TTI介质弹性波近似解耦波动方程

借助Christoffel方程可求解出各向异性介质弹性波精确频散关系.利用近似方法进行处理,再通过傅里叶逆变换将频率波数域算子变换为时空域算子,可导出解耦的 qP波或 qS波波动方程.本文在 TTI介质弹性波精确频散关系的基础上,利用近似配方法推导了 qP波和 qSV波近似频散关系,通过傅里叶逆变换推导了 TTI介质 qP波和 qSV波解耦的波动方程.为了验证近似频散关系的有效性,利用两组模型参数对其进行数值计算,分析了相对误差在不同传播方向上的分布.随后使用有限差分方法分别对均匀、层状及复杂 TTI介质弹性波近似解耦波动方程进行数值模拟,结果显示 qP波和 qSV波完全解耦,并且在各向异性参数η＜0 以及介质对称轴倾角变化较大的情况下,纯 qP波和纯 qSV波近似波动方程依然可以保持稳定.     

TTI介质弹性波相速度与偏振特征分析

相速度和偏振方向是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文假定倾斜横向各向同性(TTI)介质对称轴位于观测坐标系XOZ面内,在此观测坐标系下直接推导了TTI介质弹性波相速度和偏振方向的解析表达式,再进一步利用Thomsen弱各向异性理论,推导了弱各向异性近似条件下弹性波相速度以及qP波和qSV波偏振方向表达式.理论分析和数值试例表明,在相速度方面,随着各向异性介质参数改变,qP波和qSH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.弹性波相速度近似式误差均较小,能较好地近似精确相速度.在偏振方向方面,SH波偏振方向只是传播方向和对称轴倾角的函数,而与各向异性参数无关,SH波偏振方向既垂直于传播方向,又垂直于TTI介质对称轴方向.除特定方向外,qP波和qSV波的偏振方向与传播方向均成一定角度,并且随TTI介质对称轴倾角的改变而改变;在精确和近似情况下,qP波和qSV波的偏振方向始终垂直;在精度允许范围内,偏振方向的弱各向异性近似式与理论解析式吻合较好.     

三维TTI介质相速度和群速度

相速度和群速度是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,是弹性波传播理论中的核心内容,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文根据VTI介质的刚度矩阵,利用Bond变换建立了TTI介质刚度矩阵.再利用TTI介质刚度矩阵,结合弹性动力学的本构方程、牛顿运动微分方程和几何方程,得到了三维TTI介质弹性波波动方程和Christoffel方程.通过本征值方法求解Christoffel方程,推导了三维TTI介质弹性波相速度的解析表达式.利用Berryman和Crampin推导各向异性介质群速度公式,根据三维TTI介质的相速度解析式推导了三维TTI介质群速度解析表达式.数值试例表明,随着各向异性介质参数改变,TI介质弹性波相速度变化较为平缓,群速度变化较为剧烈,qP波和SH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.     

横向各向同性介质中地震波走时模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质，我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广，推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率，最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质，我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法，该方法基于用射线角近似表示相角的思想，对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算，并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比，结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究.     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

任意空间取向TI介质中长排列非双曲动校正公式优化(英文)

常规长排列非双曲动校正公式是在VTI介质中得到的,它不能满足任意空间取向TI(ATI)条件下的扩展.本文以VTI介质中非双曲动校正公式为基础,基于我们推导得出的ATI介质中精确四次时差系数解析解和NMO速度解析解,给出ATI介质中长排列优化的非双曲动校正公式.通过与各向异性射线追踪方法计算所得出的"精确走时"结果对比,研究表明优化后的非双曲动校正公式能精确地描述任意强弱、ATI介质中随测线方位变化的走时曲线,可以用来替代耗时、多偏移距、多方位的射线追踪方法正演拟合ATI介质中长偏移距反射走时,为利用非双曲时距的各向异性参数反演提供理论基础性认识。     

几种弱各向异性介质中qSV波速度和偏振异常

研究了在具有垂直对称轴的横向各向同性介质(TIV 介质)中qSV波群速度及偏振矢量,给出了相应的精确和近似计算公式,进一步讨论了用较简单的近似公式来代替复杂精确公式的可靠性;最后展示了地球内部几种常见各向异性岩石矿物中地震qSV波速度各向异性因子、偏振信息及其与传播方向之间的偏差.     

任意空间取向TI介质中体波速度特征

对于倾斜叠层和非垂直裂隙岩层，用具有任意空间取向对称轴的TI (ATI)模型来描述更符合实际观测. 本文基于坐标变换的方法，研究任意强弱ATI介质中体波速度的角散和方位变化特征. 研究结果表明，ATI介质中体波速度随传播方向变化的速度图案相对TI对称轴确定，此确定的速度图案与TI的Thomsen参数相关；速度特征只依赖于传播矢量与对称轴的夹角. 因此，随着TI对称轴取向的空间变化和测线方位的变化，体波速度图案呈现多样性变化，并具有一定的对称性、渐变和重复性. 研究结果有助于进一步的理论研究和各向异性资料处理解释.     

EDA介质中地震波的传播特征

对Christoffel公式进行Bond变换得到EDA介质的Christoffel方程,并由其非零解推导出EDA介质中视横波(qSV)、横波(SH)、视纵波(qP)的相速度、群速度、偏振向量(质点的振动方向)的三维计算公式.通过模型计算分析了具有水平对称轴的各向异性(HTI)介质和EDA介质中介质对称轴的极角和方位角对相速度、群速度及偏振向量的影响,对其随极角、方位角的变化特征进行了分析,并采用Matlab进行了数值计算,对其特征采用三维显示.通过取极角或方位角为零简化得到HTI介质和具有垂直对称轴的各向异性(VTI)介质中地震波的相速度、群速度,对EDA介质中的三维计算结果进行退化验证. 通过数值计算进一步验证了地震波相速度与EDA介质对称轴的相互关系. 结果表明,通过广角地震勘探可探明地下介质的裂隙走向及密度,从而确定灾害体产状.      

