准P波方程紧致交错网格井间地震波场模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义.基于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,应用具有无条件稳定性质的紧致交错网格隐式差分格式求解该方程.重点研究了紧致交错网格求解该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的井间地震波场的正演模拟.数值算例表明:紧致交错网格能精准模拟VTI介质中准P波的传播过程,得到高精度的正演结果.一阶准P波方程能以足够的精度描述VTI介质中准P波特征.完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法.     

TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程及求解方法

以具有倾斜对称轴的横向各向同性(Titled Transverse Isotropic,TTI)介质中纯准P波二阶方程为基础,通过引入辅助波场实现了方程的降阶,推导出了TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程,并利用旋转交错网格高阶有限差分方法对方程进行数值求解,给出了完全匹配层(Perfectly Matched Layers,PML)吸收边界条件在该方程中应用的方法。理论分析及数值模拟结果表明:相对于二阶形式的准P波方程,该TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程在计算精度相同的情况下,具有更高的计算效率;同时能更准确地描述对称轴参数变化剧烈的TTI介质中准P波的传播规律。     

工程地质中瑞利波法勘探的理论初探

本文以水平层状液体为模型，推导出瑞利面波的频散方程，进而作了多层介质的模型试算并绘出了瑞利波波速与波长的关系曲线。该曲线对应于弹性分界面上的异常特征与实测曲线的异常特征吻合，可用于说明层状介质中瑞利面波勘探的机制。文中还以理论模型试算结果为依据，对当前面波勘探中的半波长解释方法作了评述，并解释了固体层状介质中面波曲线的异常特征。     

均匀横向各向同性介质中P波及SV波的射线规律

常规的反射数据处理都假定介质为均匀且各向同位。研究表明，各向异性的存在会严重影响处理和解释的结果。在已有知识的基础上，研究了二维均匀横向各向同性介质中的射线传播规律并描述了速度各向异性波场的特征。对于准P波，各向异性参数ε，δ的绝对值决定波前面的形状，而ε与δ之差决定射线密度；对于准SV波，σ则是主要的控制因素。     

表面源激发的瑞利波传播特性分析

自由状态下层状介质中平面瑞利波相速度与频率及层状介质特性参数有关,表面源激发的瑞利波以柱面波阵面传播,传播速度不仅与频率有关,而且还与传播距离有关,这样,自由状态下层状介质中平面瑞利波传播特性理论不能有效地用于激发瑞利波相速度分析。以薄层法得到的圆盘状表面垂直源激发瑞利波位移响应为基础,导出激发瑞利波相速度,比较激发模态与简正模态相速度差异,分析激发模态空间特性,揭示这种空间特性形成机制。结果表明:源对激发模态传播影响距离不超过一个波长,波场距源越近,激发模态竖直振动传播速度越低;在多模波场,激发模态间相长相干或相消相干导致表观相速度具有较明显的空间特性。该研究可为发展考虑瑞利波频率及空间特性反演数学模型及算法提供指导。     

瑞利波测试在工程勘察波速测试中的应用试验总结

一、问题的提出 瑞利波勘探技术是近年来发展起来的一种新方法。瑞利波在分层介质中具有频散特性，它的波长不同，穿透深度也不同，瑞利波传播速度与横波传播速度具有相关性。瑞利波的这些特性为瑞利波勘探提供了充分的依据，并为该方法的应用开拓了广阔的前景。目前，利用人工激发的瑞利波，可以用于解决很多的浅层地质问题。其中就有辅助工程地质勘察和原位测试提供岩土的物理力学参数等。     

表面波有效相速度近似分析方法

分层介质中瑞利面波有多个模态,表面瞬态响应是多个模态响应的叠加。在近场,面波模态响应传播速度随传播距离而变化;在远场,其趋于模态相速度。由分层介质表面两不同点响应互谱分析(SASW)得到的有效相速度并不对应于面波基阶模态相速度,它与波场中高阶模态能量分配比例有关。有效相速度随传播距离而变化,近场体波对有效相速度影响较大。对分层介质在简谐荷载下表面质点位移响应进行了互谱分析,得到了有效相速度理论值,通过理论值与测试值匹配分析可估算分层参数,该分析方法考虑了近场及高阶面波模态对有效相速度的影响。     

工程地质中瑞利波法勘探的理论初探

本文以水平层状液体为模型,推导出瑞利面波的频散方程,进而作了多层介质的模型试算并绘出了瑞利波波速与波长的关系曲线.该曲线对应于弹性分界面上的异常特征与实测曲线的异常特征吻合,可用于说明层状介质中瑞利面波勘探的机制.文中还以理论模型试算结果为依据,对当前面波勘探中的半波长解释方法作了评述,并解释了固体层状介质中面波曲线的异常特征.     

