吳何珍 朱 維（中國(guó)地震局地球物理研究所地震觀測(cè)與地球物理成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

基于二進(jìn)制編碼激勵(lì)的高孔隙巖石物性實(shí)驗(yàn)研究

吳何珍 朱 維
（中國(guó)地震局地球物理研究所地震觀測(cè)與地球物理成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

本研究關(guān)于壓實(shí)帶形成機(jī)理的研究，有助于了解地震波在介質(zhì)中的傳播。壓實(shí)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(cè)量高孔隙紅砂巖的波速變化來認(rèn)識(shí)變形對(duì)巖石性質(zhì)的影響。在調(diào)研了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究進(jìn)展與成果的基礎(chǔ)上，開展了數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。數(shù)值模擬在分析編碼激勵(lì)基本原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了脈沖壓縮仿真研究。從仿真結(jié)果看，為了激勵(lì)換能器的脈沖壓縮效果達(dá)到最佳，單位碼元周期載頻個(gè)數(shù)需要根據(jù)具體信號(hào)頻帶寬度和換能器頻帶寬度接近程度來選擇。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓電陶瓷換能器的單頻特性，對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的換能器性能進(jìn)行對(duì)比篩選，在換能器匹配的基礎(chǔ)上結(jié)合編碼激勵(lì)信號(hào)匹配, 建立了編碼激勵(lì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，選擇調(diào)制的不同編碼，研究了不同調(diào)制方法對(duì)激勵(lì)信號(hào)及其脈沖壓縮結(jié)果的影響。

為提高巖石波速變化檢測(cè)分辨率，解決高孔隙巖石中衰減大的問題，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方面，本項(xiàng)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(jìn)行了編碼激勵(lì)單軸加載巖石實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了編碼激勵(lì)條件下巖石介質(zhì)中的波速變化。實(shí)驗(yàn)還利用單脈沖和編碼激勵(lì)信號(hào)對(duì)巖石動(dòng)態(tài)加載過程中的速度變化進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)編碼激勵(lì)信號(hào)測(cè)得的速度穩(wěn)定可靠。在搭建的超聲成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行了單軸加載成像實(shí)驗(yàn)。在加載過程中，采用四面透射觀測(cè)方法，在巖樣四側(cè)分別布設(shè)了多個(gè)換能器，采集超聲波信號(hào)。利用讀取的P波到時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行速度重建及超聲P波速度層析成像，對(duì)比四個(gè)不同應(yīng)力的P波速度，可以看到速度變化隨著應(yīng)力增加，呈現(xiàn)出P波速度變化局部化的趨勢(shì)。

我們進(jìn)行了大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(jià)值和國(guó)際前沿性，建議搭建巖石破裂過程的實(shí)時(shí)成像觀測(cè)系統(tǒng)，開展壓實(shí)帶原地實(shí)驗(yàn)，為解讀壓實(shí)帶微觀機(jī)制提供新途徑。

·地形與地震動(dòng)力環(huán)境及過程·