Maslov渐近理论与辛几何算法

为了克服地震层析成像中的焦散问题,本文系统地研究了Ｍａｓｌｏｖ渐近理论与辛几何算法,同时提出了一种基于辛几何算法计算Ｍａｓｌｏｖ波场的数值计算方法,并就其中射线追踪这一重要环节,利用辛算法和非辛Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法进行了数值模拟．计算结果表明,这两类算法在精度上相差无几,但辛算法的速度要快;在Ｈａｍｉｌｔｏｎ量保持方面,辛算法具有非辛Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法无可比拟的优越性．     

计算横向非均匀介质体波理论地震图的Maslov渐近法

本文运用Maslov渐近理论编写的二维横向非均匀介质中的理论地震图程序,与其它类型算法作了精确对比,结果表明,在层状介质模型中,本程序的结果无论振幅还是波形对比都与反射率法基本相同。对于二维横向非均匀模型,在射线理论的非奇点处,本算法与射线方法基本一致,在射线理论的奇异点处,Maslov方法消除了射线理论所固有奇点,提高了计算精度。     

计算横向非均匀介质体波理论地震图的Maslov渐近法

本文运用Maslov渐近理论编写的二维横向非均匀介质中的理论地震图程序,与其它类型算法作了精确对比,结果表明,在层状介质模型中,本程序的结果无论振幅还是波形对比都与反射率法基本相同。对于二维横向非均匀模型,在射线理论的非奇点处,本算法与射线方法基本一致,在射线理论的奇异点处,Maslov方法消除了射线理论所固有奇点,提高了计算精度。     

计算横向非均匀介质体波理论地震图的Maslov渐近法

本文运用Maslov渐近理论编写的二维横向非均匀介质中的理论地震图程序,与其它类型算法作了精确对比,结果表明,在层状介质模型中,本程序的结果无论振幅还是波形对比都与反射率法基本相同。对于二维横向非均匀模型,在射线理论的非奇点处,本算法与射线方法基本一致,在射线理论的奇异点处,Maslov方法消除了射线理论所固有奇点,提高了计算精度。     

吸收介质中的Maslov体波理论地震图

本文研究了横向非均匀吸收介质中的Maslov渐近理论地震图方法.对于如何提高计算精度及计算速度作了比较深入的探讨.本方法先计算远场格林函数,由褶积得到一般震源函数的弱吸收理论地震图.对于高Q引起的数值不稳定性,通过引入平滑函数得以解决.由此产生的新的被积函数具有非常好的收敛性,从而提高了计算精度及计算速度.以此理论编写的程序在模拟完全弹性介质以及一维吸收介质时与反射率法作了比较,并取得了令人满意的效果.对于二维横向非均匀吸收介质,计算方法与高斯光束方法作了对比,二者在主要特征上基本一致.数值对比中出现的一些差异也作了必要的讨论及说明.     

吸收介质中的Maslov体波理论地震图

本文研究了横向非均匀吸收介质中的Maslov渐近理论地震图方法.对于如何提高计算精度及计算速度作了比较深入的探讨.本方法先计算远场格林函数,由褶积得到一般震源函数的弱吸收理论地震图.对于高Q引起的数值不稳定性,通过引入平滑函数得以解决.由此产生的新的被积函数具有非常好的收敛性,从而提高了计算精度及计算速度.以此理论编写的程序在模拟完全弹性介质以及一维吸收介质时与反射率法作了比较,并取得了令人满意的效果.对于二维横向非均匀吸收介质,计算方法与高斯光束方法作了对比,二者在主要特征上基本一致.数值对比中出现的一些差异也作了必要的讨论及说明.     

Maslov面波理论地震图

研究了横向非均匀介质中的Ｍａｓｌｏｖ面波渐近理论,在横向弱非均匀介质的假设下,介质的纵向非均匀性反应在局部本征函数中,以局部本征函数近似真本征函数是射线理论的直接推论．由此,三维结构下的面波计算退化为准二维问题．由于本文方法属于慢度法,面波的频散使得在一般情况下得不到与体波ＷＫＢＪ方法相似的褶积结果;在震源函数为高斯波包的假设下,得出了与二维体波Ｍａｓｌｏｖ理论图形式上完全相同的褶积结果．还讨论了吸收介质中的面波波包理论图计算,最后结果与二维体波吸收介质中的结果相似．     

Maslov面波理论地震图

研究了横向非均匀介质中的Ｍａｓｌｏｖ面波渐近理论，在横向弱非均匀介质的假设下，介质的纵向非均匀性反应在局部本征函数中，以局部本征函数近似真本征函数是射线理论的直接推论．由此，三维结构下的面波计算退化为准二维问题．由于本文方法属于慢度法，面波的频散使得在一般情况下得不到与体波ＷＫＢＪ方法相似的褶积结果；在震源函数为高斯波包的假设下，得出了与二维体波Ｍａｓｌｏｖ理论图形式上完全相同的褶积结果．还讨论了吸收介质中的面波波包理论图计算，最后结果与二维体波吸收介质中的结果相似．     