地下浅部异质体对表面波场谱扰动分析

均匀半无限体中表面源激发近表面波场由瑞利波主导,当浅部存在异质体,前行瑞利波发生散射,异质体周围表面波场响应谱发生变化。当异质体长度相对波长较大时,由异质体上方表面质点响应谱提取绕射波频散曲线可分析异质体与周围介质刚度差异对绕射波传播特性的影响。与含软层或硬层半无限体中瑞利波特性比较,可以发现绕射波具有与瑞利波类似的传播特性。异质体上方谱变化特征与异质体和周围介质间刚度差异有关,本研究基于异质体绕射波与入射瑞利波位移结构差异解释谱变化现象。结果表明：异质体上方谱与周围谱明显不同,在偏移距−波长域,相对于前方波场,软质体上方谱密度整体呈减弱趋势,硬质体上方谱密度整体呈增强趋势。根据谱密度变化对应偏移距、波长及谱密度强弱,可以预估异质体在传播方向的位置、埋深,并识别异质体类型。     

面波法在深层水泥土搅拌墙中的应用研究

面波法的理论基础是英国学者瑞利提出的半无限弹性均匀介质中的瑞利面波理论,及其后来发展的半无限弹性层状介质中的频散理论,所有这些理论的前提是半无限弹性空间,对于像水泥土搅拌墙等水平方向宽度有限,并且往往宽度很小的弹性介质,对其瑞利面波的特性研究的很少。对于有限宽度弹性介质,根据其边界条件的不同可以简化为平面应力、平面应变、弹性约束三种情况。通过理论分析发现三种情况下,其瑞利面波（直达波）的速度与半无限弹性空间中的瑞利面波速度相差很小,并通过室内模型试验验证了这一结论,为瑞利面波在水泥土搅拌墙等宽度有限的弹性介质中的应用提供了科学依据。     

Propagation of Rayleigh waves in unsaturated porothermoelastic media

Based on the frame of elastic theory for unsaturated porous medium, considering the influence of thermal effect, the propagation characteristics of Rayleigh wave in unsaturated porous media are studied. Firstly, the thermoelastic wave equations for three-phase porous media are established, in which the mass balance equations, generalized Darcy law, momentum balance equations, and generalized non-Fourier heat conduction law are taken into account. Secondly, through theoretical derivation, the dispersion equation of Rayleigh wave for unsaturated porothermoelastic media is given by introducing the potential functions. Finally, the variations of the phase velocity of Rayleigh wave are analyzed with numerical examples. The results show that the thermal conductivity has little effect on the phase velocity of Rayleigh wave. The phase velocity of Rayleigh wave increase with increasing of the thermal expansion coefficient and media temperature.     

瑞利波勘探技术在岩土工程勘察中应用

地下介质的弹性波速的差异与介质的岩土力学特征具有很好的相关性,而介质的瑞利波速度与其剪切波速非常接近,因此利用瑞利波勘探技术进行地下介质分层时,其优势十分明显.在岩土工程勘察的初勘阶段可利用瑞利波勘探技术宏观划分力学性质差异明显的地层、地质构造,而在详勘阶段可以探测基岩埋深、填土厚度等的变化趋势,均取得了比较好的应用效果.     

刚度缓变介质中瑞利波特性

基于薄层刚度矩阵方法,研究了瑞利波在3种典型刚度缓变介质中传播特性,并对瑞利波在缓变介质及分层介质中传播特性进行比较。结果显示,无论剖面刚度是缓变还是分层变化,对规则剖面,表面波场基阶模态占主导地位,远场表面波有效相速度与基阶模态相速度接近;对不规则剖面,表面波场中高阶模态影响较大,影响程度及频率范围与剖面刚度变化有关。在缓变介质中,模态相速度高频趋势值高于剖面最小剪切波速介质的瑞利波速,有效相速度趋势值也明显偏离表面介质瑞利波速,这些特性与分层介质不同。研究结果显示,当缓变介质用数量有限的虚构分层来模拟时,表面波频散测试数据与理论值匹配程度及剖面分析精度会受虚构层数量影响。     

