收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多阶模式瑞利波频散特征与反演研究

邵广周  
【摘要】:面波勘探是浅层横波速度结构探测的一项重要无损检测工具,它包括野外数据采集、面波频散数据提取和横波速度反演三个步骤。反演横波速度是面波勘探的最终目的,也是三个步骤中最重要的一步。它包含两部分内容:第一是正演计算,即假定速度模型计算理论频散曲线;第二是最优化算法,即通过迭代寻找与野外数据拟合最好的理论速度模型。三个步骤中每一步处理的精度如何都将影响到最终的反演精度。另外,针对目前面波反演多数是只用基阶模式的频散曲线进行反演,有的甚至仍沿用最初的半波长近似法、拐点法、渐近线法等,这些方法简单、粗糙、主观性强,用到的仅是横波速度Vs与瑞利波速度VR的近似计算关系,并非真正意义上的反演,所以解释结果误差大。而面波频散往往存在多个模式,高阶模式的瑞利波有时携带了关于介质更多的信息,特别是在低速层存在时,高频段能量几乎是高阶模式居于主导地位。因此在反演中应同时考虑基阶模式和高阶模式的频散曲线。本文从多阶模式频散曲线的正演计算及特征分析、瑞利波场有限差分数值模拟、多阶模式频散数据的反演算法及提高反演非唯一性的措施、从野外实际数据中提取多阶模式频散曲线的方法等几个方面进行了深入的探讨、分析和研究。本文的研究是在国家863计划的资助下完成的,是“十五”863计划前沿探索课题(A类)“反射地震面波提取与浅层结构探测技术”(2005AA615010)的延续,属该课题的后续研究。通过本文的研究取得如下研究成果和结论: 1、实现了Thomson—Haskells算法,并在此基础上对频散函数进行了改进,使其适于海洋模型频散曲线的计算,得到了存在上覆液体表层情况下的多阶模式面波频散曲线。实现了瑞利波场的高阶交错网格有限差分数值模拟,并将模拟单炮记录提取的频散曲线与用频散函数计算的理论频散曲线相对照,探讨分析了瑞利波各模式的实际激发情况。 2、对存在上覆液体层时的两层、三层以及低速夹层的固体层状介质海洋模型做了波场模拟和频散曲线的计算,分析了当上覆液体表层的厚度变化时多阶模式面波频散曲线特征,并用波场模拟结果对其进行验证。通过与没有液体表层时的完全固体介质模型相对比,研究了存在上覆液体表层时多阶模式面波频散曲线独特的形态特征,进一步引伸出在滩浅海进行地震勘探中应注意的问题。 3、在多阶模式频散曲线反演方面,对反演参数进行了简化,通过细化分层将反演参数减少为只有一个横波速度变量,验证了细化分层方法用于频散曲线反演的可行性和有效性。与同时反演横波速度和层厚度的常规反演方法相比,细化分层方法避免了反演过程中改变分层数和层厚度等参数,大大简化了反演计算过程。这种方法既满足了反演分辨率的要求,又能使反演结果更接近真实情况。 4、由于LM(Levenberg-Marquardt)反演方法对初始模型的依赖性较大,选择一个合理的初始模型在反演计算中起着至关重要的作用。本文将1/3(或1/2)波长深度处的横波速度Vs近似看做与瑞利波相速度VR相等,利用基阶模式的瑞利波速度(VR)—频率(f)数据对,通过公式z=Lr/3和LR=VR/f来构造初始模型p0。某一深度处的横波速度可通过三次样条插值获得。按该方法计算的初始值p0基本上在模型的真实值ptrue附近,从而避免了初始值选取的盲目性,大大节约了反演迭代时间,保证了反演程序的快速性和稳定性。 5、实现了用LM方法和GA(Genetic Algorithm)方法进行基阶模式和多阶模式的反演,通过理论模型验证,得出GA方法的反演效果优于LM方法,但GA方法的缺点是反演耗时太长。鉴于GA方法的这一不足,本文提出了适于高阶模式反演的ULM(updated Levenberg-Marquardt)反演方案,其反演精度与GA方法相当,但反演耗时远低于GA方法。因此,在实际应用中ULM方法既保证了较高的反演精度,又不至于耗时太长,是一种较为理想的反演方法。 6、在野外数据频散数据提取方面实现了用f-k法、f-p法和相移法提取频散曲线,并对三种方法的提取效果进行了对比分析。对目前的频散曲线提取法方法进行了改进,结合f-p法和相移法的优点提出了f-p、相移叠加法,该方法兼顾了f-p法和相移法的优点,既补充了基阶模式低频段的信息,又保证了高阶模式得到有效分辨。 7、通过对野外实际数据的处理和二维横波速度剖面的反演并与半波长近似法反演结果进行对比分析。半波长近似法反演只利用了1阶模式的数据,且进行了半波长近似,势必会影响反演精度。另外,由于反演分层需要处理人员有丰富的经验知识,处理结果易受人为因素的影响。而本文的研究由于采用了细化分层,反演过程无需人为控制分层,减少了人为因素的影响,同时可以实现多阶模式频散数据的反演,在一定程度上提高了反演精度。 