对瑞雷波衰减系数的贡献,这种情况在近地表构造中并非罕见。从某些地质构造中的瑞雷波衰减系数反演得到QP是可能的,这是一种不同于一般认为的观点,即相对于P波的品质因子QP,瑞雷波的衰减系数对S波的品质因子QS更为敏感。在亚利桑那沙漠,采集了60道的面波数据。对一个层厚度超过20m的10层模型,首先利用多道面波分析(MASW)方法反演数据得到S波速度,然后通过反演衰减系数确定品质因子。 相似文献
6.
利用中国HIA台和哈撒克斯坦BRVK台的甚宽频地震仪记录的2011年日本MW9.0大地震及3次MW6——7强余震数据, 采用互相关法提取了双台间的瑞雷波群速度频散曲线．研究发现, 对于同一台记录的大地震和强余震激发的瑞雷波, 其主要能量的周期范围明显不同, MW9.0大地震面波主要能量周期长(70 s以上), 而强余震面波的主要能量周期相对较短（10——50 s）．单独利用大地震数据无法提取60 s以下的群速度频散, 而单独利用强余震数据无法提取100 s以上频散．将双台记录的特大地震、强余震数据进行互相关叠加, 可以提取出较为可靠的宽频带瑞雷波群速度频散曲线（10——200 s）． 相似文献
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8.
《应用地球物理》2016,(2)
我们改进了共偏移距-共反射面(COCRS)法,可用以衰减地滚波,即由于低速、低频/高振幅瑞雷波通常产生的相干噪声。COCRS算子是基于双曲线,因此它可以拟合双曲走时的同相轴,如叠前数据中的反射同相轴。相反,地滚波在共中点(CMP)和共炮点道集中是线性的并可以可以利用COCRS算子鉴别与压制。因此,我们在共偏移距剖面之前共炮道集中搜索反射倾斜和曲率。因为这对反射振幅的危害最小化是最理想的,我们只对在地滚波区多次覆盖的数据进行叠加。在CO剖面前搜索CS道聚集是对常规COCRS叠加的另一个改进。我们使用合成和真实数据集测试了所提出的方法,数据采自伊朗西部地区。我们将本方法压制地滚波的结果与f-k滤波和f-k滤波后常规COCRS叠加压制地滚波的结果进行了比较。结果表明,该方法对真伪滚压制效果优于F-K滤波与传统CRS叠加。然而,计算时间高于其他常规的方法,如f滤波。 相似文献
9.
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
10.
单分量地面记录地震波场分离的非线性滤波方法研究 总被引：1，自引：1，他引：0
单分量反射地震勘探地面记录的垂直位移分量uz应表示为纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz之和.对反射地震数据进行精确处理必须从垂直位移分量uz中分离出独立的纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz或者其他的波场分量,例如瑞雷波.现有的地面记录的纵横波分离方法建立在多分量记录基础上,而分离瑞雷波是基于波传播视速度差异的特性,其中隐含了数据观测面是弹性自由边界的假设,这和实际的地面观测条件是有差别的.文中设地面为一非弹性自由边界,利用非弹性自由边界面上的应力条件,给出了从单分量垂直位移记录uz中分离纵波垂直位移分量uPz和横波垂直位移分量uSz的非线性滤波方法.当边界为自由弹性时,该非线性滤波退化为线性视速度滤波.最后讨论了该滤波方法用于反射纵波和频散瑞雷波场分离的可能性. 相似文献
11.
深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构. 相似文献
12.
为研究瑞雷面波的形成机理及传播规律，促进瑞雷面波资料处理方法的发展，本文根据弹性波方程，采用交错网格有限差分数值求解算法，对浅层各向同性弹性介质进行了包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟. 提出了变系数吸收边界条件并将之应用于正演模拟，使边界条件的处理简单而高效，同时给出了角点的处理方法. 对工程勘察中常见的连续和层状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. 结合模拟记录，探讨了瑞雷面波的形成条件，同时讨论了震源埋深对面波能量的影响. 相似文献
13.