Rayleigh面波各阶模式频散曲线对横波速度和层厚的敏感性探讨

Rayleigh面波勘探的目的在于有效利用频散曲线反演地层厚度及横波速度,而不同模式的频散曲线对横波速度和层厚的敏感性不同。通过求取介质参数变化10%后与参数不变化时的二组频散曲线的差值,得到各阶模式的频率～相速度差曲线,分析了Rayleigh面波各模式频散曲线对横波速度、层厚的敏感性。试验结果表明,基阶模式对于浅层的横波速度和层厚比较敏感,敏感区域主要集中在较窄的频带范围内。而高阶模式对于相对较深层的横波速度和层厚比较敏感,且频率范围分布较大,敏感性强的频段分布比较分散。研究结果可以为Rayleigh面波多模式联合反演提供理论依据。     

地质条件复杂地区瑞雷波勘探正演模拟

为研究复杂地质条件对瑞雷面波频散曲线的影响,采用有限差分地震数值模拟方法,对3种模型进行正演模拟,得出了某一时刻的波场快照与单炮记录。对模拟记录进行频散分析的结果表明:单层均匀介质没有频散现象;起伏地表两层均匀介质的频散曲线相速度只和介质本身的参数有关,不受地形的影响;水平地表含软夹层介质中,瑞雷波频散现象非常明显。      

计算层状介质中轴对称柱面瑞利面波频散函数的δ矩阵法

笔者将δ矩阵法应用于计算层状介质中轴对称柱面瑞利面波的频散函数,得到了六阶δ矩阵法、五阶δ矩阵法、快速δ矩阵法3种方法,很好地解决了高频数值精度丢失问题以及高频数值溢出问题,并提高了计算速度,数值计算及工程应用验证了上述方法的有效性,且表明了这些方法也完全适用于平面瑞利面波频散曲线的求取问题。     

RSM－16H动测仪在面波法岩土体检测中的应用

对在岩土体检测中推广应用的新技术──瑞雷面波法作了简述，介绍了ＲＳＭ－１６Ｈ型动测仪对稳态和瞬态面波资料的处理实例，并提出了对该仪器在面波测量中的软件改进建议。     

瑞利波在非均匀饱和地基中的传播特性

考虑地基横观各向同性和非均匀性,建立孔隙率、密度、剪切模量及渗透系数同时随深度变化的非均匀饱和地基模型,模型中考虑参数间的耦连影响,并引入非均匀因子表征地基的不均匀程度。基于Biot多孔介质理论建立以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的控制方程,采用微分算子法对控制方程进行解耦求解,推导出非均匀饱和地基中瑞利波的频散方程。将推导结果分别退化到均匀饱和地基和单一弹性地基,验证了结果的正确性。通过数值算例,对非均匀饱和地基中瑞利波的传播速度、衰减系数及位移分布进行分析。结果表明：在低频区,饱和地基的非均匀性对瑞利波传播速度、衰减和位移都有显著影响,质点运动轨迹也由此发生变化;随着频率的升高,这种影响逐渐减小,当频率趋于无穷大时,瑞利波速度收敛于弹性地基中的波速;地基非均匀性增大了瑞利波的传播阻抗性,瑞利波位移加速衰减,传播深度小于均匀饱和地基。随着非均匀性增大,质点竖向位移的衰减快于水平位移,这种差异造成质点椭圆运动轨迹的扁率减小。此外,地基中非均匀土层厚度越小,则地基非均匀程度越高,对瑞利波的传播影响越大。     

瞬态瑞雷面波勘探中隐伏溶洞的响应特征研究

瞬态瑞雷面波法勘探中,掌握隐伏溶洞的响应特征是进行野外探查分析的基础。结合两类填充状态隐伏溶洞,使用有限差分法进行数值模拟,分别构建不同发育介质溶洞模型。并利用贵广铁路隐伏溶洞探测实例验证探测效果。分析认为:瑞雷面波法对面波相速度差异反映敏感,精度较高,对基岩面和两种类型隐伏溶洞分辨率高;对于填充溶洞,速度响应由溶洞中充填介质的物性决定,一般为低速反映;对于空溶洞,速度较粘土层及基岩均为低速反映;两种溶洞探测面波频散曲线在溶洞位置都会出现较为形象明显的“之”字形拐曲。取得的结果可为工程应用提供借鉴。