基于谱元法的三维盆地长周期深度研究

基于谱元法模拟不同断层对三维椭球盆地的地震作用,通过对一维水平成层模型和基岩半空间模型的加速度反应谱比,分析了放大系数与周期和深度的关系,发现在1~10 s长周期下,放大系数随盆地深度的增加而增加。对比一维水平成层,在盆地最大深度和最短周期下取得最大放大系数1.96;相反,对比基岩半空间模型,最大放大系数在最大深度和最长周期下取得,约为2.26,平均放大系数在1.39~1.73。

基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

盆地三维构造-地层格架的矢量剪切原理及方法

三维矢量剪切功能的强弱 ,是衡量所建立的盆地三维数字体质量的重要标志 .在阐述了基于B_Rep模型的盆地三维数字体矢量剪切原理之后 ,探讨了在计算机上实现矢量剪切的技术途径与方法 .以线条、填充多边形、曲面和注释 4种图元的剪切为基础 ,建立了一个较为完善的盆地三维数字构造 -地层体的矢量剪切模型 ,并且编制了相应的软件 .使用这一技术方法和软件系统 ,对珠三凹陷进行了实际的矢量剪切分析 ,取得了良好的效果 .

三维Tóth型盆地的驻线及其对多级次水流系统的控制

Tóth基于二维剖面流场提出的地下水流系统理论已成为研究盆地尺度地下水循环的理论依据。二维剖面上的驻点可以用于精确划分水流系统的空间分布,然而人们对三维盆地中水流系统的形态以及驻点是否存在等认识尚不清楚。针对2种典型的三维盆地,分别是只在单一方向存在波状起伏的类前陆型盆地和2个正交方向同时存在波状起伏的沙丘型盆地,利用余弦函数建立潜水面起伏的数学表达式,推导水头分布的解析解,利用TECPLOT软件实现了水流系统三维空间分布的可视化。研究发现,2种理想三维盆地内都可以发育驻点,其中类前陆型盆地内驻点构成一条水平延伸的驻线,驻线控制了4个水流系统的空间分布;沙丘型盆地内驻点构成一条圆弧状驻线,驻线控制了6个水流系统的空间分布。通过研究驻线在三维盆地中的分布并且提出了利用驻线划分三维盆地水流系统的方法,加深了对三维盆地地下水循环规律的认识。

基于快速多极子间接边界元法的城市区域沉积盆地三维地震响应宽频模拟

针对城市区域沉积盆地三维地震动模拟问题,发挥边界元法处理无限域波动问题的独特优势和快速多极算法(FMM)处理大规模问题的特性,形成适用于宽频、高自由度模型的快速多极子间接边界元法(FMM-IBEM)。通过精度对比和效率验证发现,FMM-IBEM可精确高效地实现三维复杂场地地震动宽频模拟,同时大幅度降低存储量和计算量。采用该方法对某含起伏基岩面的三维复杂形状沉积盆地进行频域和时域分析,结果表明:入射频率、盆地形状和盆地内部的位置点对沉积盆地地表位移放大作用均有不同程度的影响;总体上低频域的放大作用高于高频域;频谱曲线呈现多个共振频段;沉积盆地中部和边缘处地表位移放大效应差别显著。重要工程选址宜避开沉积盆地中地震能量积聚区域。

点震源作用下三维沉积盆地地震动谱元模拟

基于高精度谱元法(SEM),以半空间中椭球形沉积盆地为例,研究了点震源作用下三维沉积盆地的地震响应。研究结果表明:沉积盆地对地震动幅值有显著的放大效应,对地震持时有明显的增长效应,地震动空间分布规律受控于震源频率和近断层倾角等因素。主要体现为以下几点:(1)震源函数主频率较高时,沉积盆地内部出现多个波峰波谷,局部聚焦增强,放大效应显著,如震源频率为2Hz时在沉积盆地中心位置的加速度峰值可达1Hz时的5.6倍;(2)随着断层倾角的增大,断层上盘效应逐渐减弱,地表加速度的峰值在逐渐减小,30°倾角断层沉积盆地中心的加速度达1.96m/s^2,是90°倾角断层加速度值的5.2倍;(3)震源频率和断层倾角对位移的影响没有对加速度的显著。

考虑阻抗比影响的三维沉积盆地地震动时-频放大特征

基于三维谱元法模拟了三维沉积盆地模型在点源作用下的地震动响应,通过分析地表速度峰值、放大系数以及特征频率处的谱比分布,研究了不同阻抗比(IR)下盆地的地震动放大特征。结果表明:1)地震动峰值并非随阻抗比的增加而单调递减,且最强烈地震动位置均随阻抗比的减小而向盆地内部移动。2)地震动放大系数与峰值分布总体一致,IR在0.08~0.44的范围内,盆地地表地震动幅值可达基岩半空间地震动幅值的3.68倍。但小阻抗比时三维盆地地震效应会引起某些分量上放大系数的显著不同的分布特征。3)最大放大频率随阻抗比而变化,IR=0.26~0.33时的主要放大频率为IR=0.08时的3倍。4)三维盆地地震效应、阻抗比和一维等效自振频率共同决定了盆地地震动的时-频域放大特征。比较而言,阻抗比较小时更应考虑三维盆地的地震效应。

