Crustal and uppermost mantle structure of SE Tibetan plateau from Rayleigh-wave group-velocity measurements

A shear-wave velocity model of the crust and uppermost mantle beneath the SE Tibetan plateau was derived by inverting Rayleigh-wave group-velocity mea- surements of periods between 10 and 70 s. Rayleigh-wave group-velocity dispersions along more than 3,000 inter- station paths were measured based on analysis of telese- ismic wavelbrm data recorded by temporary seismic stations. These observations were then utilized to construct 2D group-velocity maps in the period range of 10-70 s. Tile new group-velocity maps have an enhanced resolution compared with previous global and regional group-velocity models in this region because of the denser and more uniform data coverage. The lateral resolution across the region is about 0.5° for the periods used in this study. Local dispersion curves were then inverted for a 3D shear-wave velocity model of the region by applying a linear inversion scheme. Our 3D shear-wave model confirms the presence of low-velocity zones （LVZs） in the crust beneath the northern part of this region. Our irnaging shows that the upper-middle crustal LVZ beneath the Tengchong region is isolated from these LVZs beneath the eastern and northern part of this region. The upper-middle crustal LVZ may be regarded as evidence of a rnagma chamber in the crust beneath the Tengchong Volcanoes. Our model also reveals a slow lithospheric structure beneath Tengchong and a fast shield-like mantle beneath the stable Yangtze block.

利用瑞利面波提高近地表横波速度精度的方法

二维油气地震勘探中,由于受野外施工条件、成本效益等诸多因素限制,地震记录的野外采集道间距往往较大,这种地震记录往往容易产生空间假频,降低其频率—速度谱信噪比。为此,提出利用小波变换良好的时频分析特性,对大时空采样记录进行基于小波基的道内插值,以提高P-SV转换波地震资料中的瑞利面波频散高频信息的精度,从而提高反演表层横波速度结构精度,提高P-SV转换波的横波静校正精度。对理论模型和实际数据进行的验证计算表明,基于小波基的道内插值方法具有抗假频性,瑞利面波基阶频散曲线拐点更清晰,高频段能量更加集中,反演的横波速度精度更高,取得了较好效果。

沥青路面内部缺陷无损检测技术研究综述

为了快速、准确地检测出沥青路面内部缺陷和病害,以便及时采取养护或其他处理措施,保障道路行车安全。同时,为促进沥青路面内部隐性病害和缺陷无损检测技术的发展,对现有沥青路面内部缺陷的无损检测技术进行了综述。分别综述了探地雷达的基本原理、在沥青路面检测中的应用以及探地雷达图谱的智能识别,超声波检测技术的检测原理、超声波的衰减规律研究和其在路面内部缺陷检测中的应用与研究,红外热成像技术、核子密度仪、无核密度仪和瑞利波法的检测原理和在沥青路面内部缺陷检测中的应用与研究,最后汇总了各检测技术的检测原理、检测缺陷类型和优缺点等,并探讨了各检测技术存在的问题和未来的发展方向,为沥青路面内部缺陷无损检测技术的进一步应用与研究提供了参考和依据。

基于天然源面波地形校正的堰塞体探测

为提高堰塞体的天然源面波探测成果中面波速度值的准确性及计算面波速度记录点空间位置,改变以往处理模式中假定各检波器在同一高程的前提,在面波数据处理中加入台阵中各检波器的高程值,并采用最小二乘法计算各测点的面波速度记录点空间位置,进行地形校正处理,从而提高面波速度值和面波速度记录点空间位置的准确性。将此天然源面波地形校正处理技术应用于唐家山、叠溪、松坪沟等堰塞体探测中,结果表明:经地形校正处理后,探测平均误差由8.8%降低至4.3%,并使现场检波器台阵布置灵活性提高,提升了探测效率。在目前没有自带地形处理功能的面波处理软件情况下,该技术实现了对面波数据处理结果的地形校正,提高了面波勘探精度。

