基于二進制編碼激勵的高孔隙巖石物性實驗研究

吳何珍 朱 維（中國地震局地球物理研究所地震觀測與地球物理成像重點實驗室，北京 100081）

基于二進制編碼激勵的高孔隙巖石物性實驗研究

吳何珍 朱 維
（中國地震局地球物理研究所地震觀測與地球物理成像重點實驗室，北京 100081）

本研究關(guān)于壓實帶形成機理的研究，有助于了解地震波在介質(zhì)中的傳播。壓實帶是發(fā)生在高孔隙巖石變形階段的一種局部化變形結(jié)構(gòu)。主要研究的是通過測量高孔隙紅砂巖的波速變化來認識變形對巖石性質(zhì)的影響。在調(diào)研了國內(nèi)外相關(guān)的研究進展與成果的基礎上，開展了數(shù)值模擬和室內(nèi)實驗。數(shù)值模擬在分析編碼激勵基本原理的基礎上，進行了脈沖壓縮仿真研究。從仿真結(jié)果看，為了激勵換能器的脈沖壓縮效果達到最佳，單位碼元周期載頻個數(shù)需要根據(jù)具體信號頻帶寬度和換能器頻帶寬度接近程度來選擇。針對實驗室壓電陶瓷換能器的單頻特性，對實驗中用到的換能器性能進行對比篩選，在換能器匹配的基礎上結(jié)合編碼激勵信號匹配, 建立了編碼激勵的實驗系統(tǒng)平臺，選擇調(diào)制的不同編碼，研究了不同調(diào)制方法對激勵信號及其脈沖壓縮結(jié)果的影響。

為提高巖石波速變化檢測分辨率，解決高孔隙巖石中衰減大的問題，室內(nèi)實驗方面，本項目選擇不同類型的高孔隙紅砂巖，加工成不同尺寸的巖石樣品，進行了編碼激勵單軸加載巖石實驗，測試了編碼激勵條件下巖石介質(zhì)中的波速變化。實驗還利用單脈沖和編碼激勵信號對巖石動態(tài)加載過程中的速度變化進行了對比檢測，發(fā)現(xiàn)編碼激勵信號測得的速度穩(wěn)定可靠。在搭建的超聲成像實驗系統(tǒng)上，對實驗巖樣進行了單軸加載成像實驗。在加載過程中，采用四面透射觀測方法，在巖樣四側(cè)分別布設了多個換能器，采集超聲波信號。利用讀取的P波到時數(shù)據(jù)，進行速度重建及超聲P波速度層析成像，對比四個不同應力的P波速度，可以看到速度變化隨著應力增加，呈現(xiàn)出P波速度變化局部化的趨勢。

我們進行了大量的室內(nèi)實驗，實驗過程中碰到一些問題，研究結(jié)果目前存在不確定性。但該研究仍具有較高的價值和國際前沿性，建議搭建巖石破裂過程的實時成像觀測系統(tǒng)，開展壓實帶原地實驗，為解讀壓實帶微觀機制提供新途徑。

·地形與地震動力環(huán)境及過程·