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。     

浅层地震多阶模态瑞利面波的位移幅度特征

研究了地层速度随深度递增型、地层中有硬层或软夹层型、表层为高速的公路型等4种地层结构在15 m深度内,瑞利面波各阶模态的位移幅度分布特征、多阶模态面波的理论频散曲线特征以及不同地层结构上的"最大模"面波频散曲线的特征.这些特征的研究有助于提高面波资料解释的准确性,在高阶模态面波占优势时,判断地层结构的类型,设计合适的反演初始模型,并有助于利用多阶模态瑞利面波解决复杂的地质问题.     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于多模式的多重滤波方法提取瑞雷面波频散曲线

为了验证多重滤波方法对两道地震信号提取频散曲线的有效性,通过设计层状与倾斜介质模型,采用交错网格高阶有限差分法进行正演模拟,利用F-K变换分离出时间—空间域不同模态瑞雷面波记录,再利用多重滤波法对频散曲线进行提取,将求取的相速度和群速度与相移法、互相关法提取结果并与理论值进行对比分析。结果表明:利用多重滤波法提取瑞雷面波频散曲线是可行的,且能够提取到高阶模式频散曲线。多重滤波法在低频段更具有稳定性,横向分辨率更高。最后通过实例证实了多重滤波方法的实际效果。     

考虑高阶模态时SASW法的反演

成层地基中的Ｒａｙｌｅｉｇｈ波存在多个模态．通常假定实测Ｒａｙｌｅｉ吵波弥散曲线为基模态［２，３］，然而对一般成层地基来说有时高阶模态的作用占主导地位．因此在利用表面波频谱分析法（即ＳＡＳＷ法）反演地基参数时，有必要考虑高阶模态的影响．本文通过轴对称情况下成层地基表面竖向位移解的Ｒａｙｌｅｉ沙波项，分析ＴＲａｒｌｅｉｇｈ波各模态所占能量的相对大小，并提出用Ｒａｖｌｅｉｓｈ复合波的复合弥散曲线来模拟实测弥散曲线，从而给出了考虑高阶模态作用时ＳＡＳＷ法的反演方法．     

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。     

基于模拟退火的全局混合反演方法及其应用

为了增强模拟退火算法的局部搜索性能,将局部搜索能力较强的单纯形法和鲍威尔法引入模拟退火算法当中,形成了基于模拟退火的全局混合反演方法。给出了模拟退火算法与单纯形法的镶嵌式结合方式以及模拟退火算法与鲍威尔法的串行式结合方式,并对其结合步骤进行了详细的阐述,以便于编程实现。分别对模拟和实测的直流激电测深曲线进行了反演试算:对于不具有等值性的激电测深曲线,反演效果很好,模型参数的相对误差基本控制在1%以内;对于等值性较严重或含有观测误差的激电测深曲线,全局混合反演方法也不能完全克服多解性,但可以通过改变模型参数空间和算法参数进行多次反演,最终可给出合理的解估计。     

激电测深数据一维自动迭代反演进行拟二维反演解释

为提高野外激电测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了激电测深数据一维自动迭代反演进行拟二维反演解释方法。本文所述的激电测深一维自动迭代反演解释,与以往的激电测深曲线自动解释方法不同,其主要特点是不用人工给定初始模型参数,即对实测电阻率曲线以采样间隔(如(lg10)/6)数字化后的点数作为层数,并且使其在整个反演过程中保持不变;以数字化后的相邻电极距的差作为层厚;以对应点的视电阻率值作为层阻,采用阻尼最小二乘法对同一断面的多条电测深曲线进行一维自动迭代反演。然后把反演结果绘制成断面图,对其进行二维地质推断解释。最后通过模型试算,结果表明其处理速度快,解释直观,对于作为野外激电测深数据的初步反演解释是可行的。     

瑞雷面波勘探技术研究述评

回顾了瑞雷面波的正反演、频散曲线的提取及工程应用进展情况,分析讨论了其现状及存在的一些问题,提出了解决问题新设想,并着重分析了高模式瑞雷面波在地质勘探和工程质量检测中的应用前景。     

基于分向半解析有限元法的矩形杆波动特性

为了研究超声导波无损检测的技术核心,利用分向半解析有限元法对矩形杆中超声导波的频散曲线进行计算,求解了几种不同尺寸、不同物理参数的矩形杆中超声导波的相速度和群速度曲线.通过对比得出分向半解析法能够精确求解矩形杆中导波的频散特性;几何尺寸和材料参数的变化对不同导波模态的影响并不相同.最后,搭建试验装置,对具体模型进行试验验证,进一步验证了计算方法的准确性.