VTI介质起伏界面混合网格旅行时线性插值计算方法

为了计算起伏地表(界面)VTI介质中地震波旅行时,采用矩形网格与不规则四边形网格组成的混合网格对模型进行剖分,以提高网格对起伏地表(界面)的拟合程度。在混合网格中把群速度与群角的关系式转换成群速度与插值点坐标的关系式,进而结合分区多步计算技术,将旅行时线性插值射线追踪算法推广到VTI介质中,实现了VTI介质中多种类型(初至、反射、多次反射、多次透射转换以及多次反射转换)地震波旅行时的计算。通过与有限差分算法、分区多步快速步进算法和分区多步不规则网格最短路径算法的计算结果对比,以及复杂构造模型的试算,说明方法比较精确,且对复杂构造模型有良好的适应能力。

起伏界面折射波时距曲线及其解释

推导出向、背型地质界面上的折射波时距曲线方程。此曲线形态与水平、倾斜、直立界面上的时距曲线相似。因此，折射波时距曲线反演具有多解性，利用追逐和相遇时距曲线观测系统获得实测数据，结合广义互换时法中的速度分析判断界面形态，可以减小或消除多解性。对比了ｔ０法与广义互换时的优缺点，并举例说明广义互换时法可更详细地确定界面形态。

随机起伏界面声散射的实验与理论研究

进行了二维粗糙海面声波散射特性的水池实验,测量了不同入射角、散射角以及方位角条件下所对应的散射强度。实验通过不同位置风扇对水面的吹拂获得粗糙水面,分别对水平面上互相垂直的两个方向上的水面波高变化进行了测量,利用周期图法估计出这两个方向上的空间功率谱,验证了实验中的粗糙水面是各向同性的。利用改进的空间域处理技术去除了总声波信号中的直达波和其他固定位置散射体的散射信号,获得了粗糙水面的声波散射信号。利用小斜率近似方法计算了二维粗糙海面的声散射特性。实验与模拟计算结果比较,证实了计算二维粗糙海面声波散射特性的小斜率近似方法的有效性与准确性,相互印证了实验与理论。

界面起伏对模拟大地水准面的影响

结合中国及邻区的数据,利用界面上下的平均密度差,计算了物质界面起伏对大地水准面的影响,发现莫霍界面的影响占地形质量影响的70%左右,验证了均衡补偿理论.同时也发现,即便加上结晶基底起伏和岩石圈底面起伏的影响,也仅仅是补偿了由地形质量引起的大地水准面起伏的中长波部分,而短波长的地形影响仍然存在.

界面量子起伏对铁电超晶格介电性质的影响

应用平均场理论,在横场伊辛模型的框架内,研究了界面量子起伏对铁电超晶格介电性质的影响。得到界面的量子起伏会导致铁电超晶格的介电极化率的升高。

波前快速推进法起伏地表地震波走时计算

波前快速推进法(FMM)是一种快速、准确而稳定的走时计算方法,它不仅计算速度快、灵活性好,而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定的特点。常规的走时计算基本都是基于水平地表,这限制了方法在山区、丘陵等起伏地表地区的应用。以FMM为基础,提出了一种在复杂地质条件下计算起伏地表起伏界面地震波走时计算方法。理论模型的计算结果表明,该方法对于复杂地质条件下的走时计算是切实可行的。

水面水下声起伏特性建模仿真与分析

为了解决水面和水下目标进行分类这一难题,本文从起伏特性的角度出发,对舰船辐射噪声进行特征提取。首先利用PM海浪谱模拟随机起伏界面,运用积分方程方法近似计算了海面起伏界面的散射强度,根据散射强度模拟信号幅度包络的变化规律,并基于信号的物理特征和幅度包络的特征设计了相关器。这样对接收到的信号进行包络提取,并将提取到的包络通过相关器处理得到相关系数,最后根据对相关系数的判断实现对水面和水下目标的分类。本文测试了不同深度下的声源,仿真结果验证了根据相关系数判断水面水下目标是可行的,并通过实验数据进一步验证了算法的有效性。

