高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取

瑞雷面波频散特征与地下介质特性有着密切的联系。利用瑞雷面波频散特征可反演浅层的地质结构。本文使用了灵活的高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件和高效的SPML吸收边界条件,获得了高精度的瑞雷面波正演记录。在此基础上将数值模拟提取的频散特征与理论的频散特征进行对比,两者非常吻合,验证了瑞雷面波有限差分模拟的精度很高,可用来深入研究复杂情形下瑞雷面波的频散特征。

复杂介质中瑞雷面波最大模频散特征分析及实验研究

目前,对瑞雷面波的正反演理论、基阶频散特征的应用研究等都是基于水平层状介质。但实际地层大多为横向不均匀的复杂介质,如城市地铁隧道、地下停车场等城市地下空间。近几年多道面波分析(MASW)技术在国内外已经有了许多应用实例,但该技术在复杂介质中的应用效果并不理想,同时还缺少大量的理论和实验研究。本文通过对比水平层状介质和复杂介质中瑞雷面波能量分布的特征变化,在此基础上,将最大模频散(凡友华提出)的概念和提取方法应用到复杂介质的模拟数据和实际数据中。实验研究表明:复杂介质的两种数据的最大模频散曲线特征具有可对比性。复杂介质的最大模频散曲线包含了各阶模信息,最大模频散是多阶瑞雷波综合叠加的结果,能更精确地反映实际地层结构。本次实验成果在实际的复杂介质探测中具有一定的现实和指导意义。

煤层陷落柱的槽波频散特征研究

为了提高煤田槽波勘探技术在陷落柱探测中的精度,对三种不同尺度陷落柱的槽波衰减特征进行了分析。首先,根据槽波的形成机制与已经揭露的槽波资料,研究不同陷落柱几何尺度对槽波频散特征的影响;然后将FK方法应用于频散计算,探讨频散结果与陷落柱的几何特征关系;最后,根据频散特征对某工作面槽波异常区域进行分析验证,确定了4处异常为陷落柱,与实际揭露的陷落柱位置吻合较好。

煤层厚度变化时地震槽波理论频散曲线计算方法及频散特征分析

槽波地震勘探利用槽波的频散特性反演煤层的结构特征,故理论频散曲线的计算是一个重要方面.使用水平层状模型假设下的面波频散曲线计算方法能够计算煤层厚度恒定模型地震槽波频散曲线;但当煤层厚度变化时该方法不再适用.基于前人水平层状均匀介质模型的面波理论频散曲线计算方法,对于含煤三层模型,本文发展了煤层厚度变化情况下的地震槽波理论频散曲线计算方法,并使用该方法计算分析了不同厚度函数模型的频散曲线形态特征.研究表明:与稳定厚度煤层相比,煤层厚度变化使得地震槽波群速度成为与频率及传播射线在水平面投影路径相关的二元函数;射线路径上煤层厚度的变化使得频散曲线在群速度方向上压缩,群速度变化范围变小,且使处于最小值位置的埃里相群速度增大;而煤层厚度的线性变化模型频散曲线只与射线首、尾处的煤层厚度有关,与煤层厚度恒定模型相比,曲线形态不发生改变;煤层厚度呈非线性变化时,频散曲线形态上可能发生改变.

自由液面输流管道频散特征简析

基于声固耦合理论对无限长自由液面输流管道的波传播频散特征进行了分析。运用参数化扫描,分别计算了管内充满液体、半充满液体、充满四分之三液体的频散关系,包括声体、弹性体、声弹性耦合体的频散关系。该流体模型是通过定义一个复值密度ρc和声速cc来模拟在声学边界层中发生的粘性损失行为。数值分析结果:耦合后相速度频率关系曲线斜率增大,充满水的情况下,在10Hz-2500Hz频段,只存在(0,0)阶次一个模态。半充满水情形下声压变形模态振型比较多,一般是在很窄的频段上对应一个模态,这有利于超声检测频段的选择。自由液面输流管道的波传播频散特征分析可得到某些超声波频段的特异性模态振型,对水下结构超声探测提供一定的理论依据。

典型含煤模型Love型槽波的频散特征分析

为了研究不同地质条件下煤层Love型槽波的频散特征,设计了4种典型二维地震地质模型,即围岩不变而煤厚变化(3,5,10,15和20 m)模型,围岩变化(高速围岩与低速围岩)而煤厚不变(10 m)模型,煤层含有断层(煤厚10 m、断层落差5 m)模型和10 m煤层中夹有5 m×5 m、5 m×10 m、5 m×20 m、5 m×50 m砂体模型等;采用SH波波动方程,对上述模型进行了数值模拟,分析了Love型槽波的波场特征,并对正演记录进行了傅里叶变换,计算得到槽波频散图。结果表明:煤厚变化主要影响Love型槽波各阶模式频散曲线的能量分布,上下围岩中最小横波速度控制频散曲线的上限,砂体使频散曲线发散,断层对槽波频散影响较小。