对煤巷小构造地震波场进行了数值模拟研究,分析了层状煤层中地震波的传播特征.研究表明:(1)在煤巷迎头前方煤层内以纵波震源激发的Rayleigh型槽波相对于体波能量较强,波列较长,波速较低.(2)沿煤层传播的Rayleigh型槽波在小构造面上产生Rayleigh型槽波反射波,反射Rayleigh型槽波垂直分量相对于水平分量能量较强.沿煤层反向传播的反射Rayleigh型槽波在煤巷迎头面上转换为沿煤巷底板传播的Rayleigh面波.沿煤巷底板可以接收到能量较强的反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波,其可以作为超前探测小构造面的特征波.在地震记录上反射Rayleigh型槽波产生的Rayleigh面波波至最迟,在时间域与其他波列时间间隔较大,其垂直分量能量相对于水平分量较强,在地震记录上容易识别.(3)在相同的地质条件下应用反射地震超前探测方法,标志煤巷迎头前方存在小构造面的反射地震波能量较弱,受煤巷顶、底板界面和采煤迎头面的强反射波干扰,在地震记录中难以识别. 相似文献
14.
Feasibility of waveform inversion of Rayleigh waves for shallow shear-wave velocity using a genetic algorithm 总被引：1，自引：0，他引：1
Chong Zeng Jianghai Xia Richard D. MillerGeorgios P. Tsoflias 《Journal of Applied Geophysics》2011,75(4):648-655
Conventional surface wave inversion for shallow shear (S)-wave velocity relies on the generation of dispersion curves of Rayleigh waves. This constrains the method to only laterally homogeneous (or very smooth laterally heterogeneous) earth models. Waveform inversion directly fits waveforms on seismograms, hence, does not have such a limitation. Waveforms of Rayleigh waves are highly related to S-wave velocities. By inverting the waveforms of Rayleigh waves on a near-surface seismogram, shallow S-wave velocities can be estimated for earth models with strong lateral heterogeneity. We employ genetic algorithm (GA) to perform waveform inversion of Rayleigh waves for S-wave velocities. The forward problem is solved by finite-difference modeling in the time domain. The model space is updated by generating offspring models using GA. Final solutions can be found through an iterative waveform-fitting scheme. Inversions based on synthetic records show that the S-wave velocities can be recovered successfully with errors no more than 10% for several typical near-surface earth models. For layered earth models, the proposed method can generate one-dimensional S-wave velocity profiles without the knowledge of initial models. For earth models containing lateral heterogeneity in which case conventional dispersion-curve-based inversion methods are challenging, it is feasible to produce high-resolution S-wave velocity sections by GA waveform inversion with appropriate priori information. The synthetic tests indicate that the GA waveform inversion of Rayleigh waves has the great potential for shallow S-wave velocity imaging with the existence of strong lateral heterogeneity. 相似文献
15.
The effect of topography and subsurface inhomogeneity on surface motion is investigated in the case of Rayleigh waves. In the previous paper, the same effect was investigated in the case of SV waves. Several types of topography, such as cliffs both with and without a soft layer at the foot of the slope, are considered. Computations are made using a new hybrid method combining a particle model with a finite element method. In cases of harmonic Rayleigh waves, surface motions with amplitudes as large as 1.5 to 5 times the horizontal surface displacement of the incident Rayleigh waves are produced near the slope and the sloping interface. When a Rayleigh wave propagating through a hard single-layered ground encounters a sloping interface where hard ground and soft ground make contact with each other, Rayleigh waves having two different, phase velocities are produced and they correspond to the fundamental mode, and the first mode determined by Haskell's method. In addition, the transient response when Rayleigh waves propagate through the cliff is also simulated. Assuming the vertical component of the Tokachi-oki Earthquake (1968) measured on the surface to be a Rayleigh wave, the incident Rayleigh wave can be obtained by a Fourier synthesis of eigenfunctions of Rayleigh waves. 相似文献
16.
We present our study of the wave propagation in an irregularly layered, elastic wave-guide excited by incoming Rayleigh surface waves and P and SV body waves. Our aim is to show examples of applying a method that will make it possible to analyze the distribution and amplification of displacements, rotations, curvatures, strains, and stresses on or below the ground surface during passage of strong earthquake ground motion. We employ the weighted-residuals method, which makes it possible to calculate the scattered and diffracted waves, and then we illustrate the amplification of motions in the vicinity of inhomogeneity. 相似文献
17.
