超浅层弹性波波振二相拟模态试验分析理论研究

摘要

该研究将模态试验分析理论引入超浅层弹性波地震勘探领域,结合浅层地震勘探波动学原理,融介质结构振动响应和介质中弹性波波动动力学响应特征于一体,初步建立了超浅层弹性波有效激励下的波振二相拟模态试验分析的基础理论.从系统分析的角度,基于地球物理勘探广义背景,综合勘探仪器设备、勘探方式方法、非线性反演理论、当代数字信号处理和数字图像处理的相关技术理论,对拟模态试验分析方法和异常反演解释进行了较为全面的理论分析和阐述,从而突破了超浅层地震勘探所沿用的地震勘探传统理论,为超浅层地震勘探方法技术发展和数值反演提供了新的思路和理论依据.首先简要概述当前国内外浅层乃至超浅层地震勘探理论、技术、方法的研究现状;对地球物理勘探系统与模态试验分析理论原理进行了系统的比较分析,阐释了两者之间的相关关系以及相关问题的研究现状,指出了该文的具体研究内容和方向.在模态试验分析理论的基础上,引入质量-弹簧-阻尼系统模型,初步建立起介质结构弹性波测试的振动拟模态试验分析理论;结合直达波、瑞利面波、角域地层结构、结构腔体等特殊拟模态的理论分解分析,阐明拟模态试验分析是一个综合分析系统并指出该系统的四个主要分析层面.结合具体实践,对弹性波拟模态试验分析的有效激励和保真检测等拟模态试验分析的前提条件进行了分析.内容包括震源概述、有效激励、普通传感器频响特性分析以及信号采集系统及装置等等.从系统分析的角度,论述了地球物理勘探广义背景和异常识别的基础理论;基于拟模态响应四个层面的模态特征,结合小波分析和短时傅立叶变换,介绍了薄层响应分析和拟模态能量团分析的基本问题,同时基于RADON变换介绍了特殊弹性波干涉下拟模态图像识别技术原理;通过拟模态响应信号解释处理中映射系统的建立,指出了拟模态的非线性特征和建立非线性反演系统的必要性,进而介绍了BP人工神经网络反演在实际应用中的基本操作思路.结论部分,综述该文在超浅层弹性波检测和勘探理论领域中的主要贡献和突破、理论方法研究的不足之处和对后阶段研究工作的展望.

目录

文摘

英文文摘

题记

前言

第一章文献综述

§1.1超浅层地震勘探理论和技术方法综述

1.1.1弹性动力学反问题的一般提法

1.1.2超浅层地震波勘探理论和方法技术

§1.2地球物理勘探系统与模态理论

1.2.1引言

1.2.2系统描述

1.2.3异常表征和谱反演问题

1.2.4模态分析基础

§1.3本文研究内容和研究方向

第二章超浅层弹性波波振二相拟模态试验分析理论

§2.1模态理论基础

2.1.1单自由度系统模型

2.1.2多自由度系统模型的理论基础

2.1.3多自由度系统的约束条件和边界条件问题

§2.2地震勘探拟模态试验分析理论的思考前提

§2.3超浅层近源地震勘探拟模态概念与特征

§2.4质-弹-阻模型的弹性波激励拟模态理论

2.4.1理论模型

2.4.2三层结构模型模态分析

2.4.3岩土动力学粘弹性参数量化的有关说明

§2.5拟模态定义和理论分析

2.5.1拟模态定义及理论分析层面

2.5.2特殊模态分解分析

2.5.3波振二相拟模态理论系统综合

第三章弹性波拟模态响应的有效激励与检测

§3.1拟模态试验分析之频响函数测试的几种激励方式比较

3.1.1随机激励

3.1.2正弦扫描激励或简谐激励

3.1.3冲击激励

3.1.4几种激励方式的比较

§3.2超浅层地震勘探与惯性式传感器性能特点

3.2.1前言

3.2.2惯性式传感器的频响特征

3.2.3实际记录分析

3.2.4结语

§3.3有盖中-弱风化岩体的弹性波有效激励与信号检测

3.3.1引言

3.3.2理论模型

3.3.3实际工程应用中的有关问题及注意事项

3.3.4结语

§3.4波振二相工作布置与工作方式简述

第四章拟模态响应信号处理与解释

§4.1地球物理勘探广义背景及异常识别

4.1.1引言

4.1.2地球物理勘探广义背景

4.1.3系统描述与广义背景分析

4.1.4.实际应用分析及举例

4.1.5结论

§4.2基于拟模态试验分析解释的理论分析

4.2.1模态分析方法概述

4.2.2由模态参数辨识物理参数的灵敏度分析

4.2.3面波模态分析

§4.3短时FFT、小波变换与拟模态能量团窗口的界定

4.3.1小波分析用于薄层分辨及短时傅氏变换应用

4.3.2基于Matlab实验室的能量团分辨窗口

4.3.3实际举例说明

§4.4人工神经网络应用及参数映射系统

4.4.1概述

4.4.2人工神经网络在非线性反演中的应用

4.4.3波振二相激励响应反演模型

4.4.4定性描述

4.4.5映射系统

§4.5拟模态图像(Radon变换)与异常辨识

4.5.1前言

4.5.2 Radon变换及其性质

4.5.3拟模态图像示例

第五章全文总结

§5.1主要贡献和突破

§5.2不足之处

§5.3后阶段研究工作展望

参考文献

致谢

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