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滑坡的摩擦力与正压力力偶的地震波场模拟

地球物理学报 2023年第7期66卷 2811-2825页

作者：李文莹张勇华思博许月怡北京大学地球与空间科学学院北京100871

滑坡的地震波反演是确定滑坡动力学过程的有效途径.然而,目前的滑坡地震波反演大多基于点源模型,将滑坡面近似为点源,仅考虑滑体作用于滑床的摩擦力及其变化.但实际滑坡过程中,由于重力和滑动距离的存在,滑床还受到一个逐渐增加的正压... 详细信息

滑坡的地震波反演是确定滑坡动力学过程的有效途径.然而,目前的滑坡地震波反演大多基于点源模型,将滑坡面近似为点源,仅考虑滑体作用于滑床的摩擦力及其变化.但实际滑坡过程中,由于重力和滑动距离的存在,滑床还受到一个逐渐增加的正压力力偶作用.为定量探讨这一正压力力偶对滑坡地震波场的贡献,我们基于有限滑坡面模型,分别正演模拟了滑坡过程中摩擦力和正压力力偶的地震波场,得到了正压力力偶地震波场在整个滑坡地震波场中的能量比例及其随距离的变化.研究发现,正压力力偶地震波场具备近场项衰减特征,相较于摩擦力波场随距离衰减更快.正演模拟显示,正压力力偶地震波场在滑坡尺度2~3倍距离范围内较为显著;但在更远距离上,由于其幅度大致随距离的平方衰减,其贡献几可忽略.此外,正压力力偶波场在波形特征上与摩擦力波场也存在明显区别,二者的相对大小与摩擦系数和坡度等参数密切相关.本文模拟分析表明,完整的滑坡近场地震波场应该同时考虑摩擦力和正压力力偶的贡献;滑坡动力学参数反演中,利用近场地震波记录,考虑有限尺度的滑坡面,原则上我们不仅可以确定传统滑坡动力学参数,还有可能确定摩擦系数和流体压力等参数在空间上的变化分布.

关键词：滑坡摩擦力正压力力偶地震波场

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秦岭造山带与沉积盆地和结晶基底地震波场及动力学响应

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地球物理学报 2014年第3期57卷 770-788页

作者：滕吉文李松岭张永谦赵金仁皮娇龙王夫运闫雅芬杨辉胡国泽潘素珍中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国地震局地球物理勘探中心郑州450002

秦岭—大别造山带横贯中国大陆中部，并将我国东部分为南北两部；即华北克拉通和扬子克拉通.在南、北相向运动力系驱动下构成了一个极为复杂的复合、叠加构造带、成矿带和地震活动带.同时导致了该地域异常变化的沉积建造和强烈起伏的结... 详细信息

秦岭—大别造山带横贯中国大陆中部，并将我国东部分为南北两部；即华北克拉通和扬子克拉通.在南、北相向运动力系驱动下构成了一个极为复杂的复合、叠加构造带、成矿带和地震活动带.同时导致了该地域异常变化的沉积建造和强烈起伏的结晶基底.然而对它们形成的地球物理边界场响应，岩相和结构的异常变化尚不清晰，特别对盆山之间的耦合响应更缺乏深层动力过程的理解.为此本文通过该区榆林—铜川—涪陵长1000 km剖面的地震探测和研究结果提出：（1）沉积建造厚度变化为4~10 km，结晶基底起伏强烈，幅度可达4~6 km；（2）一系列基底断裂将该区切割为南鄂尔多斯盆地和秦岭北缘前陆盆地、秦岭—大巴造山带和南缘前陆盆地与东北四川盆地，其中前陆盆地为秦岭北渭河盆地和秦岭南通江—万源盆地；（3）秦岭造山带是北部华北克拉通向南推挤、南部扬子克拉通向北推挤下隆升的陆内山体，并构筑了其南、北前陆盆地；（4）秦岭造山带的南、北边界并非是一条边界断层，而应是包括前陆盆地在内的组合界带；（5）秦岭与大巴弧形山系源于同一深部结晶基底，即同根生.这一系列的新认识对深化理解秦岭—大巴造山带形成的深层动力过程和演化机理及厘定扬子克拉通的真实北界具有极为重要的意义.

关键词：秦岭造山带地震波场沉积盆地结晶基底动力学响应

最优化辛格式广义离散奇异核褶积微分算子地震波场模拟

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地球物理学报 2013年第7期56卷 2452-2462页

作者：刘少林李小凡汪文帅鲁明文张美根中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院地球深部重点实验室北京100029 宁夏大学数学计算机学院银川750021

将波动方程变换至Hamilton体系,构造了一种新的保结构算法,即最优化辛格式广义褶积微分算子(OSGCD).在时间离散上,首先引入了Lie算子设计二级二阶辛格式,基于最小误差原理得到了优化的辛格式.在空间离散上,引入广义离散奇异核褶积微分... 详细信息

将波动方程变换至Hamilton体系,构造了一种新的保结构算法,即最优化辛格式广义褶积微分算子(OSGCD).在时间离散上,首先引入了Lie算子设计二级二阶辛格式,基于最小误差原理得到了优化的辛格式.在空间离散上,引入广义离散奇异核褶积微分算子计算空间微分,提出了一种有效方法优化GCD并得到了稳定的算子系数.针对本文发展的新方法,给出了OSGCD稳定性条件.在数值实验中,将OSGCD与多种方法比较,从精度和计算效率两方面分析了OSGCD的计算优势,计算结果也表明OSGCD长时程以及非均匀介质中地震波模拟亦具有较强能力.

