层状介质中轴对称柱面瑞利面波频散函数的计算

　万方数据

作者：凡友华，肖柏勋，刘家琦

作者单位：凡友华,刘家琦(哈尔滨工业大学,)，肖柏勋(长江工程地球物理勘测研究院,)

刊名：

地震工程与工程振动

英文刊名：EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION

年，卷(期)：2001，21(3)

被引用次数：5次

参考文献(12条)

1.N A Haskell The dispersion of surface waves on multilaycrcd media 1953

2.L Knopoff A matrix method for elastic wave problems 1964

3.F Schwab.L Knopoff Surface-wave dispersion computtations 1970

4.F Schwab.L Knopoff Fast surface wave and free mode computations 1972

5.Thrower E N The computation of elastic waves in layered media 1965

6.J W Dunkin Computation of model solutions in layered elastic media at high frequencies 1965

7.H T Waston A note on fast computation of Rayleigh wave dispersion in multi-layered half-space 1970

8.A Abo-Zena Dispersion function computations for unlimited frequency values 1979

9.William Menke Comment on ＇ Dispersion function computations for unlimited frequency values 1979

10.李幼铭.束沛镒层状介质中地震面波频散函数和体波广义反射系数的计算[期刊论文]-地球物理学报 1982(02)

11.张碧星.喻明.熊伟.兰从庆层状介质中的声波场及面波研究 1997(03)

12.B L N Kennettt Reflection rays and reverberations 1974

相似文献(10条)

1.期刊论文袁文福.王喜臣利用瑞利波法检测地基波速中的测点布置问题探讨-内陆地震2004,18(3)

利用既有精确解和瑞利波近似解,分析了泊松比为0.30的匀质弹性地基在竖向点源简谐振动下地表质点振动相位及其求出的瑞利波随点-源距、测点间距而变化的规律.研究表明,当由面波法检测R波速度的容许误差一定时,最小点-源距将随测点间距的增大而减小,意味着目前常用做法缺乏理论的完备性.

2.学位论文梁志强层状介质中多模式面波频散曲线研究2006

在地震勘探中，很长时间以来面波都是作为一种“干扰”而出现的。但是，自从上个世纪50年代初，瑞利面波在层状介质中具有的频散特性被发现之后，随着人们对瑞利波的理论以及应用研究的深入，瑞利波已经开始在天然地震与地球内部结构、人工地震勘探、超声无损检测等领域得到了大量的研究和应用。瑞利波法涉及的问题也大致归结为三个方面：第一是数据的采集和处理；第二是瑞利波的正演理论，这个问题大多数研究都集中在对层状介质中瑞利波频散曲线的计算，它涉及到数值稳定性问题以及计算速度问题；第三是数据的解释以及反演。瑞利波数据的反演程序中必然要用正演公式，正演公式的可信度及精确性对反演结果有着直接的影响，正演的计算量则对反演的速度有很大的影响。因此，在理论上推导出一种快速、稳定、精确的计算层状介质中瑞利面波频散方程和计算方法对于瑞利波法的进一步广泛应用无疑具有重要的现实意义。

对瑞利波频散方程的数值计算表明，层状介质中瑞利波往往存在多种模式，多模频散曲线有什么特征?怎样进行解释?这也是一个问题。多模式频散曲线在理论上应该表现为多条，而实际提取的频散曲线往往为一条，这一条频散曲线对应哪个模式，目前还不清楚。怎样将多模式的多条频散曲线与实际提取的一条频散曲线相统一，是目前瑞利波反演需要解决的关键问题。

美国Kansas大学夏江海博士将基模波和高模式波结合起来考虑，用阻尼最小二乘法进行瑞利波的反演，获得了很好的效果。凡友华在考虑多阶模的情况下研究的瑞利波勘探也取得了良好的效果。这些研究工作都说明了研究多阶模式的瑞利波频散曲线的重要性。

