单程波李代数深度积分的精度分析和算法改进

本文在利用拟微分算子和象征理论研究单程波传播规律的基础上,详细分析了单平方根算子李代数深度积分存在的问题,利用改进的算法对单平方根算子进行大步长延拓,计算其李代数积分和指数映射,得到地震波走时的解析表达式.对方法改进前后李代数积分象征中系数校正情况和线性横向变速介质中走时的计算误差进行了对比,数值算例表明,改进后的方法收敛更快,减少了计算时间且提高了计算精度.     

适于Kirchhoff叠前深度偏移的地震走时李代数积分算法

本文基于拟微分算子理论和李代数积分法,根据程函方程和波场坐标变换,提出一种新的适于横向变速介质Kirchhoff叠前深度偏移的地震波走时算法.该算法与Kirchhoff叠前时间偏移所用李代数时间积分表达相比,差异在于增加了波数一次项,且二次项的系数在求积时亦需进行修正.针对单平方根算子象征、李代数积分、指数映射和走时多项式的求解而言,皆需对以往Kirchhoff叠前时间偏移中所用算法进行深化调整.文中数值算例对比了本文李代数积分表达与时间积分的区别,本算法计算结果与线性横向变速介质中的理论值相当吻合.通过走时多项式中各项对结果的影响分析,可知非对称项使计算精度得到了进一步提高.数值试验表明,本算法对横向变速介质中走时求取是可行的,且不需要存储海量走时表,有利于提高Kirchhof叠前深度偏移的精度和效率.     

散射波积分方程的Adomian分解解法

在背景模型基础上,求解模型扰动后的地震波散射场,这是目前地震反演中的一个关键步骤.本文将计算数学中求解非线性积分方程的Adomian分解方法,应用到求解标量波散射场的Lippmann-Schwinger积分方程和Ricatti积分方程中,分别得到了散射场的Born序列解和Rytov序列解.通过一维和二维数值算例说明：在满足一定的条件下,散射场的这两种序列解稳定收敛,与传统的Born和Rytov近似解相比,引入散射序列中的高阶项可以更精确地描述地震波散射场.

     

单程波算子积分解的象征表示

单程波波场延拓算子在地震偏移成像中有重要应用.单程波波场延拓算子按其实现方式可分为Kirchhoff积分、空间隐式有限差分和Fourier变换方法,他们代表了算子的不同表示方法,当截断使用这些方法时会得到不同的精度.象征表示对这些方法的导出和精度分析有重要作用.算子作用于正弦波函数所得函数称为算子的象征.算子的象征是褶积算子Fourier变换的推广.Fourier变换方法则直接用象征函数的可分表示求出.空间隐式有限差分则可以用象征函数的Padè近似或部分分式导出.单程波算子在深度域的积分称为单程波算子积分解.本文推导了单程波算子积分解的象征表达式,给出了算子象征的代数运算的头几阶表达式,这些表达式还未在前人文献中发现.Kirchhoff积分所需格林函数可以通过象征函数和鞍点法导出.基于积分解的象征表达式给出了非对称走时公式,对改善Kirchhoff积分的聚焦性能有重要意义.     

积分道与基于Born散射的一维声波方程速度反演

基于Born散射理论，推导了适用于常速和变速背景的一维速度反演公式。与经典的Bleistein逆散射反演公式相比，本文考虑了声波在一维有限空间中的传播，选取的边界条件更合理。改进后的公式也揭示了积分道(对反射系数的积分)与绝对速度的关系，更有实用价值。     

直流电阻率三维正演的代数多重网格方法

多重网格方法在求解由偏微分方程的边值问题离散所得线性系统时,具有非常高的计算效率.但常用的几何多重网格法在处理带跃变系数的偏微分方程时存在一定缺陷,限制了其应用.本文应用代数多重网格（AMG）方法求解三维直流电阻率法正演模拟形成的有限差分线性方程组,通过求解二次场的方法消除了总场中由点电源导致的奇异性,从而获得快速、精确的三维电阻率数值模拟.对两个存在大的电性差异的模型进行了模拟计算,以验证代数多重网格法的收敛效率.计算结果表明,与不完全Cholesky共轭梯度（ICCG）方法相比,代数多重网格方法具有更高的计算效率及稳定性.而且,随着三维网格节点数的增加,代数多重网格方法计算的高效性更加明显.     

