多阶模态瑞利面波频散曲线的BP神经网络反演

瑞利面波勘探已经广泛应用于工程地质勘探和工程质量检测等领域中。瑞利面波勘探频散曲线反演解释时主要考虑基阶模态面波。当地层中含有软弱层以及表层为高速层时,在高频段高阶模态面波相对基阶模的能量更占优势。在瑞利面波勘探频散曲线反演解释中,必须考虑高阶模态面波的信息;在高阶模态面波占优势时,同时利用多阶模态组合频散曲线（包括基阶、二阶、三阶、四阶等）进行反演解释。本文通过对软夹层型和地表为高速层两种高阶模态面波能量较强的地层结构的理论和实测多阶组合模态频散曲线的反演研究,获得了比仅利用基阶模态面波解释更好的效果。     

瑞利面波最大模频散曲线的反演解释方法

讨论了高阶模态面波位移幅度占优势并由于高阶模态面波的影响、难以提取完整的基阶模态面波的频散曲线的情况下,利用"最大模"频散曲线进行反演解释的必要性.对软夹层型和地表为高速层两种高阶模态面波位移幅度较强的地层结构的理论和实测"最大模"频散曲线进行反演研究,获得了比仅利用基阶模态面波解释更好的效果.同时还讨论了初始模型建立和反演方法等问题.     

数字滤波法分离高、基阶模态瑞利面波的应用

面波勘探主要利用基阶模态面波频散曲线进行定性或定量解释,而记录中的高阶模态面波对提取基阶模态面波频散曲线是一种规则干扰,本文采用二维数字滤波法去除高视速度的高阶模态面波。模拟了软夹层型和硬夹层型两种地层结构的含多阶模态面波理论记录和频散数据。利用带通切饼式二维数字滤波器对存在视速度差异的高阶模态面波和基阶模态面波进行滤波分离试验,研究证明二维数字滤波方法简单可行,可以在一定程度上压制高阶模态面波的影响。特别对于高阶模态面波影响严重的面波记录有突出基阶模态面波的较好效果。     

基于数字滤波法的瑞利面波高阶基阶模态分离试验及实例分析

瑞利面波勘探中软夹层型地层结构是常见的病害结构,其危害性极大,是许多工程和地质灾害调查的目的层,历来备受关注。该地层结构条件下,高能量的高阶模态面波存在影响了基阶模态面波频散曲线的解释精度,为了采用基阶模态面波进行资料解释,则有必要研究分离高阶模态和基阶模态面波的方法技术。模拟软夹层型地层结构的多阶模态面波理论记录,利用二维数字滤波法分离高视速度的高阶模态面波,分析了滤波效果。结合软夹层型地层的工程实例,验证二维数字滤波法的有效性,并分析其在实际应用中取得的效果及其存在的问题。研究表明,二维数字滤波法具有较好的应用价值,运用滤波方法可对软夹层型地层中视速度差异明显的高、基阶模态进行有效分离。     

高阶模态面波在软弱薄层探测中的应用

面波勘探在浅地层波速测试及速度分层工作中取得了较好的地质效果．在一般情况下主要利用面波的基阶模态．有低速薄层存在时,瑞利面波的能量不仅分配在基阶面波中,有些高阶模态的面波还具有较高的能量,高阶模态面波的高能量反映了低速层的存在．在以高能量为标准的方法合成频散曲线时,各阶面波的综合作用使频散曲线上出现“之”字形特征．根据这些特征可以确定软弱薄层的空间位置．在实测资料解释中,注意利用高阶模态面波。取得了较好的地质效果．证明地震瞬态面波法对低速薄层有较高的探测能力。     

瑞雷波频散曲线的分模态提取与联合反演

瑞雷波在层状介质中传播具有频散特性,利用地震记录中的面波信息,提取面波的频散曲线,反演可以建立近地表的横波速度结构模型.本文建立了一个理论地质模型,理论合成面波地震记录,研究了频率波数域中而波频散曲线的分模态提取,并利用等厚分层阻尼最小二乘反演方法对面波各模态的频散曲线进行了分模态反演和联合反演.反演结果表明:瑞雷波基阶频散曲线的浅层(＜10m)反演结果与理论模型吻合最好,一阶高阶频散曲线在15～30m的反演结果与理论模型吻合最好,联合反演在整个深度范围内都可以很好的吻合理论模型,且反演结果的相对误差要低于分模态反演.     

分离高阶模态面波的τ－ｐ变换方法

用瞬态面波方法提取基阶模态面波频散曲线进行资料解释时,高阶模态面波为干扰波。根据高阶面波和基阶面波的群速度差异,应用τ－ｐ变换方法压制地震记录中的高阶模态面波。为研究τ－ｐ变换压制高阶面波的效果,模拟了２种高阶面波能量较强的地层模型的波形记录,应用τ－ｐ变换压制高阶面波,获得了基阶模态面波频散曲线。对地层中含有软弱层的实测数据进行τ－ｐ变换法分离高阶面波,较好地压制了高阶面波的影响。对理论模型和实测数据的应用效果表明,τ－ｐ变换方法压制高阶模态面波方法简单易行。     

