近地表三維複雜介質中瑞雷波傳播特性研究

《近地表三維複雜介質中瑞雷波傳播特性研究》是依託中南大學，由熊章強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：近地表三維複雜介質中瑞雷波傳播特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：熊章強
• 依託單位：中南大學

項目摘要

構造形態在三維空間中變化的立體性和介質性質在各方向上變化的複雜性是實際地下介質的兩個固有屬性。本項目擬通過理論分析和數值模擬作為主要研究方法：研究三維各向同性和各向異性介質中非均勻體對瑞雷波的散射特徵；研究瑞雷波高模式的形成機理、耦合方式及影響瑞雷波高模式的地層結構因素；研究隨機介質中瑞雷波的傳播特性。並通過開展野外實驗研究，對觀測數據的瑞雷波散射特性、高模式特徵以及基於隨機介質模型的瑞雷波特徵等進行分析，驗證所設計的各種三維複雜介質模型刻畫瑞雷波傳播特性的有效性，以達到較全面地認識瑞雷波在實際地下介質中波場傳播規律的目的。本項研究結果不僅對提高近地表複雜地質結構條件下瑞雷波的探測精度和實現三維面波勘探有重要的理論意義和套用價值，而且對大尺度地質結構的面波研究也具有參考價值。

結題摘要

面波（瑞雷波和勒夫波）憑藉其衰減小、信噪比高、抗干擾能力強、解析度高以及在層狀介質中具有的頻散特性，在近地表工程地質勘察中的第四系地層劃分、地下洞穴探測、地基加固處理效果評價、岩土體力學參數測定以及高速公路路基、水庫大壩的質量檢測、材料的超聲表面波等諸多領域有著廣泛的套用。目前關於面波傳播特性的研究主要是針對二維分層介質，隨著研究的不斷深入，三維複雜介質中面波的傳播特性的研究是非常必要的。本項目研究了基於MIC平台的並行計算實現面波高階有限差分數值模擬，通過設計不同的複雜介質模型對各向同性介質和橫向各向同性介質（VTI）中面波的傳播特徵進行了研究。項目通過理論分析及不同模型的數值模擬，分析了面波高階模式的形成機理，通過研究發現了面波高模式與橫波和轉換波的多次反射密切相關這一特性，同時對於頻散曲線高階模式中不同的相速度所對應於時間域中的波場記錄進行了研究。有關高階模式的提取可以採用先分離不同模式的波場記錄，然後單獨提取各階模式的頻散曲線，從而提高頻散曲線提交的精度。為了增加面波勘探的水平解析度及反演的可靠性，可利用S變換時頻分析的方法來提取兩道信號的頻散曲線，並且在兩道信號中可以提取高階模式，從而在反演中採用基階和高階模式頻散曲線聯合反演，增加了反演的可靠性。對於面波在隨機介質方面通過建立隨機介質模型並進行數值模擬，分析其波場傳播特徵和頻散曲線，從而對瑞雷波在隨機介質傳播過程中不均勻體影響情況進行了分析。對於瑞雷波在混凝土介質中的傳播特性的研究，通過分析骨料形狀、粒徑、顆粒大小等的變化對瑞雷波場及頻散曲線的影響，分析了瑞雷波在混凝土質量檢測中的可行性。面波勘探的發展必然要從目前的二維勘探轉向三維勘探，本項目所開展的三維複雜介質中面波傳播特性的研究對於今後開展三維面波勘探有非常重要的意義。