浅海地震波波动成分及传播规律分析

为获取浅海环境下海底地震波的波动成分和传播规律,基于浅海声场模型推导了浅海地震波各波动成分的复积分表达式,并利用围道积分以及鞍点法对复积分表达式求解,得出了相应波动成分的传播规律.利用高阶交错网格有限差分算法对浅海低频脉冲声源激励的海底地震波场进行数值计算,得到了海底地震波场的全波场的数值解.理论推导与数值计算结果表明:浅海海底地震波的波动成分包括直达波、反射波、折射波、Scholte波以及侧面波,按沿海底界面的传播速度可分为四组子波系;直达波、反射波和折射波的波阵面为球面,振幅与1/r (r为虚源到上层流体介质的距离)成正比;表面波的波阵面为圆柱面,振幅与1/r~(1/2)成正比;侧面波的波阵面为圆锥面,振幅与1/r~2成正比.     

海面波浪对空气中声源激发的浅海声场的影响

耦合简正波方法被用于计算存在海面波浪时空中声源激发的浅海声场特性.该耦合方法采用波束位移射线简正波理论与水平分段耦合处理方法.声场计算时选取Pekeris型浅海模型,声源频率选为100 Hz,高度为100 m,水下接收器深度为30 m,声源与接受器距离在5 km内.计算表明:5 m/s风速下风浪对接收到的平均声压和均方声压影响较小;10 m/s风速下风浪将使接收到的平均声压下降约5 dB,而接收到的均方声压则增加约1 dB.     

海洋环境对海面源噪声场的影响分析

海面源产生的海洋环境噪声场与海洋声学环境参数紧密相关.研究海洋声学环境参数对海面源产生的噪声场互谱密度的影响,有助于深刻理解此类噪声场空间分布的物理内涵,为其服务于海洋环境参数反演和目标检测定位奠定基础.基于简正波模型推导了海面源产生的环境噪声场的互谱密度函数,通过仿真计算讨论了不同声速剖面与不同海底参数情况下,采用积分的方法计算各号简正波对海洋环境噪声强度的贡献,并用平面波模型计算相同海洋环境下的海底损失进行验证.结果表明,各号简正波对总声场的贡献同时受到声速剖面和海底参数的影响.其中声速剖面对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响较大,而海底参数对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响相对较小.对于海底参数而言,声速是影响各号简正波对总噪声场贡献的最主要因素;海底密度次之;海底声吸收对海底损失和各号简正波对总噪声场贡献的影响较小.对声速剖面而言,在负梯度声速剖面下,高号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大;在正梯度声速剖面下,低号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大.     

北太平洋水下脉冲声传播仿真

由于信号波形中携带环境参数信息,可利用波形或包络结构反演环境参数,掌握信号波形的传输规律是实现信道匹配的物理基础.将WKBZ简正波方法用于水下声道中的脉冲传播波形的计算、群速的求解.并仿真了窄带脉冲在北太平洋水下声道中的传播波形,仿真结果反映出了明显的信号传输的多途效应.分析了简正波群速对脉冲波形的影响,在收发深度均位于声道轴上时,在远距离上实现了简正波的分离;同时分析了收发深度与简正波幅度的关系及对脉冲波形的影响,得出在某一深度不是所有简正波对脉冲波形有贡献的结论.     

海底地震波波动成分及传播特性分析

为获取海底地震波波动成分及其传播特性,将两层半无限液固海洋模型中的波场表示成复积分的形式,采用鞍点法求解波场复积分的远场近似解,并阐述了与积分解相对应的波动成分及其传播特性.结果表明:海底界面处存在的波动成分包括直达声波、反射声波、侧面波、透射纵波、透射横波、泄漏瑞利波和Scholte波;其中直达声波、反射声波和透射波的波阵面为球面,侧面波的波阵面为圆锥面,Scholte波的波阵面为圆柱面.并应用高阶交错网格有限差分法对以上各种波的传播过程进行了数值模拟,给出了场量的波场快照,形象直观地显示出空间中存在的波动成分及其传播特性,数值模拟结果与理论分析结论相吻合.     

运动点声源声传播模型的数值算法

 从声传播的基础波动方程入手,推导了波导中运动点声源的声传播模型,并将推导结果发展为适用于计算机数值实现的简正波形式.该结果为采用匹配场处理技术对运动目标进行定位奠定了基础.     

基于表面波形获取水底压力的计算方法及其实验验证

为获取水面波形与水底压力的对应关系,提出基于表面波形获取水底压力的计算方法,建立表面波形和水底压力变化的测量系统.对水面波形测量结果,采用傅里叶级数展开法计算其系数,通过线性叠加法反演重构原来水面波形.根据有限水深色散关系计算不同频率组成波的波数,进一步计算出非规则波、船舶兴波以及船舶在波浪中航行时的水面波形在水底引起的压力变化.仿真结果表明,理论计算与实验结果吻合较好.     