总之,本文通过将模拟单炮记录提取的频散曲线与用频散函数计算的理论频散曲线相对照的方法,探讨分析了瑞利波的频散特征及各模式的实际激发情况,深化了人们对于面波频散特征的认识,并且对面波地震勘探、无损检测等方面的实际应用具有重要的理论价值和实际意义。同时,为在滩浅海及湖泊等表层为液体覆盖层的地区进行面波地震勘探和研究提供了一定的研究思路和理论依据。 论文实现了多阶模式频散数据的提取和反演,并对反演参数进行了细化分层,丰富了面波反演研究的内容,使得在实际应用中真正实现多阶模式频散数据的反演成为可能,弥补了目前仅仅用基阶模式进行面波反演这一不足,提高了反演精度。并编制了相应的处理程序,实际数据处理分析表明反演程序具有一定的经济效益和实用价值。本文的研究属国家863课题“反射地震面波提取与浅层结构探测技术”研究成果的一部分,是该课题所开发软件“反射地震多道瞬态面波分析与正反演软件(SW863 V1.0)”的正演和反演部分。该软件目前已获得国家软件著作权登记(登记号:2008SR09155)。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 艾东海;程庆群;;基于OCCAM算法的瑞雷波频散曲线快速稳定反演[J];煤田地质与勘探;2009年02期
2 刘斌,徐世浙;电阻率测深一维反演的曲线对比法[J];物探化探计算技术;1995年01期
3 王静,何挺,李玉环;基于高光谱遥感技术的土地质量信息挖掘研究[J];遥感学报;2005年04期
4 屈永华;王锦地;;遥感地表参数反演中的一种不确定性知识处理方法[J];北京师范大学学报(自然科学版);2007年03期
5 王艳姣;张培群;董文杰;张鹰;;基于BP人工神经网络的水体遥感测深方法研究(英文)[J];Marine Science Bulletin;2007年01期
6 许年春;赵明阶;吴德伦;;节理岩体应力波反演模型研究[J];岩土力学;2007年12期
7 郭洁滨;黄冲;王海光;孙振宇;马占鸿;;基于高光谱遥感技术的不同小麦品种条锈病病情指数的反演[J];光谱学与光谱分析;2009年12期
8 王晓玥;;富营养化水体中氮磷物质与光谱反射率的相关性分析[J];杭州师范大学学报(自然科学版);2009年06期
9 谢国清;鲁韦坤;李蒙;周伟民;余凌翔;李发荣;;基于光谱特征和HSV变换融合MODIS影像的滇池叶绿素a浓度监测[J];生态学杂志;2010年06期
10 沈晔娜;吕军;陈军华;陈丁江;史一鸣;;水源区河流非点源污染物入河量计算的水质方程反演方法[J];环境科学;2010年08期
11 李法礼;王鸿燕;曹学伟;任恩明;;有限元大地测量反演影响因素分析[J];科技信息;2010年23期
12 陈勇;韩波;;时间推移地震反演的连续模型与算法[J];地球物理学报;2006年04期
13 邬国锋;崔丽娟;纪伟涛;;基于时间序列MODIS影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化[J];湖泊科学;2009年02期
14 张荣忠;袁诚;;地震波形反演技术的应用[J];天然气工业;2009年02期
15 荀尚培;翟武全;范伟;;MODIS巢湖水体叶绿素a浓度反演模型[J];应用气象学报;2009年01期
16 杨煜;李云梅;王桥;乐成峰;孙德勇;黄昌春;;富营养化的太湖水体叶绿素a浓度模型反演[J];地球信息科学学报;2009年05期
17 盖利亚;刘正军;张继贤;;基于CHRIS数据的三峡坝区水体叶绿素浓度遥感监测[J];测绘科学;2010年04期
18 李娜;吕建升;Altermann W;;光谱分析在植被重金属污染监测中的应用[J];光谱学与光谱分析;2010年09期
19 梁亮;杨敏华;张连蓬;林卉;;小麦叶面积指数的高光谱反演[J];光谱学与光谱分析;2011年06期
20 张妍,薄立群,路兴昌;长春净月潭地物波谱数据库的研究与开发[J];遥感信息;2002年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李细兵;范小平;;微动技术中运用邻里算法反演地表速度结构[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年
2 李志伟;胥颐;郝天珧;刘劲松;;利用非线性方法反演琉球-台湾-吕宋地区的岩石层P波速度结构[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
3 李帝铨;王光杰;底青云;王妙月;王若;;基于遗传算法的CSAMT最小构造反演[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