基于U-net网络的频散曲线自动拾取方法研究

频散曲线拾取是面波勘探的关键环节,旨在通过频散曲线反演出地下横波速度结构。然而目前频散曲线拾取工作主要依靠人工拾取,耗时耗力。为此,本文通过将频散曲线拾取问题看成是图像分割问题,引入U-net网络,发展出一种频散曲线的自动拾取方法。该方法使用频散能量图并使其作为数据集,使用人工手动拾取的频散曲线作为标签集;通过卷积神经网络经由上采样、下采样和跳层链接等步骤学习图片特征,实现频散曲线的自动拾取。模型测试结果验证了利用U-net网络提取频散曲线的准确性。最后本文将训练好的网络模型应用于冰岛南部Ölfusá河岸的Arnarbæli周边试验场地的实际数据频散曲线提取,并将提取结果与手动拾取的频散曲线进行对比。结果表明,利用U-net网络提取频散曲线预测速度快,预测512×512×3大小的图片耗时为96 ms,预测准确度高。

新疆TASTE台阵拾震器方位角标定及其对SKS波分裂测量的影响

在对塔里木岩石圈地震台阵(TASTE)的66个宽频带流动台站数据进行严格约束基础上,利用3种国际上常用的方法——P波主成分分析法、P波切向最小能量法和Rayleigh波相关系数法,实现地震仪的拾震器方位角标定。3种方法得出的结果具有较高的一致性(相关系数介于0.64~0.91之间),通过综合分析确定最终的地震仪拾震器方位角。其中62个台站地震仪的拾震器方向较稳定,且所有台站均没有出现南北反向、拾震器方位角随时间推移而发生系统性变化的情况。通过与磁偏角对比,发现有40个台站地震仪的拾震器方位角位于磁偏角的±3°范围内,说明TASTE台阵受到的外部干扰较小,台站部署质量较高。通过两个SKS波分裂实例,评估拾震器方位角对SKS波分裂测量产生的影响,论证了在地震学中进行拾震器方位角标定的必要性。

周期性堆载体Rayleigh波减振特性分析及试验研究

为了揭示周期性堆载体Rayleigh波的振动作用波特性,实现对低频表面波的有效衰减,研究了衰减域内的减振机理及效果。首先,构建传输模型,确定了合适的堆载几何尺寸。其次,基于复频散曲线和频域曲线,分析了堆载高度和弹性模量影响下振动波的作用规律及其衰减效果。最后,开展缩尺扫频试验,调取X、Z方向的加速度数据绘制频域曲线,并与复频散曲线做进一步对比分析,研究了各衰减域减振机理。结果表明:扫频试验结果出现了X、Z方向衰减域不一致的现象,不同方向的衰减域恰好与复频散曲线中的衰减域内作用波型一致,X方向会出现一个低频段衰减域,Z方向会在第2衰减域终止频率时出现衰减减弱趋势;进一步说明周期性堆载体可以激发出水平极化共振衰减域和Bragg散射衰减域;而高度是影响伪表面波的重要因素,表现为高度高,容易在第1衰减域内产生伪表面波,高度低,容易在第2衰减域内产生伪表面波;弹性模量是影响高速伪表面波的重要因素,表现为当其达到混凝土弹性模量单位数量级(10 GPa)时,第3衰减域可能会出现高速伪表面波作用范围,否则,将直接进入SV波和P波耦合作用的凋落波模态。研究结果将进一步启发环境隔振领域利用表面波阻块开展减振工作。

华北克拉通地区基于程函方程的面波层析成像

利用布设在华北克拉通地区的流动和固定地震台站记录到的地震波数据,使用基于程函方程的面波成像方法获得了整个华北克拉通地区瑞利波15~150 s周期的相速度,并反演了研究区S波速度结构.中长周期相速度结果显示,在上地幔及岩石圈深度范围内,燕山地区表现为高速特征,华北克拉通中部大同盆地及其以南地区、太行山等区域的低速体与华北盆地的低速体相连,呈现大面积的低速异常,低速体的速度值比青藏高原东北缘的速度值更低;S波速度显示鄂尔多斯岩石圈厚度较厚,克拉通中部和华北盆地岩石圈厚度相差不大,燕山地区岩石圈厚度要厚于华北盆地.本文认为华北克拉通岩石圈破坏存在分区性,克拉通中部和燕山地区均存在一定的克拉通破坏,但破坏程度不同,鄂尔多斯地块北部存在局部克拉通改造,但克拉通稳定性特征依然存在;破坏的主要动力学来源更可能是太平洋板块的西向俯冲.研究发现克拉通中部和东部的强震分布区与克拉通破坏区域重合,大部分强震发生在岩石圈强度边界上,分析认为岩石圈强度的差异是岩石圈强度边界上显示出较高的强震活动性的原因.