Yinhe Luo Jianghai Xia Yixian Xu Chong Zeng Richard D. Miller Qingsheng Liu 《Pure and Applied Geophysics》2009,166(3):353-374
Multichannel analysis of surface waves (MASW) method is a non-invasive geophysical technique that uses the dispersive characteristic
of Rayleigh waves to estimate a vertical shear (S)-wave velocity profile. A pseudo-2D S-wave velocity section is constructed
by aligning 1D S-wave velocity profiles at the midpoint of each receiver spread that are contoured using a spatial interpolation
scheme. The horizontal resolution of the section is therefore most influenced by the receiver spread length and the source
interval. Based on the assumption that a dipping-layer model can be regarded as stepped flat layers, high-resolution linear
Radon transform (LRT) has been proposed to image Rayleigh-wave dispersive energy and separate modes of Rayleigh waves from
a multichannel record. With the mode-separation technique, therefore, a dispersion curve that possesses satisfactory accuracy
can be calculated using a pair of consecutive traces within a mode-separated shot gather. In this study, using synthetic models
containing a dipping layer with a slope of 5, 10, 15, 20, or 30 degrees and a real-world example, we assess the ability of
using high-resolution LRT to image and separate fundamental-mode Rayleigh waves from raw surface-wave data and accuracy of
dispersion curves generated by a pair of consecutive traces within a mode-separated shot gather. Results of synthetic and
real-world examples demonstrate that a dipping interface with a slope smaller than 15 degrees can be successfully mapped by
separated fundamental waves using high-resolution LRT. 相似文献
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Rayleigh面波的频散特性可以用来研究地表浅层结构. 本文使用时域有限差分法来模拟复杂黏弹性介质中的Rayleigh面波,研究了Q值对面波频散特性的影响.文中采用旋转交错网格有限差分,以非分裂卷积形式的完全匹配层为吸收边界,推出了求解二阶位移-应力各向同性黏弹性波动方程的数值方法.为了检验数值解的精度,首先将简单模型的正演结果与解析解对比,验证了方法的正确性;然后模拟了横向缓变层状介质和含有洞穴的介质中的面波,对弹性和黏弹性介质中的面波的频散特性进行对比分析.模拟结果表明浅层Q值对面波的频散特性有显著的影响;强吸收情况下,高阶面波的能量相对低阶面波能量显著增强. 相似文献
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Rayleigh波勘探方法在探测近地表横波速度、动力学特征等环境与工程地球物理领域获得了广泛应用.这种方法以弹性层状介质理论为基础,然而实际介质具有黏弹性,研究面波在层状黏弹性介质中的传播特征,将为近地表面波勘探提供有益帮助.在某些弹性层状介质模型中,例如存在低速夹层和强波阻抗差异地层模型,Rayleigh波相邻两条频散曲线彼此会非常靠近,产生看似彼此"交叉"的现象,即"osculation"现象,但对于黏弹性介质中的这种现象并没有进行相关的研究.本文利用Muller法计算层状黏弹性介质Rayleigh波频散方程,基于层状介质模型中Rayleigh波频散和衰减曲线连续的性质,结合本征位移曲线特征,分析二层黏弹性介质模型中Rayleigh波频散曲线"交叉"现象以及"交叉"点附近的波动特性.结果表明:与弹性介质相比,黏弹性介质中Rayleigh波的波动特性存在明显差异,随着介质对地震波的损耗越来越强,将导致Rayleigh波频散曲线发生"交叉"现象. 相似文献
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Hua‐You Chai Tian‐Bin Li Kok‐Kwang Phoon Elton J. Chen Dian‐Ji Zhang 《Geophysical Prospecting》2017,65(4):992-1003
In the free state, Rayleigh waves are assumed to travel in the form of planar wavefronts. Under such an assumption, the propagation behaviour of the modes of Rayleigh waves in layered half‐spaces is only frequency dependent. The frequency behaviour, which is often termed as dispersion, is determined by the shear wave velocity profile of layered soils within the depth related to wavelength (or frequency). According to this characteristic, the shear wave velocity profile can be back‐analysed from the dispersion. The technique is widely used in the surface wave testing. However, the wavefronts of Rayleigh waves activated by the surface sources are non‐planar. The geometric discrepancy could result in Rayleigh waves manifesting distance‐dependent behaviour, which is referred to as spatial behaviour in this paper. Conventional analysis ignoring this spatial behaviour could introduce unexpected errors. In order to take the effects of sources on the propagation behaviour into account, a new mathematical model is established for Rayleigh waves in layered elastic media under vertical disc‐like surface sources using the thin‐layer method. The spatial behaviour of the activated modes and the apparent phase velocity, which is the propagation velocity of Rayleigh waves superposed by the multiple modes, are then analysed. Aspects of the spatial behaviour investigated in this paper include the equilibrium path, the particle orbit, and the geometric attenuation of the activated Rayleigh waves. The results presented in this paper can provide some guidelines for developing new inverse mathematical models and algorithms. 相似文献