利用尾波干涉技术分析寻乌及邻区的地壳介质变化

基于波形互相关方法,挑选寻乌及邻区的重复地震事件,利用尾波干涉技术分析重复地震事件发生期间的地壳介质变化。结果显示:多数重复地震对的S波早期尾波部分呈现明显线性变化,反映了地壳介质的波速变化,其中寻乌台南部的2个重复地震对波速变化最为显著,而距离台站相对较远的地震对,波速变化较小;波速变化明显的地区与低b值区一致,也与地震活跃区域相一致。

用尾波干涉法监测介质波速变化研究进展

多次散射形成的尾波由于在介质内部重复采样、迭加和放大的作用,对介质的微小变化十分敏感。尾波干涉法利用尾波的这一特点检测介质的微小变化。近年来利用尾波干涉法高精度检测介质波速变化已经广泛应用到地震学领域和材料无损检测中。本文从尾波干涉法的原理和方法及研究进展两方面进行介绍,着重介绍了重复地震、噪声和人工源在研究介质速度变化中取得的成果。利用尾波干涉法,可以更精细地了解介质动态演化过程。

尾波干涉原理及其应用研究进展综述

本文首先简述了尾波干涉方法的基本原理,随后介绍了尾波干涉方法在研究震源位置变化和监测散射体运移状态的相关应用与进展,最后探讨了利用重复地震、人工主动源和噪声互相关函数监测地下介质波速变化的尾波干涉方法的优缺点及发展方向.尾波干涉方法基于尾波的多次散射特性,能够提取震源位置与介质的细微变化,其中介质的动态变化可为地震(火山)的孕育、形成及发展提供研究思路与指导意义.

应用非线性高阶谐波衰减和尾波干涉监测高温作用后水泥制品的损伤演化

非线性高阶谐波和尾波波速变化均能够反映水泥材料内部微结构的应力变化。利用高阶谐波和尾波干涉实验测量系统,对引入高温作用后的3类不同粒径共6块水泥试样进行单轴加载的损伤演化实验,并与无高温作用的完整试样的实验结果进行对比。结果表明,从初始状态到25%抗压强度的过程中,高温作用后的试样的谐波幅值和尾波波速变化出现明显增强的现象(谐波幅值最大增幅约20%),而无高温作用的完整试样的谐波幅值和尾波波速变化较为平稳(谐波幅值最大增幅约5%);在达到65%抗压强度的过程中,高温作用后的试样的谐波幅值和尾波波速变化急剧增大(谐波幅值最大增幅约100%),且粒径较大的试样的增幅高于粒径较小的试样,而无高温作用的完整试样的谐波幅值和尾波波速变化的增幅较小(谐波幅值最大增幅约10%);当抗压强度超过75%以后,高温作用后的试样的谐波幅值和尾波波速变化急剧衰减(谐波幅值最大衰减幅度约140%),而无高温作用的完整试样的谐波幅值和尾波波速的最大衰减幅值在40%以内。基于以上观测结果对高温作用后水泥制品损伤演化的物理机制以及这两类监测方法的适用性进行了讨论。

利用超声尾波干涉评价页岩应力敏感性

岩石应力敏感性是岩石内部微裂隙发育的一种反映,对于致密储层物性和成缝能力(可压性)评价具有重要作用。由于页岩油气储层基质模量高,对应力的敏感性相对较弱,需要寻求新的高灵敏度测试方法。尾波干涉是运用介质中的散射波来监测介质微弱变化的一种测量方法,对岩石应力变化具有较高的敏感性。借助GCTS RTR-1500高温、高压三轴测试试验系统,对重庆城口县下寒武统鲁家坪组露头页岩开展尾波干涉试验,研究了页岩尾波发育规律及其对应力的响应,分析了页岩在不同围压下的应力敏感性。结果表明:页岩尾波应力敏感性大于直达波,S波应力敏感性大于P波;尾波波速相对变化率随应力的变化能够较好地反映页岩内部裂隙的产生,与扩容点有很好的对应关系;围压使部分裂隙闭合,天然裂隙密度减小,页岩应力敏感性系数降低。尾波干涉可作为页岩的应力敏感性和成缝能力评价的方法。