本文在详细分析了国内外瑞利波的理论研究和应用现状以后，针对瑞利波频散曲线的正演问题，开展了水平层状介质中面波频散曲线的理论研究

，编程实现了两层、多层水平固体层状介质情况下多模式面波频散曲线的数值计算，分析了各种情况下介质的横波速度、密度、以及介质的厚度对多模式面波频散曲线形态的影响，并特别分析了含有低速夹层时多模式面波频散曲线的形态特征。随着浅层地震勘探从陆上开始向滩浅海、湖泊等地域延伸，作者特别研究了对于水平层状固体介质的表层上覆液体时的面波频散曲线的形态特征，这也是论文的新颖之处。

论文指出：除了横波速度递减等几种比较特殊的模型以外，大部分介质情况下都具有多阶的瑞利波模式，同时通过分析，发现多阶模式是瑞利波实际勘探中产生“之”字型频散曲线的主要原因。并且通过计算介质表层为液体层的面波频散曲线，为湖泊和浅海等表层为液体的地区的瑞利波勘探提供一定的理论依据。

瑞利波勘探法作为一种新兴的工程地震勘探方法，己开始引起许多学者的兴趣，并在许多领域中得到大量的实际应用，但还存在一些亟待解决的问题。本课题对层状介质中多模式面波频散曲线的研究就是在这种背景下提出来的，其研究结果无论是对于面波法的工程应用，还是对面波理论的充实都具有实际的意义。

3.会议论文何正勤.叶太兰.苏伟用瑞利波相速度研究云南地区的地壳中上部三维速度结构2003

本文采用Ditmar & Yanovskaya面波层析成像方法进行了相速度平面分布的反演.对1-20秒周期范围内按间隔1秒共获得20个周期(在

97.5°~105°E,21.5°~28.5°N区域)的相速度分布图象和5个相速度分布剖面图.利用面波反演方法求得各节点下方的地壳中上部的横波速度结构.对研究区域内按0.5°×0.5°网格对各节点的横波速度进行反演,得到了云南地区地壳中上部的横波速度结构,取得了很好的研究效果.

4.期刊论文张惠龙.刘宝君面波法的数据采集处理系统及其应用实例-西部探矿工程2007,19(12)

通过应用SWS-2型面波仪的具体实例,介绍瞬态面波数据采集处理系统的主要技术指标、软件特点与运行环境,阐明多道面波采集系统在发展瞬态面波

法方面的关键作用.

5.学位论文贾辉瞬态瑞利波法在隐伏断层探测中的应用研究2007

在浅层反射波地震勘探中，常常由于近炮点接收段受强能量面波的干扰，而无法获取浅部探测盲区内的速度结构信息。本文试图利用这种在近炮点接收段中能量最强的面波来探测地层浅部的速度结构。并通过完善瑞利波勘探的数据采集技术、改进数据处理方法，将其用于探测隐伏断层附近浅层速度结构的横向变化特征。

本文在充分调研的基础上阐述了瑞利波勘探的基本原理和国内外最新研究进展。目前，常用的瑞利波勘探方法主要有表面波谱分析方法(SASW)和瞬态多道面波分析法(MASW)。本文通过实验研究分析了两种方法的优点和缺点，并结合隐伏断层附近介质横向变化大的特点，提出了两道与多道相结合的数据处理方法。并在夏垫断裂附近进行了瑞利波勘探相关的多种野外数据采集试验。在数据处理中，两道法用窄带通滤波互相关方法提取频散曲线，多道法用触分析法提取瑞利波频散曲线，然后用半波法和遗传算法反演得到速度结构剖面。通过与钻孔资料对比，表明了瞬态瑞利波法在地质勘察中的可靠性。在得到的速度分布剖面中，清晰地显示出夏垫断裂附近明显的速度变化。这说明在横向非均匀介质中，两种方法结合可以有效地揭示浅层速度结构的横向变化特征，对于探测地表介质中非均匀异常地质体和断裂向浅部的延伸状况都具有广泛的应用前景。

