斷層處地震波傳播的彈性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、地震和斷層的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。地震可能導(dǎo)致斷層的生成,而斷層的活動(dòng)也會(huì)引發(fā)地震。實(shí)際上,斷層的產(chǎn)生或地震的發(fā)生都和地下的構(gòu)造應(yīng)力有密切的聯(lián)系。從斷層處考慮,斷層的破裂直接影響著地震波的形成,而斷層處各介質(zhì)的物理狀態(tài)決定了斷層未來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),彈性動(dòng)力學(xué)正是研究彈性物體對(duì)動(dòng)力載荷的響應(yīng)。在早期的研究中,地震波理論是基于理想化的地層;均勻的或具有層狀結(jié)構(gòu)的。在實(shí)際斷層情況下,需要我們考慮實(shí)際的地球介質(zhì):非均勻各向異性。就討論地震波入射到斷層面而言

2、,斷層面是一個(gè)特殊的應(yīng)力間斷反射界面,兩側(cè)介質(zhì)間的關(guān)系是一個(gè)彈性接觸關(guān)系。從數(shù)學(xué)力學(xué)角度觀察,地震波入射到斷層面可以歸結(jié)為一個(gè)彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,即研究彈性體在外力的作用下,彈性體瞬態(tài)變形和應(yīng)力變化的規(guī)律。地震波的傳播在斷層處我們可以歸結(jié)為波動(dòng)方程的邊界問(wèn)題,分界面的作用在于提供了某些邊值條件,也就是常說(shuō)的不連續(xù)分布問(wèn)題。對(duì)復(fù)雜介質(zhì)建模和數(shù)值模擬隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟,間接導(dǎo)致了現(xiàn)代彈性波理論的飛速發(fā)展。要建立更加適用的模型就需要對(duì)

3、介質(zhì)的參數(shù)有一定的了解。通過(guò)研究地震波,利用現(xiàn)有的介質(zhì)理論,可以得到斷裂走向,介質(zhì)密度等重要參數(shù),而用數(shù)值方法模擬彈性波在復(fù)雜介質(zhì)中的傳播,研究彈性波的傳播特性,對(duì)復(fù)雜介質(zhì)的某些參數(shù)對(duì)波傳播的影響的認(rèn)識(shí)將會(huì)有很大的幫助。
　　 本文從彈性介質(zhì)的體積元出發(fā),探討了體積元的彈性力學(xué)、動(dòng)力學(xué),并由此推導(dǎo)彈性介質(zhì)在力學(xué)上的微分型理論,進(jìn)而從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的質(zhì)量守恒,線動(dòng)量守恒,角動(dòng)量守恒以及能量守恒出發(fā),研究出彈性介質(zhì)瞬態(tài)變形和應(yīng)力變化的

4、規(guī)律,從而進(jìn)一步研究了彈性波在地下介質(zhì)中的彈性動(dòng)力學(xué)理論,并借助計(jì)算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)了波場(chǎng)的正演模擬,得出地震波在斷層處的彈性動(dòng)力學(xué)特征?？偨Y(jié)了研究斷層地震波的現(xiàn)狀,從彈性波動(dòng)力學(xué)方程及其核心問(wèn)題的角度出發(fā),分析了彈性波在均勻和非均勻各向同性介質(zhì)中的波場(chǎng),在掌握了正演原理及正演模型建立技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)Tesseral2-D正演模擬軟件,探討了影響彈性動(dòng)力學(xué)方程解的精確性的因素,并建立多個(gè)模型,深入研究了實(shí)際地層中含有破碎帶的地層對(duì)彈性波傳播