尾波干涉法在汶川地震余震定位中的应用

中小地震的震源位置及其变化对于研究地震构造、断层性质以及地震应力场的演化等问题都有极为重要的意义。然而以HypoDD双差定位法为代表的常规定位方法对地壳速度结构要求很高,且受台站分布影响较大。而尾波干涉法不需要了解速度模型的精细结构,只要求速度结构中存在各向不均一性散射体即可,且对台站分布要求低,因此适合应用在中小地震的相对位置变化的研究上。本文以汶川地震余震为例,研究利用尾波干涉法确定相似地震相对位置的可行性及其稳定性,并将其结果与双差法进行了比较。发现当台站分布较好时,其结果与双差法所得结果较为一致,而当台站分布较差时,尾波干涉法所得结果更为可靠。

基于稀疏重构的尾波干涉成像方法

尾波干涉成像是利用尾波时延和扩散近似敏感核来反演散射介质中微小速度扰动空间分布的技术.该问题本质上是一个欠定问题,一般无确定解,导致其难以精确定位介质中微小波速变化的区域.为解决上述缺陷,本文利用速度扰动分布在空间上具有稀疏性的特点,提出了一种基于压缩感知理论中稀疏重构算法的尾波干涉成像方法.该方法可在散射介质中较准确地获取速度扰动的空间位置和范围,同时具有较高的计算效率.数值仿真和实验结果表明:相比于现有的线性最小二乘差分成像方法,无论是单个还是多个扰动区域,该方法均能更精确地进行定位成像,同时明显减少了计算时间.

基于尾波干涉法反演结构微小损伤

飞机在飞行中普遍存在振动及噪声,会对飞机的结构产生很大的损伤,如果不及时发现将会对飞行安全造成很大的威胁.尾波干涉法是近几年提出的一种结构损伤探测的新方法,相比于直达波,尾波在介质中来回传播,对变化区域进行多次采样,可以把介质的微小变化进行放大.基于尾波干涉和敏感核理论建立仿真平台,对结构的微小变化进行定位成像仿真,通过反演计算成功地对结构的损伤程度及位置进行成像,验证了算法及程序的有效性,为尾波干涉法在工程实践中的推广及应用奠定了基础.

运用尾波干涉技术监测2005年江西九江-瑞昌M_(S)5.7地震后地壳介质变化

基于2005年江西九江—瑞昌M_(S)5.7地震序列事件波形及其观测报告,采用双差重定位法、波形互相关法和尾波干涉法,筛选出了同时被范镇台和九江台记录且波形互相关系数≥0.940的两组重复地震对:D1(2005-11-2909:13M_(L)2.0和2005-12-0204:54M_(L)1.9)和D2(2005-12-0223:49M_(L)2.2、2005-12-0616:58M_(L)1.7和2006-03-2406:24M_(L)2.4)。发现M_(S)5.7地震后短期内(2005-11-29—2005-12-02)S波早期尾波波速增加;而M_(S)5.7地震后几个月时间内(2005-12-02—2006-03-24)S波早期尾波波速减小。

尾波干涉技术在2017年重庆武隆M_(S) 5.0地震后震源区地壳介质变化的应用

2017年11月23日,重庆武隆发生M_(S)5.0地震,震后1个月内发生107次M_(L)≥1.0地震,双差定位结果显示,主震震源深度约10 km,破裂面呈近SW向单侧破裂。选取震中附近布设的3个流动台地震波形及观测资料记录,利用波形互相关技术,挑选武隆M_(S)5.0地震后符合条件的重复地震事件,利用尾波干涉技术,分析震源区震后地壳介质变化。结果显示:①S波早期尾波部分呈明显的线性变化,可能由震源区附近地壳介质的波速变化所引起;②由震中距最小的重复地震计算的相对波速变化最大;③在P波尾波发现走时延迟和不相关系数均存在1个短周期“尖峰”变化,可能与震后地下介质中散射体的运移有关;④震后局部地区的地震波速度存在上升—下降的恢复过程。

运用尾波干涉技术监测瑞昌—阳新M_(S)4.6地震后地壳介质变化

基于2011年瑞昌—阳新M_(S)4.6地震序列事件波形及其观测报告,采用双差重定位法、波形互相关法和尾波干涉法,筛选出了同时被黄梅台和九江台记录且波形互相关系数≥0.920的两组重复地震对:D_(1)(2011-09-1105:44 M_(L)2.3和2011-10-2408:06 M_(L)2.2)和D2(2011-09-1807:06 M_(L)2.8和2011-10-2408:06 M_(L)2.2),发现瑞昌—阳新M_(S)4.6地震后1.5个月内(2011-09-11—10-24)震源区S波早期尾波波速增加。