基于饱水页岩地震频段岩石物理测试的地震响应频散特征分析

页岩储层由于骨架和孔隙结构的微观非均质性,能够在地震频段内引起波诱导的孔隙流体流动相关的弹性频散和衰减,但声波测井和实验室超声实验测量频率段远超地震频段,不可避免产生测量速度和衰减差异。这里基于澳大利亚惠灵顿地区的页岩岩心在干燥和水饱和条件下地震频段的弹性和衰减测量结果,考虑频变反透射系数和衰减对地震波反射的影响,针对不同层厚的页岩储层开展地震响应计算,并利用Wigner-Ville分布时频分析技术讨论了页岩频散、衰减性质及层厚对其地震响应规律的作用。对于无明显速度频散和衰减的页岩储层,顶、底反射振幅的频变属性受调谐效应控制,主要呈现出低频异常和陷频特征;而对于速度频散和衰减强烈的储层,顶、底反射振幅的频变属性同时受到调谐效应与储层本身频散衰减性质的作用。干燥和含水页岩储层地震响应的频变性质差异有助于加深对含流体页岩地震响应特征的理解,而基于地震频段实测数据正演和时频分析技术,对于提高页岩的地震勘探精度和流体识别具有重要的作用。

夹层输流管道弹性波频散特征分析

对无限长夹层输流管道的管壁弹性波频散特征、管内流体声波频散特征,以及弹性体与流体声固耦合的波传播频散特征进行了研究与分析。基于铁木辛柯梁模型构建弹性体管道的波数解析式。考虑声固耦合效应,对无限长夹层输流管道的管壁弹性波与管内流体声波相互耦合的波数和模态振型进行了求解。运用参数化扫描,分别计算了管内流体域为水和空气情况下的频散关系、导波模式,以及不同阶次的截止频率。从分析结果看,夹层输流管道不同介质的频散曲线解析解与数值解基本吻合,超过一定频率,弯曲模态数值解会产生偏差,弹性波模态会发生模态干涉现象。夹层输流管道弹性波频散特征分析为夹层管道故障声检测提供一定的理论依据。

Love型槽波的频散特征及影响因素

为了研究Love槽波的频散特征及影响因素,从理论上推导了Love型槽波的频散方程。通过建立不同参数的地层模型,研究煤层厚度变化、煤层速度变化、围岩物性变化等对槽波特征的影响规律。研究结果可为槽波资料分析、埃里相识别、数据处理提供依据。

Rayleigh型槽波的频散特征及影响因素

为了研究Rayleigh型槽波的频散特征及影响因素,推导了Rayleigh型槽波的频散方程。通过建立不同参数的地层模型,研究煤层厚度变化、煤层速度变化、围岩物性变化等对槽波特征的影响规律。研究结果可为Rayleigh型槽波资料的分析、埃里(Airy)相位识别、数据处理提供依据。

黏弹性介质中瑞雷面波正演模拟及频散特征分析

正演模拟是瑞雷面波研究的一个主要方面,目前对于瑞雷面波的正演研究大多是基于均匀层状弹性介质条件下的瑞雷面波频散曲线方程,这只适用于层状模型,无法模拟全波场,而且不考虑实际介质的黏弹效应.本文采用交错网格高阶有限差分法对黏弹性介质中的瑞雷面波进行了高精度全波场模拟,并对频散特征进行了提取与分析.其中采用属于非线性最优化的Levenberg-Marquarat方法直接计算松弛时间来拟合常Q模型,并将应力镜像法与紧致差分格式相结合来准确实施自由表面条件,在其余边界处以非分裂的多轴卷积完全匹配层为吸收边界.然后利用相移法从地震记录中提取频散剖面并对几种典型模型的面波频散特征进行了对比分析.结果表明黏弹性对面波的频散特性有显著影响,面波勘探中有必要考虑黏弹性因素.