4 阎石;何彬彬;赵乃志;;管结构导波频散曲线绘制与试验验证[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2011年
5 周阳;黄真萍;叶琪;张远帆;;瞬态瑞雷面波法研究及其在边坡工程中的应用[A];2010年全国工程地质学术年会暨“工程地质与海西建设”学术大会论文集[C];2010年
6 王永华;;瞬态瑞雷波勘探技术在西藏公路工程勘察中的应用[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
7 徐升;张鹰;;长江口水深遥感反演模型研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
8 史玉峰;陈健;;雷达遥感技术在森林资源管理与监测中的应用[A];第二届中国林业学术大会——S3 森林经理与林业信息化的新使命论文集[C];2009年
9 姚华建;肖翔;徐果明;;基于图像处理的相速度频散曲线自动追踪方法[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
10 张海澜;王秀明;林伟军;;井孔频散曲线的奇异特征[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邵广周;多阶模式瑞利波频散特征与反演研究[D];长安大学;2009年
2 刘雪峰;层状介质中瑞利面波多模式性质及其在正反演中的应用[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 李翠琳;基于非线性贝叶斯理论的多模态界面波频散曲线反演研究[D];中国海洋大学;2011年
4 吴俊军;跨孔雷达全波形层析成像反演方法的研究[D];吉林大学;2012年
5 王凌;苹果树花期叶/冠N、P营养状况的卫星遥感反演研究[D];山东农业大学;2012年
6 郭荣文;贝叶斯MT反演的非线性和不确定度分析[D];中南大学;2011年
7 吕杰;基于机器学习和辐射传输模型的农作物叶绿素含量高光谱反演模型[D];中国地质大学(北京);2012年
8 刘伟;植被覆盖地表极化雷达土壤水分反演与应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
9 李晶;面波在地震波场中的特性研究及其应用[D];成都理工大学;2006年
10 丛丕福;海洋叶绿素遥感反演及海洋初级生产力估算研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王和斌;基于风云静止卫星的气温反演研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
2 王世龙;HZ地区地震资料反演研究[D];成都理工大学;2012年
3 李伟;多波叠前AVA反演中的改进模拟退火方法研究[D];成都理工大学;2012年
4 陈艳艳;瑞雷波频散曲线提取及快速反演分析应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 徐凯;超声Lamb波信号传播特性研究[D];南京信息工程大学;2012年
6 韩波;大地电磁二维拟牛顿反演研究[D];中国地质大学;2012年
7 潘世旻;模态分离在瑞雷波频散曲线提取中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 赵文轲;坑(井)—地电磁测深视参数反演研究[D];中国地质大学(北京);2010年
9 李子;基于GST-MQ配点法的突发水污染事故反演模型研究[D];清华大学;2010年
10 毛承英;基于改进遗传算法的瑞雷波频散曲线反演[D];中南大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 通讯员 夏瑛 宋娟 记者 曹颖;江苏开展反演路面状况研究[N];中国气象报;2011年
2 记者 江然 通讯员 林长城 张春桂;福建三项气象课题获省科技奖[N];中国气象报;2010年
3 通讯员 陈爱萍;义长灌域管理局科研项目通过专家鉴定[N];巴彦淖尔日报(汉);2010年
4 白文起 刘兰宁 赵海燕;为了千年古镇的地质安全[N];地质勘查导报;2008年
5 白文起 刘兰宁 赵海燕;为了移民的居住安全[N];中国矿业报;2008年
6 本报记者 彭德倩 林环;有一扇门已经打开?[N];解放日报;2010年
7 侯建成 江苏省丹阳市第五中学地理特级教师;将综合性实践活动引入地理课程[N];中国教育报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978