非均匀海底和粗糙界面引起的平面内海底散射

结合Ivakin等的射线管积分法和Hines的复射线/最速下降法, 提出了一个计算随机非均匀海底和海底粗糙界面引起的平面内海底散射模型. 对于一任意给定的入射角, 利用该模型可以很容易地计算出不同散射角时的海底散射强度(这一点对基于简正波理论的浅海混响模型非常重要), 利用已发表的海底散射实验数据对模型进行了检验, 并且讨论了散射强度的频率、角度关系以及海底介质非均匀的物理参数对散射强度的影响.     

气枪声源诱发的浅海海底地震波场建模与试验

为预报浅海中气枪声源诱发的海底地震波场,将有限元法和无限元法耦合,建立了浅海海底地震波场模型.以雷克子波或实测的水中气枪声源信号为输入激励,分别运用声学有限元、结构有限元构建海水和海底,通过施加绑定约束建立海水和海底介质的流固耦合模型,结合实际情况设置沉积层,利用无限元对海水和海底模型的边界进行截断处理,以模拟无限空间,从而构建气枪声源诱发的浅海海底地震波场有限元-无限元耦合模型.开展了海上试验,从时频分布及能量占比角度,对比了海试数据和模型仿真结果,验证了耦合模型的有效性.     

ANSYS中黏弹性人工边界实现方法

目的解决在大型商业软件中考虑土-结构相互作用时结构地震反应分析的黏弹性边界问题.方法利用combine14单元的黏性和弹性性能,将地震波作为外源波转化为边界节点的输入应力波,开发了一种基于黏弹性人工边界条件的地震波动输入程序.采用二维模型研究了单元尺寸、人工边界修正系数对边界模拟精度的影响.结果单元尺寸大小的选择应该满足一定的条件才能保证计算结果的完整性,不丢失地震波中的主要频率成分;人工边界修正系数的取值小于建议取值范围时,计算结果会发生明显的漂移,人工边界修正系数的取值大于取值范围时,在收敛前计算结果会有很大波动,导致模拟精度的降低.结论算例验证表明该边界条件精度满足要求,能够实现地震波动输入,且操作简便,易于应用.     

全火星模型中震波传播特征的数值模拟研究

采用基于交错网格的傅里叶伪谱与有限差分混合方法, 求解弹性波动方程, 根据地球化学分析得到的两个火星理论结构模型, 模拟二维全火星模型中P-SV波和SH波的传播过程。根据理论地震图和波场快照, 讨论全火星模型中震波的传播过程以及各种震相的产生和演变, 分析模型内部火星壳厚度以及火星核幔边界深度对震波传播的影响。结果表明, 在低速火星壳内部多重反射波及转换波的相干叠加会形成很强的波列, 其特征受火星壳厚度的影响较大, 在切向分量上可以更清晰地观测到核幔边界的反射震相。     

The Earth's 'hum' is driven by ocean waves over the continental shelves

Observations show that the seismic normal modes of the Earth at frequencies near 10 mHz are excited at a nearly constant level in the absence of large earthquakes. This background level of excitation has been called the 'hum' of the Earth, and is equivalent to the maximum excitation from a magnitude 5.75 earthquake. Its origin is debated, with most studies attributing the forcing to atmospheric turbulence, analogous to the forcing of solar oscillations by solar turbulence. Some reports also predicted that turbulence might excite the planetary modes of Mars to detectable levels. Recent observations on Earth, however, suggest that the predominant excitation source lies under the oceans. Here I show that turbulence is a very weak source, and instead it is interacting ocean waves over the shallow continental shelves that drive the hum of the Earth. Ocean waves couple into seismic waves through the quadratic nonlinearity of the surface boundary condition, which couples pairs of slowly propagating ocean waves of similar frequency to a high phase velocity component at approximately double the frequency. This is the process by which ocean waves generate the well known 'microseism peak' that dominates the seismic spectrum near 140 mHz (refs 11, 12), but at hum frequencies, the mechanism differs significantly in frequency and depth dependence. A calculation of the coupling between ocean waves and seismic modes reproduces the seismic spectrum observed. Measurements of the temporal correlation between ocean wave data and seismic data have confirmed that ocean waves, rather than atmospheric turbulence, are driving the modes of the Earth.     

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.     