在瑞利波勘探野外工作方法的研究中，通过对试验数据的处理，分析了接收道数(N)、偏移距(Offset)和震源等参数变化对测试结果的影响，结果表明：瑞利波的频带范围与激发能量、检波器固有频率及场地条件有关。能量高，激发的瑞利波主频相对较低；能量低，激发的瑞利波主频相对较高；为了达到较深的勘探深度，应选择能量较强的激发震源和固有频率较低的检波器接收。测试结果的稳定性与接收道数有关。接收道数越多，结果越稳定

，提取的频散曲线精度越高。在瑞利波勘探中，24道接收基本可以满足探测需求。此外，测试中的偏移距应当根据被测的目标层深度和场地的瑞利波速度范围来确定。

本文还把瞬态多道瑞利波法应用于提取反射剖面中的浅层速度结构，取得了一定的成果。表明在横向介质变化较小的情况下，利用瞬态瑞利波法确定的浅层速度值，可以为反射波勘探的数据处理提供浅层速度变化情况，供静校正时参考。

6.期刊论文涂忠仁.汤柯.张山金瑞利面波理论及其在地基处理中的应用研究-西部探矿工程2010,22(10)

瑞利面波检测法已广泛应用于地基处理效果评估.首先通过深入研究层状介质中瑞利波应力场函数以及传递矩阵法,得到求解瑞利波频散曲线的解析式;根据嘉华大桥北延伸段地基处理工程中强夯前后瑞利面波频散曲线对比情况,得到了对该区段强夯处理前后的波速变化情况,研究表明:采用合理的强夯参数能够极大地提高影响深度范围内瑞利波的波速值,强夯前后波速平均提高30%,最大值甚至高达56%.这表明强夯可以提高地基的密实度以及消除大部分地基后期差异沉降.

7.会议论文林昀.朱正国利用瞬态瑞利波法检测铁路岩溶路基注浆效果2001

作者应用瑞利波探测法,对岩溶塌陷采取注浆处理的注浆效果进行检测,评价,结果证明此方法能够客观评价注浆效果,比其它检测方法有优越之处.

8.学位论文李军福建地区脉动资料的处理与分析2006

脉动——这一随时随地都可以观测到的微小振动，因为其特有的性质而正受到越来越多人的关注。本文首先总结了国内外对脉动的研究的现状，然后对2005年5月1日至2006年8月12日期间福建省数字地震监测台网9个宽频带台站所记录到的脉动进行了研究分析，主要工作如下：

1．利用福建省数字地震监测台网在2005年5月1日至2006年8月12日期间所记录到脉动资料，分析了福建地区脉动的均方根速度和卓越频率随时间和空间的变化规律，分析结果表明，9个宽频带台站脉动记录的均方根速度的变化表现出很好的一致性，沿海台站记录到的脉动的幅值要高于内陆台站的记录，在台风期间各个宽频带台站的均方根速度都有一个明显增大的过程；9个宽频带台站脉动记录的卓越频率一般在0.3Hz之间，而且各个宽频带台站脉动记录的卓越频率的变化也表现出很好的一致性；在台风期间，卓越频率都有一个明显的降低。最后本文研究了脉动均方根速度的变化与福建省内

ML≥2.5和周边地区ML≥4.5的地震之间的对应关系，发现两者之间并无十分明显的对应关系。

2．在台风期间，脉动的幅值明显增大，这种被加强的脉动信号也许能更好的反映出脉动的振动特性，为此，本文特意对2006年8月桑美台风期间福建省内9个宽频带台站的脉动记录进行了分析，结果表明：垂直向脉动与水平向脉动(东西向)之间有很好的相关性，相关系数可以达到甚至超过0.8，而且水平向脉动与垂直向脉动之间相位差为π/2，且垂直向脉动比水平向脉动超前；脉动在传播过程中，引起地表介质的质点作逆椭圆运动，而且椭圆上部质点的运动方向指向海洋一侧；在0.1-0.5Hz频带范围内，水平向脉动(东西向)与垂直向脉动的幅值谱谱比一般在0.5-0.8之间，这和理论上推导得到的自由表面上的瑞利波的幅值谱谱比(0.54-0.79)有一个很好的吻合，而且0.1-0.5Hz频带范围内谱比的均值一般在0.7左右，和理论上得到的泊松介质自由表面的瑞利波水平向与垂直向幅值比(0.68)很接近：因此，本文认为瑞利波是脉动的主要成分。

