可控震源定向地震波合成方法仿真研究

 为了在可控震源地震勘探时,提高地震数据的信噪比和分辨率,根据相控震源原理,通过对单震源地震信号进行延时叠加,可以等效合成定向地震波信号,节省地震勘探成本。针对水平单层和多层模型,本文给出了采用单震源和单震源定向合成技术时各反射地震波的信噪比,仿真计算结果表明,单震源定向合成地震记录可以提高反射地震波信号的信噪比。通过对野外数据的定向照明合成进行信噪比改善的分析,基于单震源定向合成记录相对于单震源的信噪比平均提高了6.4041dB,有效地改善了地震勘探效果。     

相控震源地震波定向技术

针对采用多个震源同时工作的组合地震勘探,仍有所使用的震源数目受限,不适于大倾角地层勘探的问题,提出了一种产生定向地震波的方法.该方法将相控阵技术应用于可控震源阵列,通过控制相邻震源的相位差恒定,使各震源产生的地震波在某个方向上同相叠加,震动加强,形成定向的地震波束,且地震波方向、宽度可控.并从理论上分析了可控震源阵列的震源数目,空间排列方式,相差与定向地震波的关系;仿真形式给出定向地震波方向图.结果表明,采用该方法可使检波器接收信号的信噪比从组合地震的17.34 dB提高到27.7 dB,地震剖面图的分辨力提高17%.     

延迟炸药震源高效安全性研究

通过理论和试验对延迟炸药震源爆炸产生的地震波主频、能量和在近地表面产生的振动等方面进行了分析. 结果表明延迟时间对于延迟炸药震源的叠加效果影响最大,电子雷管精度高,非常适用于延迟炸药震源的设计. 延迟炸药震源与普通炸药震源相比,产生的地震波能量差别不大,但是主频提高10%~20%,高频能量高,主频更宽. 爆炸所引起的近地表面的振动比普通炸药震源小50%以上,安全性非常高. 延迟时间合适的延迟炸药震源与普通的炸药震源相比,其主频高、频带宽、引起近地表面振动小,是一种高效安全的地震勘探炸药震源,非常适合目前高分辨率且对安全性要求较高的地震勘探中.     

陆上石油地震勘探炸药震源的研究进展

 炸药震源是陆上石油地震勘探中常用的激发源,炸药震源的特性研究对提高爆炸地震波能量和地震分辨率具有十分重要的意义。本文从炸药震源的装药组分和装药结构两个方面综述了相关研究进展,评述了这些进展的实际应用价值与局限性,并探讨了未来可能的研究方向。在炸药震源装药组分方面,介绍了地震勘探对炸药震源的基本要求;分析了有助于提高爆炸地震波能量的炸药配方设计方法;总结了中国近20年应用的4种主要震源的装药组分。在炸药震源装药结构方面,分别介绍了多级延迟叠加震源、低爆速细长型震源、聚能型震源、多井组合震源及螺旋装药震源的结构设计原理和爆炸作用机理;分析了各类型震源的应用效果和适用范围;并展望了炸药震源未来可能的发展方向。     

煤田二维地震勘探炸药震源和可控震源的对比研究

在煤田勘探预查和普查阶段主要采用二维地震勘探方法。地震勘探原理是使用仪器接收人工激发地震波在不同介质中产生的衍生波。人工激发地震波方式目前比较成熟得有炸药震源、可控震源、气枪震源等,在陆地上比较常用的激发方式是炸药震源和可控震源。笔者就两种激发方式的应用,对比分析两种方法的优劣。     

爆炸源区的波结构与地震-油气包体的诊断

由冲击波理论和实验,导出了炸药爆炸、核爆炸和地震爆裂源区的波结构。汶川地震揭示了地震包体、爆裂源区(微观震中)和爆炸"烟囱"的存在。展示了地震从孕育到爆发的波动机制,地震冲击压缩-卸载塌缩的链锁规律,地震波谱的分立性和波叠加规则。地震波具有能量高、清晰和分辨率高的特性,可以用于地震包体、油气储体、盆地构造和包体结构的诊断。临震同触发机制密切相关;月潮期多爆发大地震根源于潮汐力激发了地震冲击波。实施地震包体和油气储体工程计划,可以节省巨额勘探费用,开启一个油气能源勘探和地震能利用的新时代。     