基于主被动源频散曲线拼接策略的面波频散曲线反演研究

面波勘探是浅地表勘查的主要方法之一,传统的主动源面波方法探测深度通常在30 m以浅,且在噪声干扰复杂的城市环境中作用严重受限;被动源面波正是利用背景噪声为信号源,探测深度大,但对浅层介质分辨能力较差。为此,提出一种主动源、被动源面波数据处理方法,兼顾勘探深度和浅层分辨率。首先对主动源和被动源数据的频散曲线进行拼接,从而获得更宽频带的多阶频散曲线。然后采用数值模拟并反演处理,验证主被动面波频散曲线拼接策略的有效性。通过实测数据处理,对比分析了主动源方法和拼接策略的反演效果,证明了主被动源频散曲线拼接策略能有效提高反演结果精确度。该策略解决了单一震源能量频带有限对反演结果造成的影响,为面波勘探提供了新的手段。     

分离高阶模态面波的τ-p变换方法

用瞬态面波方法提取基阶模态面波频散曲线进行资料解释时,高阶模态面波为干扰波.根据高阶面波和基阶面波的群速度差异,应用Τ-p变换方法压制地震记录中的高阶模态面波.为研究Τ-p变换压制高阶面波的效果,模拟了2种高阶面波能量较强的地层模型的波形记录,应用Τ-p变换压制高阶面波,获得了基阶模态面波频散曲线.对地层中含有软弱层的实测数据进行Τ-p变换法分离高阶面波,较好地压制了高阶面波的影响.对理论模型和实测数据的应用效果表明,Τ-p变换方法压制高阶模态面波方法简单易行.     

层状介质瑞利面波的波形模拟研究

对地质模型进行瑞利面波正演计算可以模拟地震波在地下介质中的传播规律,以明确地质体瑞利面波记录特征。在瑞利面波资料解释过程中,对地质模型的正演计算可以对解释结果进行验证,并能提供地下地质体地震波岩石物理响应特性。本文首先根据地震波叠加原理,模拟计算3种常见速度结构地层条件下的瑞利面波波形记录;然后分析讨论了不同速度和厚度结构地层的高阶和基阶面波的能量分布和面波波形记录特征,研究结果证明由于地层速度和厚度结构的差异,各阶模态面波的能量分布不同,形成特征不同的波形记录。模拟面波波形能够帮助判断地层速度特征、指导野外施工参数设计等工作。在面波勘探工作中,具有重要的实用价值。     

工程场地浅层剪切波速结构反演

目的反演工程场地浅层剪切波速结构,验证中美联合地脉动台阵观测记录适合应用于实际工程场地的浅层剪切波速结构.方法对唐山地区两个实际场地观测,从地脉动台阵观测竖向记录中提取了Rayleigh波相速度频散曲线,从地脉动台阵3分量记录中提取了Love波相速度频散曲线,采用Haskell矩阵计算理论的Rayleigh波和Love波相速度.结合遗传算法与单纯形结合的反演算法对唐山地区的两个具体场地浅层剪切波速度结构进行了反演,并与实际的钻孔资料进行了对比.结果场地1提取的相速度频散曲线与理论计算结果有一定的差别.场地2提取的相速度频散曲线与理论计算结果符合较好,场地2的剪切波速结构反演结果较好,与钻孔资料的平均误差均在20%以内.结论利用从地脉动记录中提取Rayleigh波和Love波相速度频散曲线,反演场地剪切波速结构效果较好,适用于实际工程场地的浅层剪切波速度结构反演.     

瑞雷波勘探的f-k域能量最大模方法

瑞雷波的频散特性已在地震勘探及工程勘察等领域得到了大量应用,但目前存在一些问题亟待解决,例如当层状介质中存在低速层时,提取的频散曲线会发生"之"字形回折,利用传统的基阶模反演不能得到正确的结果.本文主要针对"之"字形频散曲线问题,提出f-k域能量最大模的概念,并成功地将最大模应用于频散曲线的f-k域提取及对地层结构的反演分析.通过反演模拟以及实测数据发现,最大模方法可以较好地解决基阶模反演所不能解决的"之"字形频散曲线反演问题.     

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为:根据目的层探测深度(如20m)将地下介质分为若干个(20个)厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层(共21层),这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明:细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层(每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等)更接近实际情况。     

基于ZnO/金刚石/Si结构的瑞利波频散特性计算

结合声表面波的基本理论和递归刚度矩阵法,通过将瑞利波从声表面波中分离,推导出基于ZNO/金刚石/Si结构的有效介电常数数学模型。根据所建立的数学模型,采用Matlab编制出相应程序,计算得到瑞利波的相速度和机电耦合系数频散曲线。该频散曲线具有较高的精确性,能很好地反映出瑞利波的频散特性。本文从解基本的波动方程理论出发,得到了三层结构的有效介电常数数学模型,并且将其程序化,最终得到了声表面波器件设计中的两个重要参数,为多层薄膜器件的设计奠定了一定的基础。     

面波勘探技术在工程勘察中的应用进展

回顾了瑞雷面波勘探技术的发展历史,介绍了主动源瞬态面波的互相关法、表面波谱分析法、相位展开法、τ-p户变换法、Ptony法、多道面波分析法等处理法,被动源面波(微动)的空间自相关法、频率波数法、HV谱比法,折射微动法等处理方法,分析了各种方法的优缺点以及适用条件.结果表明,主动源和被动源面波法可确定横波速度结构,其应用...