瞬态弹性波散射的变换域积分方程法

针对瞬态弹性波散射的问题,从弹性动力学问题的积分表示定理出发,采用Laplace变换的方法,得到了变换域内均质体位移场的积分方程表示;在此基础上推导了适合瞬态弹性波对异质体散射求解的变换域位移场积分方程。     

地震逆散射波场和算子的谱分解

本文对地震逆散射的研究,旨在于为抑制层间多次波和地震波场多重散射对一次反射干扰效应提供理论依据.这对薄互层地层滤波的高频恢复、保幅弹性反演、衍射地震勘探及海洋地震勘探中的干扰消除皆具重要意义.本文基于上下行波分解及弹性波互易定理,导出横向变速介质条件下线性预测算子的表达式和反射数据的广义谱分解方程. 文中先由上覆地层广义反射透射矩阵的元素定义线性预测算子,并将其表示成一系列单程波算子的线性组合,之后将横向变速介质条件下线性预测方程表达为反射数据与线性预测算子及其逆的乘积. 对该方程的求解可获得上覆地层的线性预测算子,从而可借以求出相应的反射透射算子. 本文先将水平层状介质条件下垂直入射的一维线性预测方程推广到斜入射的情况,以此为参照,导出横向非均匀介质条件下反射数据的地震逆散射广义谱分解方程.文中也揭示了单程波地震逆散射算子、反射透射算子的性态.本文还针对水平层状介质条件,给出斜入射的数值结果.     

双排弹性桩隔振屏障对平面SH波的多重散射

提出了一种新的求解任意排列、任意半径的弹性桩对平面SH波的多重散射的理论方法,以解决以往假设单重散射的计算方法中不考虑桩列作为整体屏障从而忽略桩间相互干涉关系的不足,并且可用于分析多排弹性桩对平面SH波的散射性状。在数值计算分析中讨论了散射重数,排间距,桩土剪切模量比,桩数等对双排弹性桩屏障隔离效果的影响,从而对实际工程中利用排桩进行振动污染的治理和屏障隔振设计提出了重要的理论依据。     

基于改进的散射积分算法的初至波走时层析

初至波走时层析是获取近地表速度结构的一种常用方法.随着采集技术的不断发展,可使用的数据量迅速增多,传统的基于射线追踪和解方程组的地震走时层析成像方法面临着内存占用大、方程求解不稳定等问题.为了解决这些问题,本文基于前人在波形反演研究中提出的一种改进的散射积分算法,提出了一种预条件最速下降法初至波走时层析.该方法无需存储核函数矩阵与Hessian矩阵即可方便地实现目标函数梯度的计算与预条件,且该方法计算效率高、求解稳定、易于并行.数值实验结果表明,该方法可以获得与传统方法精度相当的反演结果,但所占用的内存大幅减小.     

基于匹配滤波的多次波压制方法研究

常规滤波方法对浅海多次波压制不能取得理想效果.通过改变模型表面边界条件,求解波动方程实现多情景地震数值模拟.利用自由边界条件模拟时获得含海平面强反射多次波地震记录,而利用吸收边界条件时得到理想条件下无多次波地震记录.对比分析多次波对有效地震信号的影响得到海平面强反射多次波改变了有效地震信号的振幅、频率和相位.利用归一化方法计算得到压制多次波滤波器算子,并作用于含海平面强反射多次波地震记录.叠加地震剖面对比分析表明,归一化滤波器算子较好的压制了地震记录中的多次波,提高地震资料分辨率.最后,根据多次波产生条件,给出了利用实际区域简化地质模型的地震数值模拟结果计算归一化滤波器算子的方法,从而利用该方法压制实际地震数据中多次波.     

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

A two-dimensional photochemical model of the stratosphere with Rayleigh scattering

Computations of concentrations of minor stratospheric gases using a two-dimensional model of the stratosphere are reported. The model includes Rayleigh scattering. This results in an increase in the photodissociation rate computation time by a factor of 1.5. The effect of ground albedo is assessed by comparing our results with a calculation of photolysis rates for a constant albedo with latitude. Comparison of results with a reference model including only molecular absorption are also made. The largest differences (50%) occur in NO and OH. An approximate expression for including the effects of Rayleigh scattering and surface reflectance in multi-dimensional models is suggested.     

含多个圆弧状沉积层河谷场地对平面SH波散射问题的解析解

利用波函数展开法给出了含多个圆弧状沉积层河谷(盆地)场地对平面SH波二维散射问题的一个解析解,并以具有三个沉积层的河谷为例,分析了河谷中沉积层层数与排列次序对SH波散射的影响。