可控震源技术在河西地区地震勘探中的应用

地震勘探中,如何解决地震地质条件复杂地区的激发技术,提高地震勘探资料信噪比和分辨率,一直以来是地震勘探技术人员不断研究的技术课题。近年来,随着可控震源技术的发展,可控震源技术在地震勘探震源激发技术中得到广泛运用,并取得了较好的地震地质效果。通过实例论述了可控震源技术在甘肃河西地区地震勘探中所取得地震地质效果,同时也为类似的地区开展可控震源技术起到指导作用。     

Kelvin-Voigt黏弹介质地震波衰减影响因素研究

应用交错网格有限差分法对Kelvin-Viogt黏弹介质中的地震波传播进行了数值模拟,并在此基础上对介质的波阻抗和震源子波频率对地震波时频域衰减特征的影响进行了研究分析。研究表明,随着波阻抗的降低和震源子波频率的增大,地震纵波振幅衰减加快,地震波高频成分能量快速衰减,低频成分能量衰减相对较弱,主频向低频偏移加快。     

“波动方程法地震偏移成像的理论与应用”获陈嘉庚地球科学奖

由同济大学海洋地质系马在田教授等完成的“波动方程法地震偏移成像的理论与应用”的课题是70年代开始研究的国际性难题,用于解决复杂地质条件下油气田和煤田的勘探和开发的技术与方法。该成果继获1990年度上海市科技进步壹等奖后,又获1991年度国家科技进步贰等奖和1991年陈嘉庚地球科学奖。地震勘探上寻找油气的基本方法是利用人工震源激发地震波,由地下反射带回地层结构的信息,经过大型电子计算机处理,得到地下地质结构的图像,这中间,地震偏移成像技术     

黄土山地区高密度地震勘探激发方法分析

随着勘探技术的发展及长庆油田油气需求量的增加,鄂尔多斯盆地地震勘探领域不断向复杂的区域（地表岩性复杂多变,地下构造复杂、隐蔽）延伸,油田开发对勘探精度也提出了更高的要求;从地震采集技术发展现状来看,高密度地震勘探就是解决复杂区域地层成像问题的有效手段。和常规的地震勘探强化单炮激发效果的设计理念相比,高密度采集要求激发和接收点都具有较高的空间采样密度,激发和接收环节都不再追求通过组合方式来压制噪音,提高信噪比;而是在激发环节尽可能模拟点震源激发,在接收环节能够接收到保幅保真无污染的真实信号,最终提高叠加剖面的信噪比。基于这些要求,主要研究高密度地震采集激发参数的设计思路和选取结果;通过具体试验、理论分析和统计学的方法来推导和论证高密度地震采集的激发参数。高密度激发参数在实际生产中应用之后,发现剖面的浅层信噪比明显好于常规剖面,取得了初步成效。     

炸药性能对地震波品质影响的Hilbert-Huang变换分析

为检测爆炸地震波的品质(能量,主频),探寻激发高能量、高频率地震波的炸药震源,选用梯恩梯(TNT)、梯铝(TL)、8701,黑火药(BP)进行浅埋土中爆炸试验. 并利用Hilbert-Huang变换(HHT)对距离震源10～65 m处地面振动速度信号进行分析,结果表明:高能量高爆速炸药8701震源激发的地震波能量大,但频带较窄,主频较低,高频率段能量随传播距离衰减较快;低能量低爆速炸药BP激发的地震波频带较宽,主频也较高,但地震波能量过低;含铝炸药TL激发的地震波能量大,且随传播距离衰减速度较慢,主频介于黑火药BP与炸药8701之间.      

含铝炸药震源激发地震波能量的实验研究

为提高地震波能量,通过改变震源装药组分,选用硝酸铵/TNT/铝粉(ATL)和聚黑/铝粉(JHL)2种含铝炸药及TNT等5种非含铝炸药,在相同地质条件下,采用远场测震和近场测压的方法,对地震波能量的激发效果进行了测试和评价.单炮记录结果对比发现,在保证不降低信噪比的条件下,含铝炸药产生的地震波品质优于非含铝炸药,且ATL优于JHL;地震波能量分析结果表明,与非含铝炸药相比,含铝炸药产生的地震波能量在不同时域内均有所提高,且ATL激发的地震波能量最高.炸药土中爆炸的近场压力测试结果表明,ATL炸药爆炸产生的应力波峰值压力比TNT(56.21kPa)提高了约78.76%.分析了炸药土中爆炸能量输出结构对地震波能量的影响.     