震源因素对尾波干涉提取经验格林函数的影响

尾波干涉提取经验格林函数作为现今地震学一项重要的研究,其受震源因素的影响值得细致地探讨.本文通过模拟和实际数据的尾波干涉,系统性讨论了震源倾角、方位角和走向以及震中分布对于提取经验格林函数(主要是PKIKP^2和PKIIKP^2震相)的影响.我们发现PKIKP^2震相的平均信噪比随倾角的增大呈现先增大后减小的变化趋势,并在倾角约为45°时达到最大.基于稳相点分析,本文认为这种变化趋势是因为提取的PKIKP^2震相主要贡献来源于近乎径向方向,而倾角为45°的倾滑型断层事件辐射出的P波能量在径向上最大.此外,断层走向对尾波干涉提取Rayleigh面波并无明显影响,而方位角的影响非常显著.当事件近似在台站对的大圆弧上时,尾波干涉才能提取清晰的Rayleigh面波,这与面波稳相区的空间分布一致.对于PKIKP^2和PKIIKP^2震相,只有当事件分布与台站对大圆弧近垂直并且事件断层走向与线状台阵近平行时,才能提取清晰的波形.通过计算不同事件和台站分布的震源辐射能量,上述方位角和走向最有利于地核震相的提取.最后,震中分布对尾波干涉提取PKIKP^2震相也有一定的影响:当震中与地心连线和PKIKP^2震相射线路径之间的锐角夹角越小,并且震中距越小时,提取的地核震相的信噪比越高.

基于超声尾波法的钢筋混凝土腐蚀监测研究

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀损伤评价指标。搭建快速电化学试验监测了RC在0,1%,2%腐蚀率下的腐蚀过程,通过逐步CWI分析了相对速度变化Δv/v及去相关系数K_(d)的变化规律,探究了换能器布置方式对尾波腐蚀监测敏感性的影响。研究结果表明:Δv/v随着腐蚀时间而逐渐减小,K_(d)随着腐蚀时间而逐渐增大;CWI方法能够有效地监测RC结构腐蚀裂纹的扩展过程,并且具有较好的敏感性;换能器采用垂直、对侧和同侧三种不同布置方式均能检测出RC结构腐蚀开裂,垂直布置方式对RC腐蚀检测的敏感程度更高。

运用尾波干涉技术监测2014年盈江双震期间地壳介质状态的变化

2014云南盈江区域5月下旬接连发生了M_S5.6和M_S6.1级两个地震(双震),双差定位结果显示这次的盈江双震及其余震序列呈明显的时空聚集分布特征.本文基于波形互相关计算方法,挑选了盈江双震期间研究区内的重复地震事件,利用尾波干涉技术,分析地震序列持续期间地壳介质的物性变化.结果显示,在距离震源区较近的台站发现了盈江地震期间走时延迟的变化特征,随着流逝时间的不同,走时延迟变化复杂不一,这种变化可能源于不同路径上散射体的不同变化.其中,S波早期的尾波部分呈现明显的线性变化,可能是震源区附近地壳介质的波速变化所引起.研究发现,在两个主震之间和第二个主震之后走时延迟变化的特点不同,可能表示因不同地壳应力变化导致的介质性质变化.

基于尾波干涉的含缺陷焊缝损伤发展监测

当焊缝中存在未焊透缺陷时,焊接试件在循环荷载作用下,焊缝处会出现微小的塑性变形并影响焊接强度,因此对未焊透缺陷在早期的损伤发展进行有效的监测十分重要。然而目前的一些检测方法精度较低,无法实现长期的监测。本文提出了一种基于压电传感器的尾波干涉方法,针对这种带有未焊透缺陷的焊缝,设计了循环加载实验使其产生塑性变形,对焊接试件在循环荷载作用下的微小损伤变化进行监测。实验结果表明,在循环荷载作用下,试件出现微小的塑性变形并逐渐变大。根据尾波干涉监测结果,与直达波相比,尾波信号对微小变形更加敏感。使用波形伸缩法进行计算,最终得到平均伸缩系数(即尾波相对波速的变化值)随着循环次数的增加而上升的结论。

