本文關(guān)鍵詞：高頻面波的靈敏性分析及其反演方法的研究

  更多相關(guān)文章： 高頻面波 靈敏性分析 勘探深度 聯(lián)合反演 水平分辨率 面波旅行時(shí)層析成像

【摘要】：瑞雷波和拉夫波是沿自由界面?zhèn)鞑サ膬煞N基本形式的面波。瑞雷波是P波和SV波在自由界面處干涉形成的,而拉夫波是由層內(nèi)的SH波多次反射和干涉后的結(jié)果。由于高頻面波方法具有非破壞性、非侵入性、低成本和高精度的特點(diǎn),它在解決淺地表地質(zhì)和地球物理問題中應(yīng)用廣泛。相對(duì)于瑞雷波勘探,人們對(duì)拉夫波勘探方法的研究較少,這是由于野外激發(fā)SH波數(shù)據(jù)比激發(fā)P波數(shù)據(jù)更困難。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已能獲得寬頻段(1 Hz-1000 Hz)的拉夫波數(shù)據(jù),拉夫波勘探方法的研究逐漸受到淺地表地球物理學(xué)家的關(guān)注。基于水平層狀介質(zhì)的假設(shè),瑞雷波的相速度取決于頻率和四組參數(shù)(每層的縱波速度、橫波速度、密度和層厚)。與瑞雷波不同,拉夫波的相速度函數(shù)只由頻率和三組參數(shù)(每層的橫波速度、密度和層厚)構(gòu)成的。由于拉夫波的相速度與縱波速度無關(guān),所以高頻拉夫波方法具有幾個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)：(1)拉夫波的相速度頻散曲線的形態(tài)比瑞雷波的更簡(jiǎn)單；(2)拉夫波的頻散能量更清晰,且具有較高的分辨率；(3)相對(duì)于瑞雷波相速度頻散曲線的反演,拉夫波相速度頻散曲線的反演對(duì)初始模型的依賴程度較小,反演也更穩(wěn)定。鑒于瑞雷波和拉夫波的特殊性質(zhì)及其在淺層勘探研究中的重要性,開展高頻瑞雷波和拉夫波的靈敏性分析及其頻散曲線的聯(lián)合反演方法的研究,以及解決高頻面波方法中水平分辨率較低的問題顯得極為重要。本文采用理論分析和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的研究方法,合理地設(shè)計(jì)理論模型,探究不同水平層狀介質(zhì)中瑞雷波和拉夫波的傳播特點(diǎn),根據(jù)應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證高頻面波(瑞雷波和拉夫波)方法的適用性。通過對(duì)若干種典型的地球模型中瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的靈敏性分析,為獲得淺地表準(zhǔn)確的橫波速度結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)調(diào)研表明,高頻面波方法中得到的一維橫波速度剖面反映了檢波器排列中點(diǎn)的平均橫波速度,所以該方法獲得的橫波速度的水平分辨率較差。因此,使用面波層析成像(即面波旅行時(shí)反演)的方法提高水平方向上相鄰兩道間橫波速度精度的方法是必要的。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)根據(jù)三種典型的地球模型(速度遞增模型、含低速夾層模型和含高速夾層模型),分析多模式瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的形態(tài)。(2)計(jì)算各階模式瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線關(guān)于不同地層橫波速度的敏感度,探究含速度異常夾層模型中速度異常夾層對(duì)面波靈敏性的影響,并為獲得較高精度的反演橫波速度結(jié)果提供理論支持。(3)比較各階模式瑞雷波和拉夫波的勘探深度,定量分析瑞雷波和拉夫波勘探深度的差異。(4)在各向同性層狀介質(zhì)和徑向各向異性介質(zhì)中,提出瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的聯(lián)合反演方法。討論面波(瑞雷波或拉夫波)頻散數(shù)據(jù)缺失和含速度異常夾層模型反演的問題,研究如何利用瑞雷波和拉夫波的相速度頻散曲線的聯(lián)合反演方法獲得精確的橫波速度。通過一個(gè)實(shí)例驗(yàn)證聯(lián)合反演方法的正確性和穩(wěn)定性。(5)利用面波旅行時(shí)層析成像的方法提高面波方法的水平分辨率,通過理論模型和實(shí)例驗(yàn)證該方法的實(shí)用性。本文以高頻瑞雷波和拉夫波為研究對(duì)象,對(duì)兩種面波頻散特性、勘探深度、反演方法和水平分辨率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并獲得了如下主要結(jié)論：(1)選取三種典型的地球?qū)訝钅Ｐ?