Collapse ratios of buildings due to the 1995 Kobe earthquake and interference between S-wave and the second surface wave at basin edge

The distribution characteristics of collapse ratios of buildings in Kobe city due to the 1995 M7.2 Hyogo-ken Nanbu, Japan (Kobe) earthquake and the interferenres due to SH or P-SV and the second surface waves propagating in heterogeneous medium are discussed in this paper by using numerical simulation technique of wave equation. The staggered grid real value fast Fourier transform differentiation (SGRFFTD) is used in the pseudospectral method of ground motion simulations because of its speed, high stability and accuracy. The results show that the maximum amplitude of simulated acceleration waveforms on the ground coincides well with the complicated distributions of collapse ratios of buildings. The peak collapse ratio of buildings away from the earthquake fault also coincides well with the peak ground acceleration. The spatial interference process is analyzed by using the snap shots of seismic wave propagation. The peak ground acceleration is probably caused by the interferences due to the second surfare wave transmitting from the bedrock to sedimentary basin and the upward body wave. Analyses of the interference process show that seismic velocity structure and geologic structure strongly influence the distribution of the maximum amplitude of acceleration waveforms. Interferences occurring near the basin boundary are probably the cause of the peak collapse ratio of buildings away from the fault. Therefore it is necessary to analyze wave propagations and interference process using numerical simulation strategy for studies on the seismic disasters.     

底部框剪上部混凝土砌块结构在水平地震作用下的动力响应

进行了底部2层框剪上部6层混凝土砌块砌体房屋1/8比例模型振动台试验.以El-Centro波、Taft波和场地波为输入地震波,分6度、7度区多遇烈度、基本烈度及罕遇烈度地震三阶段试验,考察了模型在各阶段试验的地震反应.在试验前和各阶段试验后均对模型进行了白噪声扫描试验,考察该模型的频率变化规律.试验结果表明:当输入地震波强度达到7度中震强度时,底部框剪层开始开裂,结构变形由弹性段进入弹塑性段;该结构能满足7度区的抗震设防要求.     

Synthetic seismograms of ground motion near earthquake fault using simulated Green’s function method

Seismograms near source fault were synthesized using the hybrid empirical Green＇s function method where the discretely simulated seismic waveforms are used for Green＇s functions instead of the observed waveforms of small earthquakes. The Green＇s function seismic waveforms for small earthquake were calculated by solving wave equation using the pseudo-spectral method with the staggered grid real FFT strategy under a detailed 2-D velocity structure in Kobe region. Magnitude and seismic moment of simulated Green＇s function waveforms were firstly determined by using the relationship between fault length and corner frequency of source spectrum. The simulated Green＇s function waveforms were employed to synthesize seismograms of strong ground motion near the earthquake fault. The synthetic seismograms of the target earthquake were performed based on the model with multiple source rupture processes. The results suggest that synthesized seismograms coincide well with observed seismic waveforms of the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake. The simulated Green＇s function method is very useful for prediction of the strong ground motion in region without observed seismic waveforms. The present technique spreads application field of the empirical Green＇s function method.     

地下结构地震动力响应中地震波的分析研究

地下结构地震动力响应分析首先需要对地震波进行合理的分析,其主要包括地震波的选择、波的频谱分析、滤波和基线校正4个方面,这是正确进行地下结构地震动力分析的非常关键的环节.以课题研究中地震局提供的地震波为例,从多个方面分别对地震波进行分析和研究,从而获得满足地下结构地震动力分析要求的地震波.     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界，将地震波输入转化为等效节点力，建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性，并在该地震波输入方法的基础上，考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力，研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度，但竖向加速度值较小；地震作用下剪力键受力最大的是压应力，拉应力相对较小；剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位，该处易产生拉伸裂缝，水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏；接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布，绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.