分量式钻孔应变观测的理论频响分析

论文摘要

高分辨率分量式钻孔应变仪作为一种地壳应变观测仪器,可以有效地弥补GPS和地震仪的观测频带不足。当前的分量式钻孔应变仪主要包括RZB型钻孔应变仪、YRY型钻孔应变仪以及Gladwin型钻孔应变仪。这些分量式钻孔应变仪已经在美国PBO计划以及中国钻孔应变仪台网中得到广泛的应用,有效地推进了火山动力学、地球动力学、地震孕育发生过程等方面的研究。高分辨率分量式钻孔应变观测的理论模型是远场均匀应变作用下的圆孔应力集中模型。该模型适用于地壳应变场准静态变化情况。而对于高分辨率分量钻孔应变仪能否实现地震应变波的定量化观测,目前还缺乏系统性的研究。分量式钻孔应变观测本质上为低通滤波器,包括钻孔系统(对应着理论频响)和内径测量元件系统(对应着仪器频响)。分量式钻孔应变观测的最终带宽取决于理论频响和仪器频响的带宽最小值。仪器频响的带宽可以通过测量元件设计来进行人为调整,而理论频响则无法人为控制。为了探讨分量式钻孔应变仪实现地震应变波定量化观测的可行性,本文引入钻孔对弹性波散射的模型和不同内径变化组合模式,系统开展了分量式钻孔应变观测的理论频响研究。当入射波入射至钻孔上,钻孔的直径变化主要是由入射波场和散射波场叠加产生的总波场来决定,可通过钻孔对弹性波散射理论来计算。类似于静态情况下,提出不同的内径变化组合模式来反映入射波的面应变和最大剪应变。本文首先考虑入射P或SV波垂直钻孔轴入射时,分别针对空孔模型,一层模型(内嵌套筒层),二层模型(包括套筒和及膨胀水泥层)分析分量式钻孔应变观测的理论频响。其次考虑入射P或SV波相对钻孔轴斜入射时,分别针对空孔模型,一层模型(内嵌套筒层),二层模型(包括套筒和及膨胀水泥膨胀水泥层)分析分量式钻孔应变观测的理论频响。通过算例分析,本文取得如下创新性认识:1、本文提出的不同的内径变化组合模式FV4、FV2、TV能够反映入射波的面应变,TS和FS能够反映入射波的最大剪应变分量。2、理论频响的带宽远大于目前分量钻孔应变仪的仪器频响带宽,表明可以通过增加仪器频响带宽来扩大分量式钻孔应变观测的带宽。3、膨胀水泥、套筒层对理论频响的幅值有一定的影响,因此分量式钻孔应变波观测的校正系数必须通过原位校正方式来实现。4、入射弹性波极化角及倾斜角对理论频响的幅值有很大影响。因此在实际钻孔应变波观测中应该精确确定入射弹性波极化角及倾斜角,尤其在钻孔应变观测的动态原位校正方面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状分析
•   1.4 本文主要内容
• 第二章 钻孔对弹性波散射理论基础
•   2.1 弹性波散射理论的基本方程
•   2.2 弹性波散射理论的基本解
• 第三章 相对钻孔轴垂直入射情况下的钻孔频响分析
•   3.1 空孔情况下钻孔应变频响分析
•     3.1.1 P波入射时的散射及动态响应
•     3.1.2 SV波入射时的散射及动态响应
•   3.2 内嵌一层情况下钻孔频响分析
•     3.2.1 P波入射时的散射及动态响应
•     3.2.2 SV波入射时的散射及动态响应
•   3.3 内嵌两层情况下钻孔频响分析
•     3.3.1 P波入射时的散射及动态响应
•     3.3.2 SV波入射时的散射及动态响应
• 第四章 相对钻孔斜入射情况下的钻孔频响分析
•   4.1 空孔情况下钻孔频响分析
•     4.1.1 P波入射时的散射及动态响应
•     4.1.2 SV波入射时的散射及动态响应
•   4.2 内嵌一层情况下钻孔频响分析
•     4.2.1 P波入射时的散射及动态响应
•     4.2.2 SV波入射时的散射及动态响应
•   4.3 内嵌两层情况下钻孔频响分析
•     4.3.1 P波入射时的散射及动态响应
•     4.3.2 SV波入射时的散射及动态响应
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表或撰写的论文及相关交流
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张康华

导师: 田家勇

关键词: 分量式钻孔应变观测,弹性波散射,入射波,理论频响,带宽

来源: 中国地震局地壳应力研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 中国地震局地壳应力研究所

分类号: P315.62

总页数: 150

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