尾波干涉法检测混凝土受压状态试验研究

弹性波波速变化能够反映混凝土内部裂缝和应力的变化,其关键是对受压状态下的混凝土进行高精度检测。通过对4种不同强度等级的混凝土试块进行受压状态下的尾波干涉试验,分析混凝土内部微裂缝引起的多次散射波(尾波)的特性,将尾波波形与直达波波形进行对比性分析,并对尾波波速变化率随应力的变化规律及尾波传播的影响因素进行分析。结果表明:尾波波形具有一定的时间延迟,尾波相较于直达波传播的路径更长,对于混凝土内部损伤微变化更加敏感;随着应力的增加尾波波速变化率逐渐增大,当应力达到极限荷载的60%左右时,波速变化率增长到最大值随后开始减少,波速变化率趋势与混凝土损伤状态具有高度的相关性,利用超声波尾波波速变化检测混凝土的损伤状态效果更好。

地震干涉法及其在青藏高原东缘的应用研究

近年来,地震干涉法在地震学研究中有了很大发展。地震干涉在监测地下介质属性变化、地震定位和速度成像等方面都有重要应用。干涉波形携带了原始波形所不具备的一些性质,这为地震学研究提供了一个全新的视角,丰富了人们对地震波传播规律的认识和研究。

基于超声尾波的岩石介质波速变化实验研究

1研究背景实验室岩石加卸载破裂实验是认识和理解地震孕育现象和机制的重要手段。为了揭示地震孕育发生的物理过程,众多学者在不同观测条件下开展了大量实验。除传统的应变、位移及声发射观测手段外,目前较为先进的方法是,基于岩石变形热红外观测系统以及数字图像互相关等技术观测介质的热场变化。但是,在野外地震观测中,可能无法使用上述观测手段对地下介质的应力状态和微小的应力变化进行高精度变化测量。可见,受严苛的观测条件所限,目前这些实验室观测手段尚难以应用于野外实际观测。

利用多次散射波监测介质性质变化的试验研究

与传统的直达波检测相比,多次散射形成的尾波对介质性质变化具有很高的灵敏度。本研究建立了试验测试系统,对水泥和岩石样品开展散射波试验研究,分析尾波发育规律、尾波干涉数据处理方法和应用条件。得出岩石散射体的浓度和尺度、超声波偏振方向、频率对散射波和尾波形成具有重要影响;观测系统的高度重复性、稳定和高信噪比(SNR)尾波以及变窗口互相关扫描分析是获得高精度尾波干涉测量的关键。测试获得了水泥试件纵波、横波和尾波波速对应力变化的敏感性,与直达波相同,所有样品尾波波速都随应力的增大而增大,不同样品间增大的速率(应力敏感性)不同且随杨氏模量的增大而减小。将该方法用于水泥试件水饱和及楼房承载柱环境变化响应的监测,获得清晰的水泥试件水饱和进程,以及楼房承载柱尾波波速随环境湿度的变化,为利用多次散射波监测介质微弱变化和研究介质性质变化的精细过程创造条件。

小应力扰动下岩石弹性波速变化的波形检测

弹性波速变化能够反映岩石内部结构和应力的变化,成为工程结构监测的重要基础,其关键是实现小应力扰动下的高精度检测。在室内建立一套试验测量系统,对3类岩石的6块样品进行单轴压缩试验,同步记录小应力作用下岩石的应变、声发射及超声波波形。分析岩石非均质引起的多次散射波(尾波)特性,利用尾波干涉测量实现波速变化的高精度波形检测,发展小应力扰动下岩石弹性波速变化的检测方法,并对尾波波速随应力的变化规律进行分析。结果表明:尾波干涉测量可以实现小应力扰动下的高精度动态监测,具有对岩体扰动小、灵敏度高、稳定性好、操作简单的优点;所提方法应用的条件是介质散射强度高,尾波较为发育,观测系统重复性好;尾波波速随应力的相对变化率dv/v是岩石损伤状态的一种表征,尾波波速变化具有记忆效应;与声发射相比,所提方法稳定,易识别,可用于岩心地应力测试。