3．基于中国地震局地震预测研究所郑斯华等人所做的根据环境噪声提取面波格林函数的方法，以5分钟为一间隔，计算25天内不同台站垂直向脉动记录之间相关系数并将其累加，通过累加结果估计了福建地区面波的传播速度，分析中发现，该方法得到的结果比较稳定，台风不会对该方法的结果产生明显的影响，计算得到的福建地区6个宽频带台站之间面波的传播速度在2.7-3.2Km/s之间，和实际观测得到的面波的传播速度比较接近，这说明该方法可用于对地下介质特性变化的近实时监测。

4．为了搞清台风期间脉动的衰减特性，本文在Peter D.Bromirski等人的研究基础上，假设福建省数字地震监测台网所记录到的脉动主要是由于近海的某一片区域所产生的，然后在这一假设的基础上，计算了桑美台风期间脉动的衰减规律，结果表明，脉动的振动幅值的衰减和瑞利波的衰减很相似，基本上也是按照1/平方根r 规律衰减，这从衰减特性上表明脉动的主要成分为瑞利波。

5．根据前人所做的研究，本文假设脉动主要由洋面上海浪驻波产生的，海浪驻波高度的变化引起了海底压力的变化，进而产生了脉动。本文在这种假设的基础上，通过理论分析，得到了海浪有效波高与脉动均方根速度之间的关系，并利用福州台的脉动记录估计了福州近海海浪的有效波高，分析发现，理论上推导得到的海浪的有效波高和实际记录到的有效波高相差不大，两者处于同一个数量级，这就从另一个角度为脉动主要是由于海浪的活动引起的这一假设提供了有力的支持。

最后，作者对全文的研究工作进行了总结，讨论了今后应该进行的研究工作。

9.期刊论文陈龙珠.严细水.赵永倩关于面波法检测地基波速中的测点布置问题-岩土工程学报2003,25(1)

对泊松比为0.25的匀质弹性地基,利用既有精确解和瑞利波近似解,分析了在竖向点源简谐激振下地表质点振动相位及其求出的瑞利波速随点-源距、测点间距而变化的规律.研究结果表明,当由面波法检测R波速度的容许误差一定时,最小点-源距将随测点间距的增大而减小,意味着目前的常用做法缺乏理论完备性.

10.期刊论文周青云.何永峰.靳平.廖桂生.ZHOU Qing-yun.HE Yong-feng.JING Ping.LIAO Gui-sheng利用多重滤

波方法提取面波频散曲线-西北地震学报2006,28(1)

多重滤波方法已被证明在分析面波的频散特性时是一种有效而快速的方法.本文用单个台站的单次地震事件记录,应用MFT(Multiple Filter Technique)方法提取了内华达地区的面波频散曲线并分析了其特征,认为其具有大陆基振型瑞利波频散曲线的典型特征.还利用广义反透射系数法快速计算了瑞利面波频散曲线,尤其是基阶瑞利波相速度及群速度频散曲线;并且在由振型叠加方法合成的理论地震图的基础上,通过比较理论频散曲线和MFT方法得到的频散曲线,研究了多重滤波的可靠性.

引证文献(4条)

1.张玉池.温佩琳.张兆京岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征[期刊论文]-湖南科技大学学报(自然科学版) 2008(2)

2.侯兰杰.陈兴长.崔春龙瑞雷波法的发展及研究现状[期刊论文]-实验科学与技术 2007(4)

3.李庆春.邵广周.刘金兰.梁志强瑞雷面波勘探的过去、现在和未来[期刊论文]-地球科学与环境学报 2006(3)

4.何世聪瑞雷波频散曲线提取方法的研究[学位论文]硕士 2005

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