速度遞增模型、含低速夾層模型和含高速夾層模型)繪制多模式瑞雷波和拉夫波的相速度頻散曲線。通過對(duì)三種典型的地球模型中各階模式瑞雷波和拉夫波的相速度關(guān)于不同地層的橫波速度的靈敏性分析得出：①某一特定頻率的相速度對(duì)不同深度的橫波速度的敏感度不同；無論是瑞雷波還是拉夫波,表層的敏感性頻段占據(jù)了整個(gè)高頻部分,且隨著深度的遞增,深部地層的敏感性頻段變得更窄。②速度遞增模型中,隨著面波模式階次的增加,面波的敏感性增加(二階高階模式波一階高階模式波基階模式波),高階模式面波的加入可拓寬橫波速度敏感性的頻帶范圍,因此在速度遞增模型中加入高階模式面波可提高反演精度。③含低速夾層模型中,基階模式面波和高階模式面波均表現(xiàn)為對(duì)低速夾層的橫波速度敏感,然而對(duì)于低速夾層以下地層的橫波速度敏感性較低。④含高速夾層模型中,各階模式面波對(duì)高速夾層及高速夾層以下地層橫波速度的敏感性較低。⑤相同地層中,瑞雷波和拉夫波的靈敏性的頻段范圍不同,因此可以考慮聯(lián)合瑞雷波和拉夫波反演以獲得精確的地下橫波速度結(jié)構(gòu)。(2)利用雅克比矩陣的歸一化行向量探究高頻瑞雷波和拉夫波的勘探深度與波長(zhǎng)的關(guān)系。模擬結(jié)果表明不同模式的面波的敏感性范圍不同,表現(xiàn)為長(zhǎng)波長(zhǎng)分量對(duì)深層敏感,短波長(zhǎng)分量對(duì)淺層敏感；對(duì)于相同波長(zhǎng),高階模式波比基階模式波的勘探深度深。基階模式瑞雷波比基階模式拉夫波勘探深度深；而高階模式的瑞雷波和拉夫波可勘探到相同深度。根據(jù)理論模型定量分析瑞雷波和拉夫波的勘探深度,相同波長(zhǎng)的基階模式瑞雷波的最大勘探深度是基階模式拉夫波勘探深度的1.3—1.4倍。(3)在各向同性介質(zhì)中,利用兩層介質(zhì)模型和多層介質(zhì)模型測(cè)試瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的聯(lián)合反演方法的正確性和有效性。通過分別在理論模型計(jì)算的相速度頻散曲線上加載10%和20%不同信噪比的隨機(jī)白噪聲,驗(yàn)證該方法的抗噪能力。由于瑞雷波或拉夫波的頻散數(shù)據(jù)缺失時(shí)將導(dǎo)致瑞雷波或拉夫波相速度單獨(dú)反演得到的橫波速度的精度較低,因此本文提出利用瑞雷波和拉夫波的相速度頻散曲線的聯(lián)合反演提高反演橫波速度結(jié)果的精度。考慮到異常夾層的影響,導(dǎo)致含速度異常夾層模型中某些地層的靈敏性較低,造成該層反演得到的橫波速度的不準(zhǔn)確,同時(shí)由于含速度異常夾層模型中瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線對(duì)相同地層的橫波速度的靈敏性的頻段范圍不同,通過理論模型證實(shí)了瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的聯(lián)合反演方法可有效提高反演得到的橫波速度的精度。(4)相對(duì)于各向同性介質(zhì),在徑向各向異性介質(zhì)中瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)中增加了模型差異的約束項(xiàng)。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)橫波速度徑向各向異性的六層模型,并用瑞雷波和拉夫波相速度頻散曲線的聯(lián)合反演方法進(jìn)行理論模型試算,再結(jié)合實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證聯(lián)合反演方法的有效性。(5)本文提出面波旅行時(shí)反演的方法提高面波方法的水平分辨率。首先利用相位掃描的互相關(guān)方法,計(jì)算面波的多道記錄中相鄰兩道之間的相速度頻散曲線；然后計(jì)算測(cè)量得到的面波旅行時(shí)；根據(jù)面波旅行時(shí)層析成像,獲得不同網(wǎng)格內(nèi)的高分辨率的純路徑頻散曲線；最后,將所有目標(biāo)網(wǎng)格內(nèi)的純路徑頻散曲線反演得到研究區(qū)域的擬二維橫波速度結(jié)構(gòu)。面波旅行時(shí)層析成像的方法可準(zhǔn)確地提取炮集記錄中任意相鄰兩道之間的頻散曲線,同時(shí)該方法具有一定的抗噪能力。理論模型和實(shí)際資料都證實(shí)了面波旅行時(shí)的層析成像方法可有效提高面波方法的水平分辨率。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P631.4