逆断层地震作用下三维沉积盆地地震动谱元法模拟

近断层地震动对近场区域会造成严重的地震灾害,尤其区域内存在沉积地形时会进一步加重灾害。目前,针对释放能量更大、破坏力更强的逆冲断层地震作用下沉积盆地的地震动响应研究还未见报道。本文即采用谱元法,研究了动力学逆断层地震作用下的三维沉积盆地的动力响应。文中以椭球形沉积盆地为例,对其逆断层地震动响应特性进行了分析,并探讨了改变内外介质波速比和沉积厚度时沉积盆地内部观测点地震动时程和峰值变化规律。研究表明:①沉积内外介质波速比对沉积盆地的地震动影响显著,当沉积内部介质波速比降低时,盆地内部地表的峰值响应增大,地震动持续时间明显延长,尤其是位于盆地中心加速度峰值放大2.08倍,持时延长1.97倍;②沉积盆地厚度同样对其地震动响应产生影响,当沉积厚度增加时盆地中心位置地震动响应减小,加速度峰值缩小约0.64倍,而盆地边缘区域的地震动响应明显增大,峰值放大约1.35倍。

基于动力学震源模型的三维沉积盆地直下型断层地震动模拟

沉积盆地与近断层地震共同作用会增加地震破坏的风险水平,尤其是盆地下方直下型断层发震情况。采用动力学震源模型刻画断层破裂发震过程,开展沉积盆地直下型断层谱元法地震动模拟研究,探讨不同断层面初始剪应力和成核区位置下三维沉积盆地地表响应规律。研究结果表明,断层面应力降对盆地地表地震动的影响显著,在断层面强度一定的情况下,随着初始剪应力的增大,即应力降增大,盆地地表峰值响应增大,原因在于应力降的改变影响了断层破裂释放能量,进而引起断层破裂速度改变,最终导致盆地地表响应发生变化;改变断层面成核区位置会对盆地内部地震动分布规律产生影响,当成核区位置从断层中间向断层左侧移动时,盆地左侧地震动逐渐减小,而右侧地震动逐渐增大,最终表现为盆地右侧地震动显著高于盆地左侧,原因在于改变成核区位置后,导致近断层地震动的方向性效应发生变化。

珠江口盆地白云凹陷北坡三维区断裂特征探讨

在研究珠江口盆地白云凹陷北坡三维区典型断层发育史的基础上开展了全区地震资料解释和断裂特征分析,总结出该区新近系和古近系两套地层断裂体系的平面展布特征和断裂发育特征。古近系断裂,可以划分为控凹断层和断块控制断层两类,断层走向大多为EW向,断块控制断层呈雁行式排列。新近系断裂可以划分为新生类断层和继承性断层两类。继承性断层是对早期断层的延续,具有断距大、延伸长、控凹作用明显的特征。新生类断层则具有规模小、延伸短、数量多、NWW向雁行排列、近EW向带状分布的特征。

沉积介质各向异性参数对三维沉积盆地地震动的影响

沉积风化作用使得天然土体表现出成层性和横观各向同性(TI),而基于TI层状介质模型的复杂场地地震效应研究尚处于起步阶段.本文将间接边界元方法(IBEM)模拟层状半无限域地震波场的优势进一步拓展到TI介质情况,结合"分区契合"技术研究了半空间中TI三维沉积盆地对地震波的散射问题.首先建立TI层状场地的精确动力刚度矩阵,然后推导TI层状半空间中均布斜面荷载动力格林函数,接着以格林函数为基本解建立相应的IBEM.通过与已有文献对比验证了方法的正确性,并以基岩上单一土层中半球形TI沉积盆地为例,探讨了沉积介质各向异性参数对沉积盆地地震动的影响.研究表明:TI场地地震响应与等效的各向同性场地地震响应存在显著差异;TI参数对三维沉积盆地对地震波散射的影响受入射波型、入射角度和入射频率的影响;TI参数的改变使得场地动力特性发生变化,显著影响了沉积盆地与层状半空间的动力相互作用机制.

华北北部及东北地区壳幔结构研究

全球和区域地震层析成像显示太平洋板块向西俯冲、滞留在中国东部地区的地幔转换带内,并在上地幔中形成大地幔楔。滞留板块的脱水,以及大地幔楔中的角流会造成湿热的软流圈物质上涌,由此引发的深部过程导致了中国东北地区板内火山的形成,并造成了华北克拉通的活化,而这又表现为岩石圈的减薄和壳内大地震的频繁发生。因此,研究华北和东北地区的壳幔结构对于认识太平洋板块俯冲所引起的深部动力过程有着重要的意义。

A Case History of Secondary 3D Seismic Exploration in the Liaohe Basin: An Example from the Rongshengpu–Qianjin Area

The working area is located in the industrially developed region of Rongshengpu-Qianjin, where a surface water system is developed, surface-layer lithology is complicated, and various kinds of hydrocarbon traps are buried at depth. The seismic data acquired previously couldn＇t be interpreted due to the complex surface and geological conditions. Taking secondary 3D seismic from the Rongshengpu-Qianjin area as an example, this paper describes a set of techniques designed to overcome these difficulties and improve the quality of seismic data. The applied techniques included flexible acquisition geometry, low-noise receiver conditions, quantitative quality control, and so on.