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EDA介质中地震波传播特征及参数反演研究

何现启  
【摘要】:裂隙介质是工程中最常见的介质,裂隙的发育程度、裂隙的性质及其组合状态对岩石稳定性和工程安全具有非常影响非常大,而且裂隙较发育的岩体往往含地下水丰富,岩石稳定性差,容易引起涌水、塌方等工程灾害,因此探测裂隙发育程度和裂隙的性质就显得非常重要。地震勘探是探测岩石裂隙、评价岩体质量的有效果方法之一,但是传统地震勘探,都假设地下介质完全是各向同性的,而实际上它们基本上都是各向异性的,这样的假设会导致错误的成像,从而影响勘探结果的准确性。为了提高反演精度,趋合精细化勘探的发展趋势,研究地下介质的各向异性及地震波的波动特性也显得日益紧迫,也是目前地震勘探研究的热点和难点之一。 本文首先从VTI介质出发推导了HTI介质中地震波精确相速度和群速度计算公式,讨论了HTI介质与VTI介质的相似特征,然后由HTI介质,通过Bond变换推导出EDA介质中地震波的精确相速度和群速度计算公式,并基于摄动理论,以各向同性介质为背景介质推导出HTI、EDA介质的相速度、群速度的弱各向异性近似公式。由christoffel方程出发,结合边界条件、应力应变关系,推导出EDA介质中P、SV、SH波的精确反射系数,以弹性各向同性介质为背景介质推导出EDA介质中的P波近似反射系数计算公式。 在carcion、杜启振等人研究的基础上,叙述了粘弹性EDA介质中地震波的波动方程推导过程,并进行了退化验证;利用Vavrycuk提出的粘弹性实射线追踪法,成功实现粘弹性EDA介质中地震波场数值模拟。 利用特殊分量法,由christoffel方程推导出粘弹性HTI、EDA介质中均匀、非均匀P、SV、SH波的精确相速度、群速度、慢度和偏振向量,研究了SH相速度随非均匀角的变化规律;以弹性各向异性介质为背景介质,推导出粘弹性各向异性介质中地震波的近似相速度、群速度、偏振向量计算公式。由christoffel方程出发推导出HTI、EDA介质中均匀、非均匀地震波的精确相衰减系数和群众衰减系数。 由VTI介质出发利用Bond变换和有限相似原则,推导出HTI、EDA介质的时距方程和倾斜HTI、EDA介质中动校正速度的表达式,得到动校正速度与方位角、各向异性参数、倾角的关系式。以多层倾斜EDA模型为例进行参数反演并由地震波走和射线追踪法确定地下界面的几何参数,并对反演结果进行了误差分析,然后利用反演的各向异性参数,由各向异性参数裂隙密度及柔度比的关系计算了模型的裂隙密度、预测了模型的富水程度,达到了预期效果。最后以云阳山隧道为例证明了反演的可行性及其勘探精度。


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