软弱夹层瑞雷面波频散曲线特征

当瑞雷波在层状介质半空间中传播时,可以证明除了瑞雷面波以外,会出现多个模式的导波,特别是在有低速的软弱夹层情况下。利用基于基模式瑞雷波理论,实际解释工作中常常会出现问题。论文针对这些问题,对含低速夹层的三层模型的瑞雷波相速度频散曲线进行了正演计算,描述了频散曲线特征与介质参数的关系,并对其特征进行了归纳,指出了在实际工作中需注意的问题。

面波多模频散曲线的敏感性及特征分析

面波勘探现在已经被广泛应用于工程选址及地震安全评价等方面,但其大多是针对Rayleigh波的应用,对Love波的关注较少。针对面波信息中的两种主要成份Rayleigh波和Love波对速度递增模型和存在低速层模型进行多模频散曲线的敏感性和特征分析,得到了多模式波对半空间介质模型和多层介质的响应特征,而且还对其基模式波和高模式波在高频和低频上的速度趋势进行了分析,细化了高频时的多模式波的理论最低速,得出了一些具有普遍性的结论,并为面波信息的综合利用提供了有力支持。

利用简正波频散特征映射方法进行海洋环境参数反演

浅海波导中传播的脉冲信号可以通过频散特征映射方法(warping变换)进行简正波的有效分离,这使得频散曲线的获取更加容易和准确.利用简正波频散特征映射方法分析2010年南海声层析实验中单个阵元接收的声学信号,有效分离出各号简正波,并进一步通过Wigner-Ville分布处理提取出波导中各号简正波的频散曲线.将提取的频散曲线与理论计算到达时差进行匹配,实现了利用单水听器信号的海洋环境参数反演.实验结果表明:将简正波分离与Wigner-Ville分布相结合可有效消除Wigner-Ville分布在估计多分量信号时的交叉干扰,提取的频散特征可很好地用于同时反演海水和海底声速剖面。为评价反演结果的有效性,对反演结果进行了后验概率分析,并将一小时内的海水声速剖面反演结果与温度链实测值作对比,二者符合较好.

基于Zener线性体的黏弹孔隙介质衰减频散特征分析

地震波传播经过储层时,表现出明显的衰减和频散特征.该现象的主要成因应该包含两种机制:一是固体骨架的黏弹机制,二是孔隙流体的流动机制.这两种机制在单独研究时具有各自的局限性.Zener线性体模型描述的黏弹机制将储层等效为一个固体,忽略了孔隙中流体流动造成的地震波衰减;而BISQ模型考虑了储层的双相结构以及宏观及微观的孔隙流体流动机制,但其模拟衰减频带处于高频,不能解释在地震频带明显的衰减现象.本文分析了Zener模型和BISQ模型的作用机制,并将两种机制结合,推导了Zener-BISQ模型的本构方程.通过求解新模型的平面波解,分析了其相速度和逆品质因子的衰减和频散特征.最后,通过3个模型的数值实验研究了Zener模型其中的作用和控制方式.

土质边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了土质边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从而可以提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报。

基于槽波频散特征分析方法的煤厚预测

槽波频散特征分析方法对薄煤带探测意义重大.本文利用槽波频散特征分析方法,对薄煤带区域进行预测,在实际的应用和探采验证取得了良好的效果,结果表明,槽波频散特征分析方法是探测薄煤带的有效方法.

几种垂直跳点网格计算频散性的比较研究

为证明两种新的垂直跳点网格──ＬＺ网格和ＬＹ网格的有效性，从频率、群速 和出现错误群速的垂直尺度范围等方面与现有的几种垂直跳点网格和时间──垂直跳点网格 进行了比较。结果表明：ＬＺ网格计算频散性与目前使用的最广泛的并且计算频散性也是最 佳的ＣＰ网格相当，而ＬＹ网格次之，从而为模式设计者选取垂直网格提供了又一种选择。

煤层厚度对槽波频散特性的影响

槽波地震勘探是一种能够有效预测煤层工作面内小幅构造的井下物探技术。为了达到预测煤层厚度分布的目的,基于弹性波理论,推导了勒夫型槽波频散方程,并分析了煤层厚度变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波的埃里相频率和速度与煤层厚度关系密切,通过槽波频散曲线提取,可以实现煤层分布的预测,为利用槽波频散特性实现煤层厚度预测提供理论依据。

含夹矸煤层槽波频散特性及其影响因素分析

槽波地震勘探是常用的井下物探技术,为了达到预测煤层夹矸结构和物性的目的,基于弹性波理论,推导了含夹矸煤层的勒夫型槽波频散方程,并分析了夹矸的结构和物性变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波频散特性随夹矸厚度、位置以及速度变化而变化。为利用槽波频散特性实现夹矸探测提供了理论依据。