声衍射层析成像中吸收型散射体的Rytov二阶近似重建

文中详细讨论了Rytov二阶近似下的声逆散射微扰论公式，并考察了它的适用范围. 介 绍了吸收型散射体的Rytov二阶近似重建算法，重建了散射体内部的波数和吸收系数. 这种 散射体的重建与纯位相型散射体的重建一样，不同的只是在计算正散射时考虑了吸收的影响 . 数值模拟给出了Born一阶、二阶和Rytov一阶、二阶近似重建的例子，说明Rytov二阶近似 在一定范围内比其他三种近似算法好.     

声衍射层析成像中吸收型散射体的Rytov二阶近似重建

文中详细讨论了Rytov二阶近似下的声逆散射微扰论公式，并考察了它的适用范围. 介 绍了吸收型散射体的Rytov二阶近似重建算法，重建了散射体内部的波数和吸收系数. 这种 散射体的重建与纯位相型散射体的重建一样，不同的只是在计算正散射时考虑了吸收的影响 . 数值模拟给出了Born一阶、二阶和Rytov一阶、二阶近似重建的例子，说明Rytov二阶近似 在一定范围内比其他三种近似算法好.     

场地钻井台阵观测中斜入射P波和SV波的近似剥离方法

通常认为,成层介质中P波和SV波互相转化、耦合交织而不可以解耦得到单独的P和SV波入射场.针对钻井台阵的两处三分量加速度记录,根据反向方位角将两水平分量分解为径向水平分量和横向水平分量,假设横向水平分量由SH波系组成,竖向分量和径向分水平量由P-SV波系组成.本文提出在频域内解联立方程组的方法,并结合遗传算法-单纯形法混合优化策略,对P-SV耦合场包括SH波系进行了联合剥离反演,最终得到了基岩斜入射P、SV和SH波.最后,通过场地条件差别较大的另一附近钻井台站的联合反演结果,初步验证了其合理性.该项研究对于断层特征和震相特性研究、近地表“软”基岩或土层介质参数研究、场地效应的细致评价具有一定意义.     

含黏滞流体各向异性孔隙介质中弹性波的频散和衰减

基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波－慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.     

用非零偏P-P波、P-SV波计算零偏反射纵波和反射横波

在P波入射时，地下同一点产生的P－P波和P－SV波是入射角、界面两侧纵波阻抗和横波阻抗的函数，并且两者是耦合的，利用两者的耦合关系，可在入射角确定的情况下提取与入射角无关的零偏纵波反射和横波反射。本文对此进行了理论推导，结论是：入射角为零时的纵波与横波反射系数是入射角非零时的P－P波和P－SV波反射系数的线性组合，进而可以用纵横波反射计算泊松比反向间面，把多波叠前反演转化到叠后进行，通过合成弹性参数反射剖面，直接反演弹性参数等，都很有意义。文中给出了有关的公式，并对具体实现方法和有关参数进行了讨论。     

二阶Born近似有限频率走时敏感核

有限频率层析成像考虑了非均匀介质中波的散射、衍射、波前愈合等物理性质,使得其对速度异常体的分辨能力远大于射线层析成像.推导和计算有限频率敏感核是进行有限频率层析成像的关键,当前推导有限频率敏感核多借助一阶Born近似,但这只适用于弱散射介质的情况.本文基于二阶Born近似并利用傅里叶变换推导了三维均匀介质情况下有限频率敏感核的解析表达式,并将其推广到非均匀介质中得到了三维非均匀介质中有限频率敏感核.研究表明:当介质中速度扰动小于2%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核差别很小,可近似认为相同;当介质中速度扰动大于5%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核有较大不同,表明此时已不能忽略二次散射.     