关键词：辛格式广义褶积微分算子数值模拟地震波场

断层几何形态和自发破裂的动力学参数对地震波场的影响

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地球物理学报 2022年第3期65卷 965-977页

作者：吴永祺张海明北京大学地球与空间科学学院地球物理系北京100871

断层的自发破裂及其产生的地震波场是地震学研究的重要内容.断层几何形态和自发破裂过程中的动力学参数不同,往往会导致不同的震源破裂过程,进而对地震波场产生显著的影响.本文基于不同几何形态的断层上的自发破裂过程,通过计算研究其... 详细信息

断层的自发破裂及其产生的地震波场是地震学研究的重要内容.断层几何形态和自发破裂过程中的动力学参数不同,往往会导致不同的震源破裂过程,进而对地震波场产生显著的影响.本文基于不同几何形态的断层上的自发破裂过程,通过计算研究其产生的地震波场的特征.针对弯折和分叉的断层系统,我们考察了初始成核区位置以及超剪切破裂对于地震波场的影响.结果显示,对于弯折断层,随着弯折角的增大,地震波场的峰值分布沿着弯折方向产生变化,过大的弯折角会对地震波场起抑制作用;在断层上破裂距离越长,积累的能量越大,引起的地震波场峰值也越大.对于分叉断层,角度更小的分支面具有更大的破裂优势,破裂强度更大,会引起更大的地震波场峰值.超剪切破裂将使得地震波场振幅更大,激发高频成分,在波形上能观察到明显的脉冲,同时增大永久位移.通过研究动力学破裂产生的地震波场的行为,有助于增进对地震波场特征产生原因的认识,为进一步的动力学参数反演奠定了基础.

关键词：地震波场动态破裂边界积分方程弯折断层分叉断层

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随钻地震波场空间传播特征研究及应用

石油地球物理勘探 2005年第1期40卷 58-64,70页

作者：罗斌王宝彬河北省深州市东方地球物理公司研究所东方地球物理公司

随钻地震是上世纪90年代初发展起来的新技术,是以钻井过程中钻头的振动作为震源进行地震测量,可实时预测钻头前方地层构造的细节,减少钻探风险。本文从理论和实际资料的处理分析着手,系统研究了随钻地震中的直达波、反射波和其他几种主... 详细信息

随钻地震是上世纪90年代初发展起来的新技术,是以钻井过程中钻头的振动作为震源进行地震测量,可实时预测钻头前方地层构造的细节,减少钻探风险。本文从理论和实际资料的处理分析着手,系统研究了随钻地震中的直达波、反射波和其他几种主要干扰波波场的空间传播特性;根据各种波场在不同三维空间传播特性的差异,讨论了干扰波的分离和衰减方法;对实际随钻地震资料进行了去噪处理,取得了较理想的效果。本文的研究成果对随钻地震勘探具有一定的指导意义。

关键词：地震波场干扰波地震测量地震资料地震勘探震中直达波随钻钻井过程钻头

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深海甚低频水声与地震波场的联合探测试验

哈尔滨工程大学学报 2021年第7期42卷 1009-1014页

作者：董海涛王海燕申晓红马石磊西北工业大学航海学院陕西西安710072 海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室(西北工业大学) 陕西西安710072 陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021

为我国深海水中兵器甚低频声场与地震波场联合引信技术提供可行性依据,设计并研制了深海自容式三分量地震波传感系统,利用深海坐底潜标搭载在我国南海海域(布深1825 m)开展了实船目标特性感知试验。通过设置走航测线,获取了目标深海甚... 详细信息

为我国深海水中兵器甚低频声场与地震波场联合引信技术提供可行性依据,设计并研制了深海自容式三分量地震波传感系统,利用深海坐底潜标搭载在我国南海海域(布深1825 m)开展了实船目标特性感知试验。通过设置走航测线,获取了目标深海甚低频水声场与地震波场实测数据,对比分析结果表明了舰船甚低频水声场与地震波场对目标探测的贡献具有共性与差异性。水声场因包含更丰富的周期窄带信息而更具主导性,而地震波场用于检测目标近场通过时明显优于水声场,甚至存在水声场无法感知的独特谱线,对三分量地震波场的实船噪声包络解调分析亦表明其用于感知螺旋桨轴频和叶频关键特征的优势。鉴于此,联合舰船甚低频水声场与地震波场对水中兵器探测目标、抗扫、抗诱骗等具有积极作用,发展深海甚低频联合引信技术是必要且可行的。