基于谱元法的Rayleigh波频散特征计算与模态叠加耦合机理研究

为了提升Rayleigh波勘探成层结构力学参数的精细化水平,基于谱元法,构建了弹性层状半无限结构的Rayleigh波频散方程。针对半无限土基和“上软下硬”这2种规则成层结构,运用谱元法与快速矢量传递法对比计算了Rayleigh波多阶模态的频散曲线。结果表明:谱元法与解析法计算结果之间的相对误差在0.05%以下,具有较高的计算精度。在此基础上,进一步针对“上硬下软”的典型路面结构、含“软夹层”和含“硬夹层”的复杂成层结构,结合谱元法,推导了表面位移的计算方法,通过分解Rayleigh波各模态相速度对表面位移能量的贡献,建立了一种基于谱元法确定复杂成层结构中Rayleigh波多模态叠加耦合机理的半解析方法,此方法确定的Rayleigh各阶模态叠加耦合频散特征与速度-应力有限差分方法仿真结果之间具有很好的吻合度,表明基于谱元法计算Rayleigh波频散曲线并以此揭示成层结构中Rayleigh波模态叠加耦合机理是合理、可行的。

高填方路基强夯补强效果试验分析

文中以四川某高速公路改扩建项目为例,开展高填方路基强夯补强试验研究,并利用瑞利波法分析了补强前后高填方路基的密实度与瑞利波速的关系。结果表明,波速与压实度呈现近似线性增加的关系,波速每增加1 m/s,路基压实度增加0.19%。瑞利波监测法与现场灌砂法所有测量点位的压实度相差范围为3.5%左右,两种方法下的波速与压实度曲线相对一致。夯击后的夯击点密实深度显著提升,提升幅度在11.7%~18.7%,提升土体压实度可以有效提升路基土的施工质量。研究成果证明了瑞利波法测试土体压实度具有一定的可靠性,且采用的强夯方案有效提升了路基土的压实度,证实了高填方路基补强效果的可靠性。

基于多策略融合的人工水母算法的瑞雷面波反演研究

为了快速、准确地通过反演得到浅地表地层结构,本文将人工水母搜索算法引入到瑞雷波频散曲线反演问题,并对其进行了相应的改进。在水母跟随洋流运动阶段引入莱维飞行扰动与指数递减型惯性权重,可以扩大算法的全局搜索能力,提高算法的寻优收敛速度;在水母被动运动阶段引入指数递减型惯性权重,并结合黄金正弦算法,可以提升算法的探索寻优能力。本文对多策略融合人工水母算法在瑞雷面波频散曲线反演问题中的效率和精度进行了研究,将人工水母搜索算法、多策略融合人工水母算法与传统非线性粒子群算法分别应用于速度递增层、含低速软夹层与含高速硬夹层三个典型的四层理论地质模型,对理论频散曲线和加随机测试误差的频散曲线进行了反演研究,验证了多策略融合人工水母算法在瑞雷面波反演研究中的有效性与稳定性。

基于面波法和高密度电法的地连墙成槽扰动研究

地下连续墙是当前地下工程中常见的一种截水、防渗、挡土结构,在众多轨道交通以及房建工程中都有广泛应用。在地下连续墙施工过程中,周围土体会受到扰动,导致各类工程性质参数发生变化。使用瑞雷面波法、高密度电阻率法两种新型试验手段,以江阴靖江长江隧道江北段明挖隧道为工程依托,对地下连续墙成槽施工后土体的剪切模量、电阻率变化规律以及扰动范围开展研究。结果表明,地下连续墙成槽施工后不同位置土体的剪切模量和电阻率变化不一。以剪切模量为评价指标时,明显扰动区分布在深度4 m以上且距槽壁5.5 m范围内;以电阻率为评价指标时,明显扰动区位于深度4 m以下且距槽壁4 m以内区域。

物探方法在土石坝病害隐患探测中的应用

我国土石坝数量众多,经长时间运行易出现裂缝、渗漏等病害隐患,严重威胁大坝安全。以某水库土石坝为例,结合其散浸特征,采用高密度电法、地震折射波法、瑞雷波法等物探方法进行综合探测,查明散浸渗漏通道分布范围,取得了良好效果。

高速公路高填方路基强夯补强施工及现场试验研究

文中结合某高速公路扩建工程实例,对高速公路高填方路基强夯补强施工技术及施工效果进行分析。结果表明,对路基进行强夯补强后可减少38.5%的沉降量,土体压实度提升了9%~23%,而有限元法和瑞利波检测法的计算结果与实测结果十分接近,说明了两种测试方法的可靠性。