青藏高原东缘及东北缘S波速度结构和径向各向异性

青藏东缘和东北缘是高原生长和扩张的前缘,研究其地下物质及变形特征有助于理解青藏高原生长机制.本文收集187个固定地震台站记录的长达7年的三分量连续波形数据,辅以189个流动台站3年的数据,开展噪声瑞利波和勒夫波群速度层析成像工作.基于8～40 s周期瑞利波和勒夫波群速度,通过线性反演方法得到地下50 km深度范围的三维SH和SV速度结构.我们定义径向各向异性ψ=2(v_(SH)-v_(SV))/(v_(SH)+v_(SV)),以此来展示地下物质变形以水平方向(v_(SH)v_(SV))还是垂直方向(v_(SH)v_(SV))为主.径向各向异性显示青藏高原东缘和东北缘具有完全不同的变形机制.青藏东北缘以垂向变形为主,地壳流模型不太可能是该区域主要的变形机制.青藏东缘以水平变形为主,支持中下地壳流变模型.柴达木盆地和四川盆地下方径向各向异性差异显著,说明高原边缘稳定的地块在高原扩展中起到不同的作用.     

弹性各向同性介质一次散射波场高斯束Born正演

本文提出了一种弹性波一次散射波场的正演方法——弹性波高斯束Born正演.该方法以线性散射理论为基础,通过Born近似建立起地下散射点处不同波型的反射率同弹性波主分量波场之间的数据映射关系,利用高斯束所包含的走时、振幅和极性信息进行不同波型的局部平面波的合成,进而通过逆倾斜叠加将所合成的局部平面波转化为时空域的多分量地震记录.该方法不但保持了射线类方法高效的优点,还具备了处理多次走时波场的能力,从而保证了复杂构造的波场模拟的精度.文中两个数值模型的应用效果表明,本文所提出的弹性波高斯束Born正演算法具有近似于波动方程有限差分法的波场模拟精度以及高得多的计算效率.     

黏弹性EDA介质中地震波传播特征弱各向异性近似研究

本文主要研究了黏弹性HTI和EDA介质中地震波的波动参数(包括相速度、慢度、偏振向量和群速度),并基于摄法,推导了P、SV、SH波波动参数的弱各向异性近似公式.文章提出了慢度向量的三种定义形式,分析对比了各种定义方法在求解christo-ffel方程时的具体方法,指出特殊分量法为各向异性黏弹性介质提供了一种研究均匀和非均匀波的更简单、使用更普遍的方法.基于特殊分量法,通过求解christoffel方程,推导出黏弹性HTI介质中均匀、非均匀波的精确相速度、慢度和群速度计算公式,并通过模型计算研究了SH波的相速度特征及其随相角和不均匀参数D的变化规律,结果表明参数D对地震波的相速度大小有一定影响,但对其方位特性无影响,在EDA介质中相速度随方位角变化的规律仍然可指示介质的对称轴方向和裂隙的走向.基于摄动法,以弹性EDA介质为背景介质,通过模型计算对均匀SH波的近似公式的正确性和精度进行验证,结果证明其最大相对误差为1.15%.     

VTI介质中弹性波的波动特征研究

波动特征研究对各向异性介质的弹性参数反演,速度反演、NMO,DMO、时间域的偏移以及地震资料的精确解释有着重要意义.本文由Christoffel方程出发推导出二维VTI介质中XOZ对称平面内弹性波相速度与各向异性参数的关系式以及慢度面的计算式并通过理论模型分析得出以下结论：1)ε值决定了P波的水平相速度的大小,反映了P波水平传播的相速度与垂直传播的相速度的差异;δ值决定了P波垂直方向附近相速度的各向异性程度的大小.2)VTI各向异性介质中纵波偏振方向不再与慢度面是平行而是有一定的夹角,且SV波的慢度面不再完全与偏振方向垂直的.3)准SH 波的波慢度面呈椭圆,准P波与准SV波慢度面为不规则椭圆.     