关键词：兵器科学与技术深海潜标传感系统被动探测舰船甚低频特性水声场地震波场联合引信

基于螺旋线上谱因式分解的地震波场隐式辛算法

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地球物理学报 2001年第3期44卷 379-388页

作者：罗明秋刘洪李幼铭中国科学院地质与地球物理研究所北京100101

均匀介质、复杂各向同性介质和各向异性介质中的地震波传播过程 ,可用统一形式的标量声波方程描述 .考虑到在无损耗条件下 ,地震波方程描述了地震波场这一个无穷维的哈密顿体系随时间的演化过程 ,该过程为一个单参数连续辛变换 ,因而可... 详细信息

均匀介质、复杂各向同性介质和各向异性介质中的地震波传播过程 ,可用统一形式的标量声波方程描述 .考虑到在无损耗条件下 ,地震波方程描述了地震波场这一个无穷维的哈密顿体系随时间的演化过程 ,该过程为一个单参数连续辛变换 ,因而可以在其哈密顿形式表述下导出其辛格式 .与显式辛算法相比 ,隐式辛格式对应的隐式辛几何算法具有无条件稳定的特点 ,可以允许较大的计算步长 .但是由于隐式算法不可避免地面临高阶矩阵的求逆 ,其每一步的计算速度较慢 .为实现矩阵快速求逆 ,文中采用了螺旋边界条件下谱因式分解的方法 .在螺旋边界条件下 ,需要求逆的矩阵化为带状矩阵 ,而且其各列非零元素的位置和大小具有非常好的相似性 ,因而可以采用谱因式分解的方法实现快速LU分解 .文中采用二阶精度的隐式蛙跳辛格式和谱因式分解方法 ,计算了常速度、层状介质和Marmousi模型中的波场 .计算表明。

关键词：地震波场螺旋边界条件隐式辛算法谱因式分解标量波动方程弹性波动方程

最优化广义离散Shannon奇异核褶积微分算子地震波场模拟

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石油地球物理勘探 2013年第3期48卷 410-416,506+328-329页

作者：刘少林刘有山汪文帅李小凡张美根中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球深部重点实验室北京100029 宁夏大学数学计算机学院宁夏银川750021

本文运用广义离散Shannon奇异核褶积微分算子(GDSCD)计算波动方程的空间导数,推导了一阶和二阶GDSCD的具体形式,并提出了系数优化方法,即在频率域逼近平面波的真实导数,得到不同半径和采样下限的最优权系数。通过计算滤波响应分析算子精... 详细信息

本文运用广义离散Shannon奇异核褶积微分算子(GDSCD)计算波动方程的空间导数,推导了一阶和二阶GDSCD的具体形式,并提出了系数优化方法,即在频率域逼近平面波的真实导数,得到不同半径和采样下限的最优权系数。通过计算滤波响应分析算子精度,与多种数值方法进行了对比。模型试算结果表明,本文构造的最优化GDSCD方法模拟地震波具有高精度、高效率的特点。

关键词：地震波场广义Shannon奇异核数值模拟

大尺度强变速地震波场数值模拟与偏移成像的有限积分变换方案

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石油地球物理勘探 2005年第1期40卷 76-82页

作者：孙建国吉林省长春市吉林大学地球探测科学与技术学院

文中介绍了利用有限积分变换表示函数的一般原理;以二维标量波动(声波)方程为例,总结了前苏联学者Mikhailenko提出的一种混合域偏移成像方法,利用二维标量波场关于时间或空间的有限差分格式、关于时间的傅里叶变换及关于空间的有限差分... 详细信息

文中介绍了利用有限积分变换表示函数的一般原理;以二维标量波动(声波)方程为例,总结了前苏联学者Mikhailenko提出的一种混合域偏移成像方法,利用二维标量波场关于时间或空间的有限差分格式、关于时间的傅里叶变换及关于空间的有限差分近似,可得到波场的数值解;在此基础上,推出了基于有限积分变换的地震波数值模拟和裂步傅里叶偏移改进方案的基本方程。通过对基本方程中的时间项和空间项进行有限差分离散化,或者至少对两者之一取有限或无限积分变换,则可以利用与经典方案相类似的计算步骤解出由基本方程所形成的无限方程组,完成波场的数据模拟,并且计算量比经典方程大为减小;文中以二维裂步傅里叶偏移为例,总结了基于有限积分变换的地震波偏移的基本思想:在变换域内进行均匀背景速度模型的相位移动及在空间域内进行非均匀介质的相位移动;文中还讨论了数值计算和震源有限化、计算效率及与其他地震波场数值模拟、偏移成像方法的对比问题,认为有限积分变换方法可无限制地扩展计算区间,可以实现任意介质速度结构的地震波场数值模拟和偏移成像。数值计算结果表明,有限积分变换方案能给出令人满意的结果,这种数值模拟和偏移成像方法,有望为今后的大尺度地震波传播和成像理论研究及生产实践提供强有力的工具。

关键词：偏移成像地震波场拟和地震波传播积分变换方法时间项速度结构有限基本方程类似