近地表地震层析成像方法综述

近地表地层与人类生产生活密切相关,利用地震层析成像方法准确重建浅部地壳速度结构有助于开展高精度地震勘探、探查浅部矿产资源、规避潜在自然灾害,并利于城市地下空间建设.中国大陆地表条件复杂,尤其中西部盆岭结合带地形起伏剧烈,对浅部地壳精确速度建模构成严重挑战.本文系统论述了地震层析成像领域基于高频近似理论的走时成像方法和有限频层析成像方法,阐明两类方法的基本原理、存在问题和发展方向等.依据正演走时有无显式射线追踪,基于高频近似理论的走时成像方法分为传统走时层析成像方法和无射线路径的走时层析成像方法.基于射线追踪的传统走时层析成像方法,在浅层速度强烈变化时,因存在阴影区或多路径现象引起成像失真,严重影响成像效率;而无射线路径的层析成像方法通过程函方程走时场的正传和逆传直接计算敏感核,并利用伴随状态法获得目标函数的梯度,具有快速、稳健的优点.以上两种基于地震射线高频近似理论的走时成像方法由于未考虑地震波频率的带限性,存在波散射、波前愈合及反演约束差等问题.有限频层析成像方法克服了射线理论"无限高频"假设所带来的弊端,已成为重要的研究方向之一.该类方法主要分为射线有限频层析成像方法和基于波动方程的有限频层析成像方法.射线有限频层析成像方法能够提高成像的分辨率,但在方法本质上仍依赖于射线理论,较难处理较复杂的波现象问题;基于波动方程的有限频层析成像方法能准确处理复杂地质问题,提高成像可靠性并能以图像形式直观展示地球内部地震波的速度结构分布,但是该方法在实际应用中强烈依赖于数据中的低频信息及较精确的初始速度模型,其推广应用仍需进一步探索.     

粉土改良膨胀土的路用性能与现场试验

为探究粉土对膨胀土的改良效果,对不同粉土占比改良膨胀土进行了胀缩特性、路用性能和微观结构测试。研究表明：掺入粉土改变了膨胀土土体颗粒成分及结构,抑制了膨胀土的胀缩潜势;随着粉土颗粒的增加,膨胀土的密实度和无侧限抗压强度均先增大后减小,最大干密度在粉土占比为40%时达到1.889 g/cm³,无侧限抗压强度在粉土占比为10%时最大,加州承载比(CBR)值持续显著提高,回弹模量呈下降趋势,均满足规范要求;验证了粉土改良膨胀土的可行性,确定了最佳配合比为粉土掺量40%。为便于现场施工,并考虑现场拌和均匀程度,先掺入3%低剂量石灰对膨胀土进行“砂化”,降低膨胀土黏性使其破碎。在此基础上,采用粉土掺量40%对膨胀土进行改良后用于高速公路路堤填筑,并开展了现场压实度、CBR值、弯沉值等测试。现场试验结果表明：现场填筑联合改良试验段和单一石灰改良对照段整体压实质量良好,但试验段压实度易受粉土均匀程度影响而降低;试验段路基CBR值和路基弯沉与对照段相当,粉土改良有效弥补了相对于对照段减少的2%石灰所提供的强度。     

背景噪声提取体波方法研究进展

地球深部结构探测是地球物理学的核心领域,而地震体波可以深入地球内部且分辨率较高,是研究地球内部结构不可或缺的技术手段。基于背景噪声提取高信噪比体波信号技术的迅速发展,极大地促进了地震学的发展和应用范围,使其在地球深部结构成像、城市浅层空间探测等领域日益发挥出重要作用。本文详细综述了如何利用地震干涉法及台阵处理技术提取出用于研究不同探测尺度（局部、区域、全球）的各类体波信号。其中,地震干涉法通过对地震台站记录到的波形信号进行互相关,抵消掉重合的射线路径,最后得到台站对之间的地震记录;而台阵处理方法是基于接收器台阵发展起来的数据处理手段,该技术不仅能够进一步提高信噪比（SNR）,而且能够获得方位信息。一般来讲,背景噪声中包含的体波信号能量远低于面波信号能量,提取难度大。本文着重介绍了Bin-叠加法、双波束方法（DBF）以及相位加权叠加法（PWS）,并对3种方法的适用条件进行了总结。      

基于起伏地形平化策略的弹性波逆时偏移成像方法

随着能源和资源勘查开采工作的深入，地形强烈起伏的盆山耦合地区的地震资料处理解释技术正日益成为山地地震勘探面临的重要挑战.逆时偏移方法作为精确的地震偏移成像方法之一，能对地下结构进行高精度成像.逆时偏移的核心是地震波场延拓，由于传统的地震波场延拓技术往往基于水平地表条件，相应的方法在直接处理强地形起伏条件下的地震资料时往往存在一定的精度损失.本文引入一种精度无损的处理起伏边界的模型参数化方法：基于贴体网格的地形"平化"策略发展了与地形有关的地震波波动方程数值模拟方法，采用零延迟归一化互相关成像条件实现了起伏地表条件下的弹性波场逆时偏移成像.对工业界的标准Marmousi模型和盐丘模型进行改造，获得了相应起伏地形条件下的复杂几何模型，开展了起伏地表下的地震偏移成像数值试验.结果表明基于贴体网格"平化"策略的逆时偏移成像方法具有较高的灵活性，可适应不同类型起伏地表采集的地震资料，显示出该方法在地震勘探领域的良好应用前景.     

