高精度人工地震波层析成像技术勘探地下构造

应用人工爆破地震波层析成像方法勘探地下速度结构。在海域、山地多种地质条件下进行了地震波层析成像方法定量勘探研究。依勘探目标体而异,通过设计震源频率、震源和观测仪器布局,提高观测分辨率,实现定量高精度速度结构勘探研究。勘探最大深度可达Moho界面;山地最高分辨率可达3 m。结果显示了该方法在近海区域和山区不同地质条件的适用性及不同勘探深度与勘探精度的实用性。在日本九州近海地域勘测中,同时使用了反射与折射2种走时资料,可以同时改善水平及垂向的分辨率。成像图显示了地下结构详细特征,如任意斜向的凹凸形状,或高角度逆冲错断构造,分辨率达到10 m。同时显示出这些复杂几何体的埋藏深度。结果表明,诸如地下断层形状,资源矿藏储舱结构异常体的复杂几何形状,都可期望在层析成像技术的勘探分辨能力之内。它对于地下结构研究,矿产资源勘探,工程环境地质研究都有重要意义。结果也显示了成像方法的运算收敛速度和计算稳定性在结构勘探中是适用的。

1995年日本神户地震建筑物倒塌与S波和盆地边缘次生面波干涉的研究

用地震波在不均匀介质传播中的波动方程的数值模拟方法,分析了两维剖面SH以及P-SV地震波传播过程中波的叠加干涉与1995年日本神户地震中建筑物倒塌率分布之间的关系.模拟中使用了错格实数Fourier变换的快速、高精度的微分算子.利用地震波在不均匀地下介质传播的瞬间分布图分析了地震波在空间叠加干涉的过程.结果表明,模拟所得加速度波形的峰值很可能是由基岩表面传入沉积层的次生面波和沉积层中体波在地面表层中的干涉所致.模拟所得地面加速度振幅的分布与建筑物倒塌率的分布极为一致.远离地震断层的建筑物峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合.干涉过程的分析表示了建筑物倒塌率的分布与地质构造和地震波速度结构密切相关.地震体波与盆地边缘次生面波的干涉很可能是形成倒塌极大值的原因.由此可见用数值模拟方法研究地震波动传播过程以及其干涉过程对于地震灾害研究是十分必要的.

用数值模拟格林函数方法合成近源地面运动地震图

用数值模拟计算所得小地震波形代替经验格林函数法中的观测小地震波形,合成1995神户地震震源附近强地面运动理论地震图.数值模拟计算的小地震波形,称为计算格林函数地震波形或计算小地震波形.数值模拟小地震波形计算是在两维适当高精度速度结构条件下用拟傅里叶变换微分求解波动方程进行的.拟傅里叶数值模拟中使用了快速,高精度,高稳定性的错格实数傅里叶变换微分算子.在合成神户大地震的综合理论地震图的计算中,首先根据震源谱的拐角频率与地震断层长度的关系确定出的数值模拟所得格林函数地震波形的地震矩和相当震级.再将这些计算的小地震波形用经验格林函数的方法合成神户地区地震断层附近部分台站的理论地震图.合成近源地面运动地震图时使用了多重震源破裂过程模式.结果表明综合理论地震图与作为目标地震的1995年神户M7.2地震的观测波形吻合得很好.它意味着该方法对于在缺少地震观测的地区进行地震学研究和强地面运动预测是十分有效的.

地震地面运动数值模拟中的土层增幅和波的多重干涉效应

阐述了在研究复杂地震灾害问题时不均匀介质中土层增幅率和地震波多重干涉效应对于用数值模拟方法研究地震地面运动的影响.在数值模拟中,首先分析了区域地质构造,使用了由地表微动矩阵观测结果而得来的高精度地震波速度结构.又运用地表浅层40m深的钻孔岩(土)芯结构的地质和地震波速度资料,进一步分析了浅地表土层对于地震波地面运动增幅率分布的影响.揭示了重灾区地表土层对地面运动增幅率的非线形关系特征.在地质结构特征分析基础上,用数值模拟方法计算了日本神户地震灾区地面运动SH波分量加速度波形.波动方程数值模拟解法中使用了错格实数傅里叶微分算子的拟Fourier谱微分法.地面运动数值模拟结果表明地表土层的增幅率和地下速度结构特征对地面加速度波形及其最大振幅分布有很大影响.由数值模拟地面运动结果与该区的1995年日本神户地震建筑物倒塌率关系的分析可知,模拟所得地面加速度波形最大振幅与建筑物倒塌率的分布极为一致.远离地震断层的建筑物的两重峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合.利用模拟的瞬间地震波不均匀多层介质中空间传播快拍图像分析了两重地面运动峰值与地质构造的关系.结果表明两重峰值的地面运动可能是由基岩表面传入沉积层表层的次生面波和沉积层中体波干涉形成了第1次地面运动峰?