基于增强鲸鱼优化算法的面波频散曲线反演

增强鲸鱼优化算法是一种新型群体智能优化算法,相比于传统算法,其性能更加卓越。面波频散曲线反演横波速度可以对浅部的地层进行精确刻画,是工程物探领域一种可靠的手段。利用面波可以有效地识别当地层中出现含高速层或含低速层,但是面波频散曲线反演是一个多极值、非线性的问题。使用增强鲸鱼优化算法,相较于传统线性反演,其可以更快速地逼近极值或跳出局部最小值,收敛速度更快,满足工程物探的需求。

基于FPGA控制和Cirrus Logic采集的煤矿用瑞利波探测仪设计

瑞利波探测是通过弹性波中的面波来探测前方地质结构,其探测响应快、分辨率高、仪器操作简便,在探测巷道前方地质异常和工作面内部断层及陷落柱等方面得到广泛使用。目前现有的瑞利波探测仪普遍存在动态范围窄、功耗高、探测距离较小等缺点,严重影响了瑞利波探测仪的发展和煤矿井下地质构造的探查。基于FPGA控制和Cirrus Logic套片采集,实现了芯片配置和控制,数据采集、传输及存储的要求。重点介绍了控制和采集的工作原理,描述了瑞利波探测仪硬件电路及软件程序设计。通过测试数据试验结果分析,基于FPGA的瑞利波探测仪动态范围宽、探测分辨率高、探测距离大,能够满足煤矿井下超前探、巷道侧帮、顶底板等构造探测应用。

高密度面波法在地基质量检测中的应用探讨

随着高填方场地强夯地基的大范围推广应用,实现对填方质量高效、快速、大面积的检测,并提供较为准确的岩土力学参数,具有重要的经济及安全意义。基于此,文章结合四川西部某高填方工程实例,阐述了高密度面波法的技术原理和技术流程,并系统开展基于高密度面波法的地基检测研究。通过现场试验、频散分析、反演分析等技术手段,获得高填方地基的剪切波速度分层构造和岩土力学参数,结果表明该方法可高效、直观和大面积地检测填方质量,可为高填方场地质量检测提供相关经验。

多道瞬态瑞雷面波法在城市工程地下障碍物探测中的应用

在城市工程施工中常常由于遇到地下障碍物而产生不良后果,因此在工程设计与施工前会对施工场地地下障碍物进行探测。与常规的地震反射波法或折射波法相比,多道瞬态瑞雷面波法因瑞雷波在垂向激震产生的波组中能量最强而易于识别、对场地的要求不高、有一定的穿透能力且浅层分辨率高等优势,在解决浅层工程地质问题方面具有重要的作用。本文结合工程实例,阐述了多道瞬态瑞雷面波法的探测原理以及在城市工程地下障碍物探测中的应用。结果表明瑞雷面波法可以对工程场地地下存在的含混凝土块、抛石等不良地质体的杂填土层的分布和埋深进行了准确探测,在城市工程地下障碍物探测中有良好的效果及前景。

非饱和土中Rayleigh波传播的能量特性研究

基于多孔介质理论以及连续介质力学,通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立了非饱和土中平面Rayleigh波的弥散特征方程,利用数值算例分析了饱和度对波速、位移响应及能流分布的影响。结果表明:Rayleigh波主要反映压缩P1波和剪切波的特性,其速度、位移及能流分布均受饱和度的影响显著。Rayleigh波的传播速度和衰减呈频散特征,非饱和土体中饱和度的增大将引起位移幅值的显著降低,且随着饱和度的增大,Rayleigh波能量中剪切波分量会有所增加。

利用CAP方法和瑞利面波振幅谱联合反演宁强5.3级地震震源深度

2018年9月12日19时6分,陕西省汉中市宁强县发生5.3级地震,不同机构给出的震源深度结果相差较大。为进一步确定宁强5.3级地震的震源深度,基于区域速度模型,首先利用CAP方法反演得到该地震的震源机制解,然后采用瑞利面波振幅谱和CAP深度误差函数联合反演,进一步测定了此次地震的矩心深度。结果显示:CAP方法得到的陕西宁强5.3级地震矩心深度约为12km,瑞利面波振幅谱测定的矩心深度为13km,结合引入的误差函数联合反演,最终确定陕西宁强5.3级地震的矩心深度为13km左右,表明此次地震仍属于发生于上地壳的地震。