矩阵奇异值分解与非齐次线性方程组系数矩阵的广义逆求解

非齐次线性方程组在多数实际工程反演问题中较为常见,对其进行有效地求解是解决实际反演问题的关键,本文通过对方程组系数矩阵进行奇异值分解,推导非齐次线性方程组系数矩阵的广义逆求解过程,给出具体的求解方法和实现步骤,使得求解算法更容易进行计算机编程.

滑坡面瑞雷波波场模拟及H/V谱比探测

滑坡是一种分布广泛、数量众多、危害巨大的地质灾害,准确确定滑坡滑动面对滑坡防治具有重大意义。传统的勘探手段,如钻探和地球物理方法在起伏较大的滑坡地形中具有诸多限制。本文以四川省屏山县东池庄滑坡为参考,建立了起伏地形软弱性土质滑坡模型,进行了瑞雷波波场模拟并经过模式分离后计算求得水平/垂直(H/V)谱比曲线。对比分析了波场传播及H/V谱比曲线的特征,发现在110道检波器排列中,中心部位检波器的峰值频率可作为计算土石分界面的卓越频率。设计了土层厚度分别为25、31、35 m的滑坡模型,发现土层厚度与峰值频率呈负相关关系。给出了地层为黏性土与泥岩时的频率-深度经验公式,得到了连续滑动面信息,经验公式计算结果与实际模型吻合较好。

基于波场数值模拟的瑞利波频散曲线特征及各模式能量分布

在实际地震瑞利波勘探中,由于各模式激发的能量不同,提取到的频散曲线的频段也不一样,有些频段因能量低,而不能被提取出来。因此各模式频散曲线的特征以及实际激发情况还需要通过时间域地震记录来分析。本文采用数值模拟方法,首先得到瑞利波场数值模拟记录,然后由这些记录提取瑞利波的频散曲线,将提取得到的频散曲线与由频散方程计算得到的频散曲线进行比较,分析不同模型由时域记录提取出的频散曲线的特征及其频带范围,归纳总结多种模型的多阶模式频散曲线特征及各模式在瑞利波场中的能量分布情况。

联合应用τ-p变换法和相移法提取面波频散曲线

在常见的多阶模式频散曲线提取方法中,f-k法要求空间域和时间域的采样都是等间隔的,如果记录中含有坏道,就会对f-k谱产生很大影响,从而影响频散曲线的提取精度。τ-p变换法对基阶模式低频段的提取效果较差,而对高阶模式的分辨能力较高。相移法对基阶模式提取效果好,但对高阶模式的分辨率不高。本文提出了一种改进的频散曲线提取方法,即联合应用τ-p变换法和相移法提取频散曲线,该法的基本思想是先对地震记录分别用τ-p变换法和相移法得到两种f-VR剖面,将两种f-VR剖面用各自的最大值归一化后再相加,将叠加结果作为最终的f-VR剖面。理论模型合成记录与实际资料处理结果均表明,本文提出的频散曲线提取方法兼顾了τ-p变换法和相移法的优点,既补充了基阶模式低频段的信息,又保证了高阶模式得到有效分辨,取得了理想的提取效果。

液体表层层状介质导波频散曲线研究

随着地震勘探向浅海、湖泊等流体覆盖层的渗透,存在液体表层或夹层介质中导波的传播研究受到人们重视.在前人研究工作的基础上,本文对存在上覆液体层时的两层、三层以及低速夹层的固体层状介质模型的频散曲线进行了数值计算,分析了当上覆液体表层的厚度变化时多模式导波频散曲线特征.通过与没有液体表层时的完全固体介质模型相对比,研究了存在上覆液体表层时多模式导波频散曲线独特的形态特征,进一步引伸出在滩浅海进行地震勘探中应注意的问题.为在滩浅海及湖泊等表层为液体覆盖层的地区利用导波进行勘探和研究提供一定的研究思路和理论依据.

被动源瑞利波两道法提取频散曲线的质量控制方法

近年来,迅速发展起来的被动源瑞利波勘探技术将环境噪声当做信号源,具有抗干扰能力强、施工条件受限少等优点,更适合于城市周边等地区的勘探工作。而影响被动源方法成像精度的关键因素是频散曲线的提取质量。当前被动源瑞利波法主要根据空间自相关与时域互相关之间的联系,利用Aki公式计算瑞利波频散曲线。该方法对于长周期观测数据(连续几个月以上)具有较好的提取效果,但对于实际工程应用来说,希望数据观测周期越短越好(如一天或几个小时),此时利用Aki法拾取频谱实部曲线零点时,互相关函数频谱会出现零点增多或缺失的现象,导致频散曲线的提取出现误差。文中针对这一问题,通过采用不同的归一化方法、选择不同的时窗长度进行互相关、设置高斯滤波器对互相关函数进行滤波以及筛选频谱零点的处理方法,结合均方误差、相关系数以及信噪比验证频散曲线的可靠性,来控制频散曲线的质量。通过理论模型被动源数值模拟结果试算和陕西凤翔县野外实际噪声数据处理,验证了本文频散曲线质量控制方法的可行性和有效性,对被动源瑞利波法频散曲线提取具有一定的参考价值和实际意义。