Effect of grain scale alignment on seismic anisotropy and reflectivity of shales

The elastic properties and anisotropy of shales are strongly influenced by the degree of alignment of the grain scale texture. In general, an orientation distribution function (ODF) can be used to describe this alignment, which, in practice, can be characterized by two Legendre coefficients. We discuss various statistical ODFs that define the alignment by spreading from a mean value; in particular, the Gaussian, Fisher and Bingham distributions. We compare the statistical models with an ODF resulting from pure vertical compaction (no shear strain) of a sediment. The compaction ODF may be used to estimate how the elastic properties and anisotropy evolve due to burial of clayey sediments. Our study shows that the three statistical ODFs produce almost identical correspondence between the two Legendre coefficients as a function of the spreading parameter, so that the spreading parameter of one ODF can be converted to the spreading parameter of another ODF. In most cases it is then sufficient to apply the spreading parameter for the ODF instead of the two Legendre coefficients. The effect of compaction on the ODF gives a slightly different correspondence between the two Legendre coefficients from that for the other models. In principle, this opens up the possibility of distinguishing anisotropy effects due to compaction from those due to other processes. We also study reflection amplitudes versus angle of incidence (AVA) for all wave modes, where shales having various ODFs overlie an isotropic medium. The AVA responses are modelled using both exact and approximation formulae, and their intercepts and gradients are compared. The modelling shows that the S‐wave velocity is sensitive to any perturbation in the spreading parameter, while the P‐wave velocity becomes increasingly sensitive to a perturbation of a less ordered system. Similar observations are found for the AVA of the P‐P and P‐SV waves. Modelling indicates that a combined use of the amplitude versus offset of P‐P and P‐SV reflected waves may reveal certain grain scale alignment properties of shale‐like rocks.     

转换波和非转换波与射线参数p的关系

本文对Aki固体-固体分界面的反射和透射公式进行适当变换,使之成为一组适合不同坐标系下,固体、液体、气体和真空之间所有可能形成的分界面上,入射P、SV和SH波所形成的反射和透射公式,从而把不同边界条件的反射和透射方程统一起来,并且阐明了转换波和非转换波动力学特征的差异.指出:在不同弹性介质分界面上入射平面弹性波,转换波的反射系数和透射系数是射线参数p的奇函数;非转换波的反射系数和透射系数是射线参数p的偶函数.根据奇函数和偶函数的性质可见:垂直入射时不存在转换波.同时也为简化Zoeppricz方程,开展AVO分析打开新思路.     

论不同模式大气中的静力适应过程

为了研究大气静力平衡适应过程的本质,利用波动理论和能量转换角度,分别对完全可压缩的等温大气模型、滞弹近似下的等温大气模型和层结中性大气模型进行研究比较.结果表明：大气静力平衡适应过程的本质是声波和混合声重力波对扰动能量的频散过程,滞弹近似模型和层结中性模型均不能完全描述此适应过程;在波动假设下,此三类大气模型中扰动物理量之间的偏振关系同波动的性质有关,气团的运动方程均为椭圆方程,声波和混合声重力波对气团运动的作用差异较显著.
大气静力平衡适应过程中扰动能量以有效势能、有效弹性势能、动能或波动能量的形式存在并相互转换;扰动有效势能与其他形式能量之间的转换与混合声重力波或者重力内波有关,扰动有效弹性势能与其他形式能量之间的转换与声波有关.在完全可压缩的等温大气模型中,扰动有效势能增加1个单位,其中69.9%来自扰动垂直动能,其余30.1%来自扰动有效弹性势能.     

TTI介质的交错网格伪P波正演方法

研究了三维弱各向异性近似下,利用伪P波(伪纵波)模拟弹性波场P分量在倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质中的传播过程,并对比了分别基于弹性Hooke定律、弹性波投影和运动学色散方程所建立的三种二阶差分伪P波方程的正演特点.目前这些伪P波方程数值计算主要采用规则网格差分,但是规则网格在TTI模拟中有低效率、低精度以及不稳定的缺点.为了提高计算的精度,本文构建出相应方程的交错网格有限差分格式.通过对比伪P波方程在三维TTI介质中不同的数值模拟的表达形式,本文认为基于色散方程所建立的伪P波方程在模拟弹性波中P波传播的过程中具有最小的噪声.本文分析不同的各向同性对称轴空间角度的频散特征,并引入适当的横波速度维持计算的稳定.二维模型算例表明,本文提出的交错网格正演算法可以得到稳定光滑的伪P波正演波场.使用本文交错网格算法对二维BP TTI模型的逆时偏移也具有较稳定的偏移结果.     