任意空间取向TI介质中体波速度特征分析

基于任意空间取向TI介质(简称ATI)中体波速度和偏振解析解,通过模型数值计算给出ATI介质中体波群速度和相速度的变化特征,说明TI空间取向与测线方位对速度的影响。研究表明,体波群速度图案和相速度图案相对TI对称轴固定,随TI对称轴倾角及其相对测线方位角的变化呈现出一定的对称性和重复性;可以针对ATI地区的地质情况,给出体波群速度和相速度变化图案,为进一步的理论研究提供便捷。此结果也可以直接用于VSP(垂直地震剖面)和井间地震资料的分析研究     

On anelliptic approximations for qP velocities in VTI media

A unified approach to approximating phase and group velocities of qP seismic waves in a transversely isotropic medium with vertical axis of symmetry (VTI) is developed. While the exact phase‐velocity expressions involve four independent parameters to characterize the elastic medium, the proposed approximate expressions use only three parameters. This makes them more convenient for use in surface seismic experiments, where the estimation of all four parameters is problematic. The three‐parameter phase‐velocity approximation coincides with the previously published ‘acoustic’ approximation of Alkhalifah. The group‐velocity approximation is new and noticeably more accurate than some of the previously published approximations. An application of the group‐velocity approximation for finite‐difference computation of traveltimes is shown.     

轴对称各向异性介质波动方程深度偏移的对称非平稳相移方法

由所建立的三维qP波相速度表示式出发，导出并解析求解各向异性介质中的频散方程，得到三维各向异性介质中的相移算子，进而将以相移算子为基础的对称非平稳相移方法推广到各向异性介质，发展了一个三维各向异性介质的深度偏移方法. 文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致，将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中. 所建立的各向异性介质对称非平稳相移波场延拓算子可以同时适应速度及各向异性参数横向变化；文中给出的算例虽然是针对二维VTI介质的，但所提出的算法同样适用于三维TI介质.     

任意空间取向TI弹性张量解析表述

本文理论给出任意空间取向TI(ATI)四阶弹性张量的解析表述,其以VTI弹性常数及其简单组合为系数,包括各向同性项、TI对称轴方向矢量分量的二次项和四次项,其中TI对称轴方向矢量可以在固定坐标系定义, 也可以相对三维倾斜界面甚至相对波传播方向.相比四阶张量变换法和Bond变换法,ATI弹性张量能简洁而透明地为本构关系和波动方程提供四阶张量的所有元素. ATI弹性张量能为诸多方面的理论研究提供支撑.     

VTI介质中地震波反射波合成记录的方法研究

在向向异性介质中，由于地震波的相速度和群速度有较大差异，相角和群角不同，相速度、群速度及群角相与角之间的关系比较复杂，因此与各同性相比较，计算地震波相速度，群速度及群角就更加困难，其合成地震记录的难度也就之增大，本文根据VTI（具有垂直对称轴的横向各向同性）介质中地震波的运动学特征，应用射线追踪方法，计算了VTI介质中的地震波的旅行时，并合成了反 地震记录，这为反射地震波的旅行时及速度分析提供了基础。     

三维VTI介质中波动方程深度偏移的最优分裂Fourier方法

从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点.     

三维VTI介质qP波方程频率空间域有限差分高阶加权算子

波动方程有限差分法是波场模拟的一个重要方法,为解决常规有限差分法存在着数值频散的问题,本文从具有垂直对称轴的三维横向各向同性(VTI)介质频率-空间域qP波动方程出发,在常规差分算子的基础上构造了适合三维VTI介质的频率空间域有限差分优化算子,然后利用最优化理论中的Gauss-Newton法求解了优化算子的系数,使差分方程的相速度与波动方程的相速度尽量吻合,从而在理论上使网格数值频散达到极小,精度对比分析及数值测试表明,有限差分优化算子具有较高的波场数值模拟精度,有效地压制了数值频散现象,为三维VTI介质频率一空间域qP波正演模拟研究提供了理论基础.     

Out‐of‐plane geometrical spreading in anisotropic media

Two-dimensional seismic processing is successful in media with little structural and velocity variation in the direction perpendicular to the plane defined by the acquisition direction and the vertical axis. If the subsurface is anisotropic, an additional limitation is that this plane is a plane of symmetry. Kinematic ray propagation can be considered as a two-dimensional process in this type of medium. However, two-dimensional processing in a true-amplitude sense requires out-of-plane amplitude corrections in addition to compensation for in-plane amplitude variation. We provide formulae for the out-of-plane geometrical spreading for P- and S-waves in transversely isotropic and orthorhombic media. These are extensions of well-known isotropic formulae.
For isotropic and transversely isotropic media, the ray propagation is independent of the azimuthal angle. The azimuthal direction is defined with respect to a possibly tilted axis of symmetry. The out-of-plane spreading correction can then be calculated by integrating quantities which describe in-plane kinematics along in-plane rays. If, in addition, the medium varies only along the vertical direction and has a vertical axis of symmetry, no ray tracing need be carried out. All quantities affecting the out-of-plane geometrical spreading can be derived from traveltime information available at the observation surface.
Orthorhombic media possess no rotational symmetry and the out-of-plane geometrical spreading includes parameters which, even in principle, are not invertible from in-plane experiments. The exact and approximate formulae derived for P- and S-waves are nevertheless useful for modelling purposes.