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为:根据目的层探测深度(如20m)将地下介质分为若干个(20个)厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层(共21层),这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明:细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层(每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等)更接近实际情况。

基于MPI的面波有限差分正演模拟

近年来,瑞利波波形反演技术因其避开了常规频散曲线计算,直接进行波场计算和反演不再受水平层状介质理论假设的限制,得到广大学者的高度重视。但瑞利波波形反演过程中需要不断进行波场正演和逆推计算。另外,由于浅地表速度较小,模拟计算时需要较小的网格间距才能避免数值频散,这无疑大大增加了正演模拟的计算量。对于这一问题,通常采用并行化设计来提高正演模拟的计算效率。本文基于消息传递接口(MPI)并行有限差分算法,以区域分解思路将模型区间分解成若干子区域,各区域互相通信,共同完成对模型的正演计算。并详细给出了区域分解、坐标转换、区域通信、波场合并等并行方案中的具体实现方法和实现步骤。通过对弹性模型、Kelvin黏弹性模型和标准线弹性固体(SLS)黏弹性模型不同并行方案的计算结果进行分析,验证了本文并行方案的可行性和有效性。并行计算结果表明,与单处理器计算时间相比,增加处理器数目可以明显减少计算时间,但随着处理器数目的增加,不同处理器之间的通信时间也增大;因此,并行时需要选择合适的处理器数目。对于黏弹性介质模型,SLS黏弹性模型的并行计算效率优于Kelvin黏弹性模型。

主动源与被动源面波联合勘探在黄土覆盖区三维成像中的应用

黄土盖层对地震波、电磁波等有很强的衰减作用,限制了地震反射波法、电磁波法等多种物探方法在黄土覆盖区的应用。针对黄土盖层厚度大、分层细的特点,采用主动源与被动源面波法联合勘探,使两种面波方法优势互补,达到准确探测黄土覆盖区地质分层的目的。研究区位于渭河盆地凤翔县郊,为典型的黄土覆盖区,黄土覆盖层厚度为80~120 m。通过对研究区主动源与被动源面波实测资料的处理,得到的二维横波速度剖面上的主要地层分层位置与实际钻孔测试结果基本一致,同时得到了研究区的三维地层结构。联合成像结果表明采用被动源与主动源面波联合勘探进行黄土覆盖区地层结构分层是可行且有效的,为黄土覆盖区地质填图提供了技术支持和有益思路。

Surface Loess Susceptibility Anomalies Directly Indicating Oil and Gas Reservoirs

It is a fact that the near surface loess has magnetic susceptibility anomalies in oil and gas areas. Why these anomalies occur and whether they have any significant value for the exploration of oil and gas reservoirs are questions that geophysicists are mostly concerned about and study. We analyze the cause of the formation of surface loess susceptibility anomalies in oil and gas areas, process the observations of the susceptibility of loess samples taken from an oil and gas area in western China with proper mathematical methods, and determine the background value of loess susceptibility. These results are used to determine oil and gas prospect areas with a numeric evaluation factor based on the susceptibility anomalies. Actual oil wells have verified that using the susceptibility anomalies to indicate the location of oil and gas reservoirs is valid.

基于自适应震源子波提取与校正的瑞利波波形反演

近年来,基于瑞利波的全波形反演技术取得了较大进展,在接收点覆盖面积足够的情况下,该方法对横向不均匀复杂介质具有较高的分辨能力。影响波形反演精度的关键因素之一是震源子波,然而野外地震记录对应的地震子波是未知的,采用不正确的震源子波势必对反演结果产生负面影响,常规处理方法是利用合成数据进行子波校正,但子波校正需进行多次迭代,导致反演计算时间增加。为了解决这一问题,引入加窗自适应子波提取方法,从观测记录中提取与实际数据匹配较好的震源子波,将其作为初始子波进行子波校正,达到进一步优化反演结果的目的。分别采用真实子波、错误子波、错误子波联合子波校正、提取子波、提取子波联合子波校正五种子波对断层模型进行反演测试。测试结果表明:所提方法获得的子波对应的反演结果最好,错误的子波对应的结果最差;仅利用提取的子波也可以获得较好的反演效果,而采用子波提取与校正相结合的方法可以节省计算时间,进一步提高瑞利波波形反演的精度。最后通过实际数据测试进一步验证了该结论。