初至走时层析成像在工程勘探中的应用与研究

工程勘探中由于技术手段限制和地质条件的复杂性,地面物探方法获得的反演结果与实际地质情况往往存在较大偏差.地面激发、隧道内接收的透射波由于直接穿过地质体,因而利用透射波初至走时进行层析成像具有更高的精度和可靠性.本文以某隧道勘探工程为例,对透射波初至走时层析成像的应用效果和影响因素进行了数值试验分析,详细探讨了初始模型和射线覆盖次数对反演效果的影响,试验结果表明:(1)由于具有直接穿透地质体的优势,透射波勘探相较于其他地面地震勘探方法具有更好的精度、可靠性和准确性;(2)虽然初始模型不准确,其在横向上的扰动仍然足以反映异常的存在,但是基于先验地质信息构建适当初始模型对于提升反演精度至关重要;(3)采用针对性的观测系统设计及井地联合反演方法可以提高数据投影角度和完备性,有效减少解的不确定性,从而逼近地质体真实的地球物理模型.数值试验表明透射波初至走时层析成像在工程物探中有广泛应用前景.     

起伏地表下地震波传播数值模拟方法研究进展

起伏地表是地震数据的采集、处理和解释中普遍遇到的难题.起伏地表下的地震波传播数值模拟,对起伏地表观测的地震资料处理解释有重要意义.地震波场模拟和地震波走时场分别描述地震波的动力学和运动学信息,为研究地震波传播理论的两种重要途径.本文从地震波场和地震波走时场两方面回顾和总结了起伏地表下的地震波传播数值模拟方法的研究进展,并展示了该领域的一些最新研究成果,为使读者能从中找到突破点,为起伏地表这一勘探领域的经典难题做出贡献.     

青藏高原东北缘壳幔各向异性研究:基于SKS和Pms震相分析

利用甘肃和青海两省固定宽频带地震台记录的远震波形资料,挑选高质量SKS震相,联合使用最小切向能量方法和旋转互相关方法获得230对高信噪比分裂参数;同时对接收函数中Pms震相随方位角的变化进行拟合,得到了24个台站的地壳各向异性分裂参数.整个区域SKS分裂快波方向均值为123°,Pms分裂快波方向均值为132°,且大部分区域SKS、Pms快波方向与地表构造走向相一致,说明青藏高原东北缘以岩石圈垂直连贯变形为主,地壳上地幔相互耦合.SKS、Pms分裂时差均值分别为1.0s和0.6s,显示地壳各向异性对于SKS分裂时差有较大贡献.昆仑断裂附近Pms、SKS分裂快波方向与昆仑断裂走向基本一致,说明昆仑断裂可能是岩石圈尺度深大断裂;而阿尔金断裂东缘二者快波方向显著差异意味着阿尔金断裂在东缘可能仅为地壳尺度的断裂.     

基于分频波形拟合方法的鲁甸M_S6.5地震序列震源机制解研究

2014年鲁甸M_S6.5地震造成了极大的人员伤亡和经济损失,其孕震机理和动力学成因为国内外学者广泛关注.由于目前的反演主要采用单一的反演方法进行处理,导致结果的不确定性较大,使得该地震的发震构造及孕震机理等问题仍存在较大争议.针对目前研究存在的不足,本文基于近震波形求解震源机制解的gCAP(general Cut And Paste)方法和全波形拟合方法,分别反演了鲁甸地震主震及其9次余震的震源机制解,以此评价近震数据反演震源机制解结果的可靠性与稳定性.结果表明数据方位角覆盖对gCAP解的稳定性有较大影响.针对全波形拟合方法反演过程中,低频信号稳定、高频信号解析度高的特点,采用0.01～0.05Hz和0.01～0.2Hz分频段波形拟合思路:在低频段剔除拟合差的数据,进一步在高频段进行高解析度波形拟合,从而获得主震可靠稳定的震源机制解.研究结果表明鲁甸地震主震倾角为76°～83°、滑动角为-157°～-164°,为一次高倾角走滑型地震.两种方法获得的余震震源机制解比较一致,验证了结果的可靠性.研究结果显示,鲁甸地震的高倾角破裂特征,会导致其能量释放快速且完整,这可能是导致鲁甸地震地面破坏加重及缺乏较大震级余震的主要原因.     

合成理论地震图方法综述

合成理论地震图对震源和地下结构的研究而言是一项重要的基础工作.一直以来,诸多地震学领域的先驱们都致力于合成理论地震图的方法发展与改进,是一个愈久弥新的研究课题.同时,经过很多非常有影响力的地震学家的发展,合成理论地震图的方法种类变得多种多样.本文全面而深入地总结合成理论地震图的不同理论、不同方法所具有的优势与不足,并讨论各种理论地震图计算方法的研究进展.以期为理论地震图计算方法的发展以及在实际应用中选择合适的方法提供有价值的参考.经过对比研究,我们得到以下三点认识:(1)在解析类方法中,波数积分法在使用上不区分局部或全球尺度、计算精确且为全波形模拟,因此适用性更为广泛;(2)在数值类方法中,谱元法在适用性和计算效率上是一种最受欢迎且最精确的计算方法;(3)根据不同的需求采用不同方法相结合的混合计算方法是较好的选择.     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。