起伏冰表面轮廓提取及其起伏程度分析方法

冰水界面的声反射、声散射是冰下声传播、冰下混响特性的研究基础,然而粗糙冰水界面的起伏度是影响反射、散射的重要因素。因此有效提取冰水界面起伏轮廓及正确分析起伏程度的方法对冰下声反射、声散射的研究具有重要意义。针对有效提取粗糙冰水界面起伏轮廓的问题,提出了印模加图像处理的方法,即采用数字图像处理中形态学的闭运算、膨胀及边缘提取方法对印模图像进行处理,从而得到粗糙冰水界面起伏轮廓。然后,采用统计直方图、高阶统计量和粗糙度计算来联合分析冰水界面起伏度。最后,通过实验室试验验证了粗糙冰水界面起伏轮廓提取方法的可行性,验证了起伏度联合分析方法能够有效地分辨并比较冰表面轮廓起伏程度的大小及统计特性,为后续实验室条件下研究不同起伏情况的冰下声反射系数、声散射系数变化规律提供必要的技术支撑。

机载探地雷达的进展以及数值模拟

机载探地雷达可能解决危险环境或广域条件下的近地表探测问题,用于解决环境、生态或军事方面的问题.然而由于种种原因,该技术的发展却显得比较慢.为了推进该技术的发展,本文介绍了目前世界范围内机载探地雷达的进展,并利用时间域有限差分法对一些典型模型进行数值模拟,并用特定的偏移成像方法对模拟结果进行成像.目前存在的机载探地雷达主要有三种类型:第一种为将常规探地雷达天线悬挂在直升飞机上,第二种为针对机载探地雷达开发的雷达系统,第三种为具有探地能力的合成孔径雷达.数值模拟结果表明,不管是水平地面的情况下,还是起伏界面的情况下,机载探地雷达都能清楚探测一定深度范围内的地下目标.可见,机载探地雷达是存满希望的一种方法.

标量波方程广义有限差分正演模拟

常规有限差分法地震波场正演模拟受限于固定的网格步长,不可避免地会出现网格剖分与实际速度界面不一致的情形,进而带来起伏界面处的阶梯状绕射以及反射波旅行时不准确等问题。广义有限差分法是一种无网格方法,它基于泰勒函数展开和加权最小二乘拟合,将微分方程中未知参数的偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合,可根据不同地质体模型建立适用的场节点分布形式,克服了传统有限差分法对网格的依赖性。文中采用沿层布置节点的非均匀剖分方法,使生成的节点与起伏的地表或边界贴合。针对不同模型的测试结果表明,广义有限差分法能有效解决虚假反射、反射波旅行时不准确等问题,且具有稳定性。

双相介质瑞雷面波有限差分正演模拟

为了研究双相介质瑞雷面波的形成机制及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展。文章根据弹性波动方程,采用交错网格有限差分算法,对二维各向同性弹性介质做解析解与数值解的对比,在此基础上,将PML吸收边界条件,改进的镜像法应用于双相介质波动方程中,并作了稳定性分析,对双相介质水平层状、起伏分界面等典型模型瑞雷面波及体波在内的全波场进行研究。结果表明:基于弹性介质解析解与数值解的对比,在误差接受范围内,研究双相介质是可行的;把稍作改进的镜像法应用于双相介质中,能够有效地处理瑞雷面波自由边界问题;通过详细分析双相介质瑞雷面波及体波在内的全波场的信息,对以双相介质为基础的地震波勘探有一定的指导作用。