双相横向各向同性介质分界面上弹性波反射与透射问题研究

从双相横向各向同性介质弹性波波动方程出发 ,利用边界上的 4个连续性条件 ,计算双相横向各向同性介质分界面上弹性波反射和透射系数 .计算表明 ,快纵波在双相横向各向同性介质分界面上 ,要产生反射快纵波、反射转换 qSV波、反射转换慢纵波和透射快纵波、透射转换qSV波、透射转换慢纵波 .反射转换慢纵波振幅和透射转换慢纵波振幅均较小 .频率、耗散和各向异性大小影响着快纵波反射系数的大小 .     

Response of an infinite cylinder with a ridge on the surface to periodic excitation

Summary An infinite cylinder with a small ridge on the surface parallel to the axis is assumed to be excited by an embedded periodic line source radiating compressional waves. The line source is also assumed to lie parallel to the axis, and the frequency of radiation is small enough so that the corresponding wavelength is large compared to the dimension of the ridge on the surface of the cylinder. Considering the effect of the ridge as a small perturbation, the wave equations are solved and the amplitudes of the potential fields are expressed in terms of a set of inhomogeneous algebraic equations in which the solution of the problem without the ridge supplies the source term for the first order perturbation in potential fields.     

SV波全反射作用下地震动的合成及振动特性

越来越多的研究表明来自基岩的地震波并不是垂直地面向上传播的。地震波在斜入射与垂直入射时所产生的场地效应有很大不同,由于存在全反射现象,SV波在斜入射时产生的场地效应更为复杂。文章基于均匀弹性半空间地震波传播理论,分别推导得到SV波入射角在小于、大于等于临界角时地震动的计算表达式,通过模型算例研究SV波全反射作用下的地震动特性。研究发现：由SV波产生的地震动主要由入射波和反射波构成,滑行波作用可以忽略;地面运动轨迹具有面波旋转振动特点;随着入射角的增大,地面震动从以水平方向振动为主逐渐过渡到以垂直方向振动为主,两个方向的振动均小于入射波峰值的2倍。     

Study of elastic wave propagation in two-phase anisotropic media by numerical modeling of pseudospectral method

When there exists anisotropy in underground media, elastic parameters of the observed coordinate possibly do not coincide with that of the natural coordinate. According to the theory that the density of potential energy, dissipating energy is independent of the coordinate, the relationship of elastic parameters between two coordinates is derived for two-phase anisotropic media. Then, pseudospectral method to solve wave equations of two-phase anisotropic media is derived. At last, we use this method to simulate wave propagation in two-phase anisotropic media, four types of waves are observed in the snapshots, i.e., fast P wave and slow P wave, fast S wave and slow S wave. Shear wave splitting, SV wave cusps and elastic wave reflection and transmission are also observed.     

Ray tracing and geodesic deviation of the SH and SV reference rays in a heterogeneous generally anisotropic medium which is approximately uniaxial

The coupling ray theory is usually applied to anisotropic common reference rays, but it is more accurate if it is applied to reference rays which are closer to the actual wave paths. If we know that a medium is close to uniaxial (transversely isotropic), it may be advantageous to trace reference rays which resemble the SH–wave and SV–wave rays. This paper is devoted to defining and tracing these SH and SV reference rays of elastic S waves in a heterogeneous generally anisotropic medium which is approximately uniaxial (approximately transversely isotropic), and to the corresponding equations of geodesic deviation (dynamic ray tracing). All presented equations are simultaneously applicable to ordinary and extraordinary reference rays of electromagnetic waves in a generally bianisotropic medium which is approximately uniaxially anisotropic. The improvement of the coupling–ray–theory seismograms calculated along the proposed SH and SV reference rays, compared to the coupling–ray–theory seismograms calculated along the anisotropic common reference rays, has already been numerically demonstrated by the authors in four approximately uniaxial velocity models.