层状半空间中周期分布凸起地形对平面SH波的散射

提出了一种新的以层状半空间中周期分布斜线荷载动力格林函数为基本解的间接边界元方法,研究了周期分布凸起地形对平面SH波的散射问题.方法将散射波场分解为凸起内部散射波场和凸起外部散射波场.凸起内部散射波场通过在凸起闭合边界上施加虚拟斜线荷载产生的动力响应来模拟,而凸起外部散射波场则通过在凸起与半空间交界面上施加虚拟周期分布斜线荷载产生的动力响应来模拟.周期分布斜线荷载动力格林函数的引入,使得本文方法仅需针对一个凸起进行边界单元的离散和求解,便可完成问题的求解,避免了通过截断无限边界求解而引入的误差,方法具有较高精度的同时显著降低了求解自由度.文中通过与已有结果的比较,验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中周期分布凸起为例进行了数值计算分析.研究表明,凸起间距对凸起地形间的动力相互作用有着显著的影响,同时层状半空间中周期分布凸起地形对SH波的散射与均匀半空间情况也有着显著的差别.

     

基于动态图像变形的PP与PS波层位直接匹配

多分量地震资料的矢量偏移、多波地震资料的联合解释与反演均需要估算纵横波的速度比,实现纵波与转换横波在时间或深度域的匹配.基于DTW,本文实现了一种适用于PP与PS波直接匹配的动态图像变形算法.该算法分为三个部分：首先,使用二阶对称动态规划算法逐样点递归计算PP与PS波走时或深度的误差累积和;其次,在以误差累积和为目标函数的回溯阶段设定变形窗,并在纵横波速比约束的变形窗内递归回溯搜索匹配路径;最后,根据最大相关系数判定准则在匹配路径中确定最佳匹配路径,获得使PP与PS波匹配的拉伸或压缩时移量.利用所获得的拉伸压缩时移量计算纵横波速度比就可以实现PP与PS波之间的匹配.模型与实际陆上多分量地震资料测试结果表明：该方法具有较高的匹配精度,且对于信噪比、相似度较低的多分量地震资料,该方法也能产生较好的匹配效果.

     

基于Low-rank分解的复杂TI介质纯qP波正演模拟与逆时偏移

近年来,面向实际应用的TI介质准P波正演模拟与逆时偏移成像技术受到空前的关注.基于常规耦合型传播方程的正演模拟方法不仅存在伪横波及频散假象干扰,而且还遭受模型参数限制（η>0）和不稳定影响;而纯qP波方程的推导繁琐,且由于方程中包含拟微分算子造成求解难度大且精度有限.为此,本文首先构建了一种适用于任意TI介质的纯qP波传播算子,然后借助Low-rank分解求取该算子中的空间-波数域矩阵,同时引入Cerjan衰减边界条件来压制边界反射干扰,最终实现了一种间接的纯qP波波场外推方案,并将其成功应用于复杂TI介质正演模拟与逆时偏移成像中.通过开展数值模拟,并与其他方法对比表明：①该方法既避免了纯qP波方程的繁琐推导,又克服了耦合型方程对模型参数的限制;②还彻底消除了残余伪横波噪音及数值频散;③且能适应较大时间或空间步长及高频震源,是一种相对准确且稳定的各向异性纵波正演与成像策略.

     

海底电缆表面多次波衰减方法

海底电缆多次波衰减是国外地球物理研究的热点之一,国内研究关注相对较少,相应理论和实验研究相对匮乏。介绍了OBC多次波的压制方法,对上下行波场反褶积衰减海底电缆表面多次波方法理论及相应技术流程做出了详尽阐述。该方法不需要震源信息、不需要去掉直达波和鬼波,即可达到衰减表面相关多次波的目的,通过理论模型和实际资料的验证,取得了理想的效果。     

基于高阶统计的时变子波估计及其应用

地震子波估计是地震资料高分辨处理、解释的基础,快速准确地估计地震子波具有重要意义。笔者利用三谱估计子波的振幅谱,根据峰度最大值准则提取子波的相位,规避了相位的卷绕问题,并讨论了该准则的适用条件。比较了不同窗函数的特性,最终选定Hamming窗函数滑动求取时变子波。利用变频雷克子波模型讨论了时变子波提取的有效性。应用到实际资料处理中,与不同主频的雷克子波标定的地震记录进行对比分析。结果表明:该方法使得子波振幅谱估计更加稳定,相位谱估计更易于实现,与实际情况更加符合。     

多相离散随机介质模型及其探地雷达波场特征研究

沥青混凝土是由骨料、沥青胶浆、空气按照一定的体积百分比混合而成的多相非匀质混合物, 其骨料、沥青胶浆和空气的体积不等、形状各异、介电特性不同、空间位置随机分布, 具有明显的多相、离散、随机介质特征.本文基于随机介质模型理论, (1)测量与统计了介电常数在典型沥青混凝土芯样空间上的随机分布统计特征; (2)估算了沥青混凝土介质的自相关函数及其特征参数(自相关长度、自相关角度等), 确定其随机介质类型; (3)提出了量化约束下的多相离散随机介质建模算法, 以混合型椭圆自相关函数为基础, 构建了不同粗糙度因子的多相离散随机介质模型; (4)构建了不同空隙率的多相离散随机介质模型, 正演模拟与对比分析了探地雷达波在均匀介质、连续型随机介质和多相离散随机介质中的传播特征.结果表明:多相离散随机介质模型不仅描述了沥青混凝土的多相、离散与空间随机分布统计特征, 而且进一步描述了其各组成物质体积百分比, 能更全面、准确地描述沥青混凝土的介质特征, 同时也为描述其他类似材料或介质提供了新的方法和途径; 在多相离散随机介质模型中, 探地雷达波散射强烈, 随机、无序传播的散射波相互叠加干涉, 形成了明显的随机扰动和"噪声", 致使异常体反射波扭曲变形、不连续, 降低了探地雷达回波的信噪比和分辨率.研究探地雷达波的随机扰动特征与多相离散随机介质模型参数之间的关系, 将为定量评价多相离散随机介质的属性参数提供参考和帮助.     