分区多步最短路径极值法多值多次反射波追踪

基于网格单元扩展的射线追踪算法,如:较为流行的有限差分解程函方程法和最短路径法均是建立在费马(最小走时)原理基础上的射线追踪算法,只能进行单值(最小走时)的多次反射波的追踪.然而当介质速度反差较大或存在复杂反射界面(如:常见的向斜、背斜、透镜体、塌陷构造等)时,将出现波前的自相缠绕(即蝴蝶结现象),相应的地震射线则为多值射线.为了模拟计算这种多值多次反射波,本文提出了一种多值地震射线追踪算法,即分区多步最短路径极值算法,可进行含复杂反射界面速度模型中的多值多次反射波射线的追踪计算.其基本原理是:将炮点和和检波器均设为震源,分别进行下行波射线追踪至离散反射界面,求出各个反射点走时和路径,进而将反射点处的走时加起来,形成叠加‘走时'曲线(三维时为曲面),再对该曲线(或曲面)求极值点,极值点所对应的反射点即为该炮一检对的反射点位置,最后将炮—反射点—检波器的走时及相应路径连接,从而实现了多值多次反射波的追踪计算.该方法原理简单,计算精度高,计算速度快,适应复杂介质的能力强.通过误差分析并与快速行进法之间的对比分析,认为分区多步最短路径极值法是一种行之有效的多值多次反射波的计算方法.

利用爆破地震揭示华北克拉通基底的高分辨速度结构——大丰—包头折射剖面的探测结果

大丰—包头剖面以"高密度观测点距与炮距"为特点,我们在1334 km测线上获得了21炮高信噪比的地震资料.在对Pg波震相特点分析基础上利用反演方法处理、构建了基底的精细结构图像,揭示了沿剖面不同构造地块基底结构的差异.苏北盆地基底埋深4.5~9.0 km、苏鲁隆起1.5~2.0 km,基底埋深与速度结构的强烈起伏变化可视其为华北与扬子板块碰撞、挤压构造环境下形成复杂的构造格局在地震学上的体现;鲁西隆起区基底埋深浅、速度高,结构稳定;华北盆地Pg波到时滞后、视速度低,基底埋深7.0~10.km,速度结构与基底面存在局部的起伏变化.诸多现象揭示出该区为新生代沉积巨厚、规模较大的基底坳陷区.同时在盆地内不同构造单元基底结构呈局部分块、凹陷与凸起并存的构造格局,显示出新生代沉积活动显著、变化强烈、结构不稳定的构造特点;太行山前断裂、聊兰断裂是具有显著地震学标志的断裂构造带,断裂两侧基底界面呈现出"断崖式塌陷"和速度结构的强烈横向非均匀性.综合研究认为,太行山前断裂是华北地区一条重要的构造带,它的复杂性不仅体现在两侧地形地貌、地层介质的截然不同,其基底埋深及速度结构、地壳及地幔岩石圈结构均存在显著的差异,其重要的标志是太行山以东不仅地壳厚度发生了相当规模的减薄,岩石圈的厚度也明显减薄,亦即形成了华北克拉.通破坏在东西部其基底一地壳一岩石圈的结构在空间上具有明显的差异性及强烈的横向非均匀性.

基于单元交错网格的变坐标系正演模拟方法在声-弹介质中的应用

海上海底电缆(OBC)数据的广泛应用,使得声-弹介质多分量正演模拟技术逐步发展起来。提出了一种基于单元交错网格的变坐标系正演模拟方法,对比模拟试算得到的数值解与解析解的结果可以看出,与常规节点交错网格相比,单元交错网格在处理声-弹界面时结果更准确;同时,将变坐标系技术引入单元交错网格中,可将起伏声-弹界面映射为水平界面,更好地处理声介质中声压与弹性介质中应力之间的转换,可准确地模拟P波和转换S波。复杂起伏声-弹界面模型的试算证明该方法具有较高的准确性和适用性。

块体搬运沉积构型及其对后期浊流沉积的影响——以琼东南盆地陵水凹陷L区为例

通过对琼东南盆地陵水凹陷陆坡区高分辨率三维地震资料的精细解释,在研究区发现广泛发育的块体搬运沉积体系(MTDs),表现为:(1)弱振幅、低连续、杂乱或空白的地震反射特征且具有明显的侵蚀作用;(2)在研究区体部和趾部区域发现大量侵蚀擦痕、逆冲推覆构造和挤压脊等内部结构;(3)块体搬运沉积由于内部结构变形发育为逆冲推覆构造等,其表面形态往往呈连续的凸起与凹陷。研究区识别出两期MTDs(MTDs1和MTDs2)和一套浊流沉积,MTDs1所形成的长10~15 km、宽2~3 km的脊,改变了海底形态,阻碍了后期浊流沉积的流向,并影响了浊流沉积的位置。