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李海;瑞雷面波技術(shù)在鐵路上的應(yīng)用[J];物探與化探;2002年02期

2 崔瑞華,谷社峰,楊德全,李清華;瑞雷面波在地基勘查中的應(yīng)用[J];地質(zhì)找礦論叢;2005年S1期

3 陳艷和;;面波技術(shù)用于油庫建設(shè)工程勘察[J];油氣田地面工程;2011年07期

4 雷旭友;李正文;黃宇;;穩(wěn)態(tài)面波在軟土勘察中的應(yīng)用[J];工程勘察;2008年03期

5 陳利;;瞬態(tài)面波技術(shù)在既有鐵路基床檢測(cè)中的應(yīng)用[J];山西建筑;2013年23期

6 尚耀軍;溫佐彪;;多道瞬態(tài)瑞雷面波在工程勘察中的應(yīng)用[J];科技廣場(chǎng);2009年05期

7 趙碩九;金鋼燮;汪利民;;瑞雷面波在多尺度勘探上的研究現(xiàn)狀與展望[J];勘探地球物理進(jìn)展;2010年01期

8 馬樹平;;多道瞬態(tài)面波技術(shù)在公路工程勘察中的應(yīng)用[J];甘肅科技;2011年14期

9 張忠苗,魏玉倫,陳云敏,吳世明;瞬態(tài)面波測(cè)試技術(shù)在地基處理評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J];物探與化探;1992年01期

10 華偉,孫明波,王喜順;瞬態(tài)瑞雷面波法在吉林市松江路工程勘察中的應(yīng)用[J];吉林地質(zhì);2004年02期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 單娜琳;;瞬態(tài)面波法探測(cè)低速薄層方法研究[A];中國地球物理.2003——中國地球物理學(xué)會(huì)第十九屆年會(huì)論文集[C];2003年

2 賴思靜;楊偉;李海平;;幾種典型面波時(shí)域信號(hào)的特征分析[A];第九屆全國巖石動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 劉江平;張友明;楊永清;;瑞利面波法在高等級(jí)公路路基質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[A];2000年中國地球物理學(xué)會(huì)年刊——中國地球物理學(xué)會(huì)第十六屆年會(huì)論文集[C];2000年

4 李學(xué)軍;;瞬態(tài)面波法在工程勘察中的應(yīng)用及效果[A];1999年中國地球物理學(xué)會(huì)年刊——中國地球物理學(xué)會(huì)第十五屆年會(huì)論文集[C];1999年

5 張大洲;熊章強(qiáng);謝尚平;;多道瞬態(tài)瑞雷面波在滑坡探測(cè)中的應(yīng)用[A];中國地球物理第二十一屆年會(huì)論文集[C];2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 尹曉菲;高頻面波的靈敏性分析及其反演方法的研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2016年

2 楊建國;物探檢測(cè)公路地質(zhì)的綜合方法研究及其工程應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2005年

3 張立;層狀介質(zhì)中瑞利面波波場(chǎng)特征分析和反演方法研究[D];西南交通大學(xué);2009年

4 肖柏勛;高模式瑞雷面波及其正反演研究[D];中南大學(xué);2000年

5 彭文;利用石油勘探面波信息調(diào)查表層結(jié)構(gòu)的方法研究[D];成都理工大學(xué);2007年

6 侯征;直流電阻率與瑞雷面波非線性聯(lián)合反演方法研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 韓麗娜;瞬態(tài)瑞雷面波法評(píng)價(jià)巖溶路基注漿效果影響因素研究[D];西南交通大學(xué);2015年

2 林向東;瑞雷面波法在鐵路路基壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用及理論研究[D];蘭州交通大學(xué);2015年

3 張慧來;混凝土裂縫的二維瑞利面波波場(chǎng)模擬研究[D];西南交通大學(xué);2016年

4 徐華全;瑞雷面波的頻散特征研究及應(yīng)用[D];成都理工大學(xué);2009年

5 董海文;瞬態(tài)瑞雷面波法在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中的理論與應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2005年

6 陳曉峰;瑞利面波檢測(cè)混凝土裂縫的方法研究[D];長(zhǎng)江大學(xué);2014年

7 馬翠蓮;基于廣義逆算法的層狀彈性介質(zhì)中瑞雷面波反演[D];中南大學(xué);2008年

8 萬學(xué)娟;非理想條件下地震面波的性質(zhì)及壓制方法研究[D];中國石油大學(xué);2009年

9 葉唐進(jìn);瞬態(tài)瑞雷面波法ANSYS數(shù)值模擬中的參數(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2012年

10 張華為;公路路基填筑厚度檢測(cè)的瑞雷面波方法及理論研究[D];中南大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1291983