一阶弹性波方程数值模拟中的混合吸收边界条件

Liu和Sen（2010和2012）在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件. 该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点. 但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题. 本文首先推导了两种速度-应力单程波方程：二阶Higdon单程波方程和一阶Higdon单程波方程. 进而提出基于一阶弹性波方程的混合吸收边界条件方法. 在内部区域和边界之间引入一个过渡区域,通过单程波与双程波方程平滑过渡来消除人工边界反射. 为了改善混合吸收边界条件的吸收效果和稳定性,我们采用了能同时吸收纵、横波反射的一阶单程波方程和与变量位置有关的加权系数. 为了验证混合吸收边界条件的有效性,将其与常规分裂完全匹配层（PML）方法进行了比较. 数值模拟结果表明,与PML边界条件相比,混合吸收边界条件在耗用更小计算时间和存储量的前提下,可以获得更好的吸收效果. 另外,本文提出的两种混合吸收边界条件中,混合一阶Higdon吸收边界条件具有更好的稳定性.     

新疆东准噶尔花岗岩类岩石高温高压弹性波速度及其对地壳结构的约束

应用超声波反射-透射法,在最高压力为1.0 GPa（室温）,最高温度为700℃（1.0 GPa）的条件下对新疆东准噶尔地区的卡拉麦里花岗岩带和野马泉岩体的典型花岗岩类岩石（碱长花岗岩、碱性花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和石英闪长岩）的纵波速度（VP）和横波速度（VS）进行了测量.结果显示,在常温、压力0.4~1.0 GPa条件下,东准噶尔地区花岗岩类岩石的VP和VS均随压力呈线性增加,说明在这个压力段岩石中的微裂隙已基本闭合.室温、1.0 GPa时花岗岩类岩石的VP是5.79~6.84 km·s-1,VS是3.26~3.85 km·s-1.依据压力与VP及压力与VS的线性关系,拟合得到常温常压下花岗岩类岩石的纵波和横波压力系数分别是0.1568~0.4078 km/（s·GPa）和0.0722~0.3271 km/（s·GPa）,VP0和VS0分别是5.62~6.47 km·s-1和3.15~3.75 km·s-1.恒压1.0 GPa、室温到700℃条件下,花岗岩类岩石的VP和VS均随温度的升高呈线性降低,温度系数分别为（-3.41~-4.96）×10-4 km/（s·℃）和（-0.88~-3.22）×10-4 km/（s·℃）.利用实验获得的花岗岩类岩石的VP0、VS0及温度系数和压力系数,结合东准噶尔地区的地热资料,建立了VP和VS随深度变化的剖面.将获得的VP和VS-深度剖面与该区地球物理探测结果对比,发现东准噶尔地区的碱长花岗岩、碱性花岗岩、二长花岗岩和部分花岗闪长岩的VP和VS与该区上地壳速度吻合很好,同时这几种岩石的平均泊松比也与上地壳泊松比一致,因此我们认为这几种类型的岩石是该区上地壳的重要组成部分.另外,石英闪长岩的VP和VS均符合中地壳的速度,可能为中地壳中的一种岩石.     

高频GNSS形变波的震相识别：模拟实验与实例分析

高频GNSS震时形变波震相及识别是GNSS地震学的重要内容.在实时数据处理基础上,本文利用振动台的高频GNSS观测实验,并结合近期部分大震的高频GNSS形变波震相特征进行研究.数据处理结果表明,实时处理与事后处理的精度在同一量级,且与采样率无关.通过与同址观测强震仪和地震计记录的对比及特定震相的频谱分析,发现高频GNSS可完整记录P波、S波、Love波及Rayleigh波震相,影响震相记录的主要因素是GNSS定位精度与震级,而仅当震中距很小时,采样率将产生一定影响.研究结果得出：基于地震波传播规律,利用高频GNSS台阵记录的形变波空间分段特征,结合震相运动轨迹及其他地震波记录,可实现实时高频GNSS形变波的震相识别.     

利用PETSc和FEPG编制海啸数值模拟程序的研究

海啸的数值模拟是海啸研究的一个重要领域, 它对于帮助理解海啸的基本物理特性和预防减灾具有重要意义。 海啸数值模拟程序的编制是一项繁杂的工作, 该文介绍了利用两种功能强大的通用软件(PETSc和FEPG)来进行海啸数值模拟程序编写的研究。 PETSc和FEPG采用有限差分、 有限元、 有限体积等多种离散方法, 可以对数值问题给出稳定的求解。 该文采用了直角坐标系下的非线性浅水波方程作为海啸波传播的控制方程进行离散求解, 并将其结果与TUNAMI N1模型进行了比较, 表明这两种方法方便而且有效。