利用瑞利波广义S变换探测近地表裂缝

地裂缝灾害是地质灾害中地面变形灾害的一种,不仅造成各种建筑的直接破坏,也引起了一系列的环境问题。因此在工程建设中有效地探测地下裂缝是一项重要任务。笔者对瑞利波探测地裂缝方法进行了试验研究,采用广义S变换,在时间—频率域来提取某一道上来自裂缝散射瑞利波的到时,从而计算出裂缝的位置。通过两组半空间裂缝模型和一组实际资料验证了广义S变换探测近地表裂缝的可行性和探测效果。理论模型和野外实际资料探测结果表明,利用瑞利波广义S变换探测近地表裂缝是切实可行且有效的。

缺损桩的导纳谱判别法及应用

利用振动工程中的模态分析技术,对桩基系统的振动特性进行研究。根据桩基系统的集中质量参数振动模型,对完整桩和各种缺损桩模型的导纳谱进行了大量的正演计算,按照导纳谱特征与桩基的缺损类型及缺损位置之间的对应关系,编制了相应的判读软件DSP1.0系统,实现了桩基完整性以及缺损桩缺损位置和缺损性质的计算机自动判读。

瑞雷面波勘探的过去、现在和未来

回顾了瑞雷面波勘探发展的历史,剖析了面波频散曲线正反演的进展及存在的问题,重点指出在石油和煤炭反射地震中,应从剔除面波转变为利用面波,并借助现有石油“大炮”反射地震资料中“有害的”瑞雷面波提取浅层地质结构信息,为反射地震静校正、近地表工程地质评价等提供物性参数,把反射地震的面波干扰变为对勘探十分有利的参数提取源,实现以强干扰面波为主要数据源的浅层结构探测,以促进瑞雷面波勘探技术的进一步发展。

西安市地热水开采现状及其环境问题

通过对西安地区地热井水位、地面沉降和地裂缝活动、地震活动等资料的分析得到:西安市区地面沉降和地裂缝活动与地下热水开采有一定的联系;西安地区地下热水的开采与西安及邻区的地震活动明显相关,造成西安及邻区的地震活动性显著增强,在空间分布上表现为地震由西安城郊向邻近地区的转移。

隧道反射地震法超前探测研究

隧道施工地质超前预报是在地下工程施工过程中,采用一些方法或手段预测掌子面前方一定范围内存在的不良地质体或地质界面的位置、性质和规模,为安全、快捷、持续施工采取防范措施提供可靠的依据。本文在详述隧道反射地震法超前探测原理的基础上,分析地下全空间情况下,震源与接收点之间的地震波场运动关系,讨论观测系统的优化设计方案,较全面地总结隧道反射地震法超前预报时距曲线规律。同时开发一套隧道反射地震法超前探测数据处理系统(TRSP1.0),该系统涵盖波形处理、正演模拟、成像处理和岩石动力学参数提取等功能模块,给出合理的处理流程。通过理论模型和实际数据测试验证,取得较理想的效果。

西安市地热水开采与地震活动的关系研究

通过对西安地区地热井水位和地震活动资料的分析得到:西安地区地下热水的开采与西安及邻区的地震活动明显相关,造成西安及邻区的地震活动性明显增强,在空间分布上表现为地震由西安城郊向邻近地区的转移。

瑞利波波形反演的发展现状及展望

常规多道面波分析技术反演过程需要计算基于水平层状介质假设基础上的理论频散曲线,从而导致该方法的水平分辨率无法满足横向不均匀复杂介质的要求。而目前已成为人们研究热点的全波形反演技术,其反演过程基于波动方程求解,对瑞利波而言,无需根据频散方程计算频散曲线,理论上克服了常规多道面波分析技术横向分辨能力的"先天不足"。因此,瑞利波波形反演是瑞利波勘探领域中一个重要的发展方向。论文回顾了全波形反演的发展历史,剖析了瑞利波波形反演的发展现状及存在问题,指出了瑞利波波形反演需要进一步研究的问题和发展趋势,为瑞利波波形反演研究提供了一定的研究思路。

陕西中南部的视应力场研究

利用西安数字地震台网的宽频带数字地震记录,计算了陕西中、南部地震的视应力水平,并讨论了泾阳5.2级地震前后地震视应力的时间变化特征及视应力与震级的关系。

泾阳5.2级地震前后视应力变化特征

利用陕西西安数字地震台网的宽频带数字地震记录,计算了泾阳5.2级地震前后陕西地区地震视应力的变化,得到了该地区的视应力平均值,并讨论了泾阳5.2级地震前后地震视应力的演化特征及视应力与震级的关系。