高频超声清洗中声场分布的仿真及实验研究

高频超声乃至兆声清洗广泛应用于半导体器件的超精密清洗,可以有效去除纳米颗粒污染。其中,声能在声场中的分布决定了清洗效果,包括去除均匀性和清洗对象破坏。对于矩形清洗槽内的声场分布,采用简正分解理论直接求解声压分布。结果表明,兆声声能集中于声源辐射轴所在的局部区域,声压波腹和波节分布反映声源振动面形状,而超声波声能扩散至全声场。采用水听器对超声波声场声压分布进行测量,与理论结果相符。由于截断误差和非线性空化误差的存在,理论值小于实验测量结果。     

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.      

关于声速测量中几个问题的研究

声速测量是根据入射波和反射波叠加后的状态随反射界面到声源的距离的不同而呈现出周期性变化这一特点进行测量的，由于实际的情况比理想的情况复杂得多，且两波叠加后的物理图像较抽象，使得波在界面上的反射理论常常容易出现错误的观点。为此，本文在忽略媒质对声波吸收的情况下，推出两波叠加后的方程，得到简单清晰的物理图象，并在此基础上阐述测量原理。     

次声在灾害监测方面的研究现状和进展

次声是频率小于20 Hz的声波,自然界中各种物理现象在孕育、发生、发展过程中均伴随有次声波的产生,并且不同物理现象所产生的次声波有着各自固有的频段,随着监测手段的逐步完善和CTBTO全球次声检测系统的逐步建立,次声波在灾害监测方面发挥着越来越重要的作用。介绍了次声监测的常用装置和定位方法,阐述了不同灾害在孕育阶段和发生阶段所产生的次声波的频率,并通过介绍多种灾害在孕育、发生阶段产生的次声波,分析了对于同种灾害在酝酿期和发生过程中所产生的次声波频率的不同。     

有限深层化海洋中的压力脉动点源函数

利用积分变换和本征函数展开法，导出了层化海洋中有限深情形下二维和三维压力脉动源函数的一个更易于分析和数值计算的双线性级数表达式．对二层海情形，源点越接近密跃层，内辐射波越大；若低频或海水显著分层，即使源点离密跃层较远，内辐射波也有可能是显著的，且其振幅可大于自由表面辐射波振幅；低频时在仅对内波感兴趣的情形，在自由面上作刚性壁假定是合适的     

蜀南地区DTC区块中二叠统茅口组高产气井地震响应及裂缝预测研究

针对蜀南地区DTC区块中二叠统茅口组储层孔渗条件差、非均质性强的特点,开展了茅口组主力产层段茅三段高产井地震反射特征及裂缝定量预测研究。结合邻区勘探成果,通过对研究区多口高产井的储层精细标定,总结出高产井储层段的地震波形特征为低频强振幅的波谷响应,横向上波谷呈现较强的扭曲错动现象,包括波谷反射不连续,并伴有波形分叉、合并或呈楔形、复波等,为茅口组顶部古风化壳物性横向非均质性强、低速缝洞系统的特征响应。以此为基础,利用基于叠前方位各向异性(AVAZ)技术对茅三段裂缝发育特征进行了预测和刻画,经与钻井、前期叠后裂缝预测结果反复比对,最终认为利用AVAZ技术进行裂缝预测,结果更加可靠,更加适用于蜀南地区海相碳酸盐岩的裂缝预测。 关键词 蜀南地区 茅口组 地震响应 叠前方位各向异性 裂缝预测[基金项目：国家十三五重大专项（编号：2016ZX05052001,2016ZX05047-002-05）、中国石油集团公司重大专项编号：2016E-0604）、中国石油科技创新基金研究项目（2016D-5007-0107）联合资助 第一作者简介：吴仕虎（1981— ）,博士研究生。研究方向：石油地质与地球物理综合研究。E-mail：shihuwu@petrochina.com.cn     

耳蜗电图与脑干电反应的综合描记方法

本文同时引导三种听诱发电反应——耳蝸电图(EcochG)、脑干电反应(ABR)和采用以鼓泡后壁为记录电极、头顶部为参考电极的新引导方法引导的EcochG和ABR综合波——E-A综合波。共用12只豚鼠测了16只耳,观察到三种波群相应各波的潜伏期在同样声刺激强度下的潜伏期及随声刺激强度减弱时潜伏期延长的数值和规律相同,说明三者相应各波的起源是同源性的。但E-A综合波具有明显的CM和其后的5～6个波,其中1波最大,即兼有EcochG和ABR两者波形的特点。而且E-A综合波各波波幅也比EcochG和ABR各波波幅大,易于测量。由于E-A综合波具有EcochG和ABR两者的特点,可引导出从耳蜗感受器直到丘脑水平听觉神经系统的电位,所以代表范围广,应在实验研究和临床应用中比EcochG和ABR更有意义,可以代替EcochG和ABR两者的新的引导方法。