地震射线辛几何算法初探

走时计算已广泛用于地震建模、成像及速度分析等诸方面．基于地震波场的Ｈａｍｉｌｔｏｎ力学性质,本文探索应用适于Ｈａｍｉｌｔｏｎ力学的计算方法──辛几何算法对地震射线 进行走时及路径的计算．利用辛几何算法和属于耗散算法的四阶 Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ算法进行射线 路径和走时的计算对比,结果表明这两类算法数值精度相当,但辛几何算法的速度却快了３ 倍．本文还利用二阶Ｅｕｌｅｒ型辛差分格式对Ｍａｒｍｏｕｓｉ模型进行了射线追踪计算,结果显示所 得射线具有良好的光滑性和较强的阴影区穿透能力．     

地震射线辛几何算法初探

走时计算已广泛用于地震建模、成像及速度分析等诸方面．基于地震波场的Ｈａｍｉｌｔｏｎ力学性质,本文探索应用适于Ｈａｍｉｌｔｏｎ力学的计算方法──辛几何算法对地震射线 进行走时及路径的计算．利用辛几何算法和属于耗散算法的四阶 Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ算法进行射线 路径和走时的计算对比,结果表明这两类算法数值精度相当,但辛几何算法的速度却快了３ 倍．本文还利用二阶Ｅｕｌｅｒ型辛差分格式对Ｍａｒｍｏｕｓｉ模型进行了射线追踪计算,结果显示所 得射线具有良好的光滑性和较强的阴影区穿透能力．     

合成三维横向非均匀介质远震体波接收函数的Maslov方法

三维横向非均匀介质远震体波接收函数的合成算法对于三维介质远震体波接收函数研究至关重要．本文发展了基于Ｍａｓｌｏｖ理论的横向非均匀介质接收函数合成算法,针对远震体波接收函数计算的特点,利用遗传算法完成三维动力学射线追踪,并采用递归算法组织射线的追踪过程,从而在保证追踪精度的同时提高了射线追踪的效率,并可完全避免传统射线追踪过程中的射线编码问题．正演计算结果表明,此法是一种高效、实用的三维横向非均匀介质接收函数计算方法．     

合成三维横向非均匀介质远震体波接收函数的Maslov方法

三维横向非均匀介质远震体波接收函数的合成算法对于三维介质远震体波接收函数研究至关重要．本文发展了基于Ｍａｓｌｏｖ理论的横向非均匀介质接收函数合成算法,针对远震体波接收函数计算的特点,利用遗传算法完成三维动力学射线追踪,并采用递归算法组织射线的追踪过程,从而在保证追踪精度的同时提高了射线追踪的效率,并可完全避免传统射线追踪过程中的射线编码问题．正演计算结果表明,此法是一种高效、实用的三维横向非均匀介质接收函数计算方法．     

地震波传播的哈密顿表述及辛几何算法

地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程,而在实际应用中,常在无能量损耗假设下,用弹性波动方程或标量波动方程描述它.在哈密顿(Hamilton)体系表述下,地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程.若不计能量损耗,波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换,因而对应的数值算法应为辛几何算法.本文首先从地震波标量方程出发,给出哈密顿体系下地震波传播的表述,即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的.随后,把波场在时间和相空间离散化后,给出了用于波场计算的一些辛格式,如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式.并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同.然后,应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录.数值结果表明,辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法.在时间步长较小时,有限差分方法是辛算法的一个很好近似.文中的理论和方法,为地震波传播理论及实际应用研究提供了新的途径.     

基于螺旋线上谱因式分解的地震波场隐式辛算法

均匀介质、复杂各向同性介质和各向异性介质中的地震波传播过程,可用统一形式的标量声波方程描述.考虑到在无损耗条件下,地震波方程描述了地震波场这一个无穷维的哈密顿体系随时间的演化过程,该过程为一个单参数连续辛变换,因而可以在其哈密顿形式表述下导出其辛格式.与显式辛算法相比,隐式辛格式对应的隐式辛几何算法具有无条件稳定的特点,可以允许较大的计算步长.但是由于隐式算法不可避免地面临高阶矩阵的求逆,其每一步的计算速度较慢.为实现矩阵快速求逆,文中采用了螺旋边界条件下谱因式分解的方法.在螺旋边界条件下,需要求逆的矩阵化为带状矩阵,而且其各列非零元素的位置和大小具有非常好的相似性,因而可以采用谱因式分解的方法实现快速LU分解.文中采用二阶精度的隐式蛙跳辛格式和谱因式分解方法,计算了常速度、层状介质和Marmousi模型中的波场.计算表明,隐式辛算法不失为波场计算的一种好方法.     

单程波方程偏移算子高阶辛格式

针对地震偏移算法中单程波算子中e指数项的近似，提出一种高阶辛格式算法. 与非辛格式的近似、一阶辛格式近似和两步法进行数值对比表明，文中提出的高阶辛格式具有更高的精度. 脉冲响应的计算也表明文中的近似方法具有降低频散效应和适应横向变速的能力. 用Marmousi模型验证了对复杂构造的成像的能力，实际资料计算表明本文方法适合于较大深度的稳定准确成像.