雷达波有限元仿真模拟

为了突出雷达波自身的动力学特点,本文首先用Ｇａｌｅｒｋｉｎ’ｓ方法推导了含衰减项的雷达波有限元方程,用有限元方法实现了管状体、弯曲界面等复杂形体的雷达波场的仿真模拟．通过对比同一模型合衰减和不含衰减两种情况的波场,明显地展示了考虑雷达波自身特点后的波场仿真性较好．     

弹性波有限元逆时偏移技术研究

改善弹性波有限元逆时偏移剖面的质量是目前该方法面临的难题，为此，首先在有限元方程中，合理地加入边界力项，并找到准确的成像条件，以及对炮集资料用惠更斯（Huygens）原理消除直达波和面波干扰等措施，提高了复杂含油气结构的偏移剖面质量．本文重点研究单分量资料弹性波偏移的可靠性，利用单分量、抽炮集资料，模拟实际资料处理典型含油气构造，得到了高质量的自激自收和炮集资料的偏移剖面．     

雷达波偏移方法研究

为了解决由于点状体的绕射和倾斜界面造成的失真现象,本文从探地雷达偏移处理的基本原理出发,分别介绍了以射线理论为基础的绕射扫描偏移和以波动方程为出发点的克希霍夫积分偏移、有限差分偏移以及有限元偏移．随着计算机的高速发展,运算速度得到了明显提高,目前,以波动方程为基础的偏移方法逐渐占据了主导地位,由于它的高精度等很多优点受到了人们的欢迎．总结了各种偏移方法的优缺点和适用范围,为探地雷达进一步的偏移研究奠定了理论基础．     

探地雷达小波域三维波动方程偏移

阐述了矩阵多分辨分析理论中的标准形式与非标准形式,并以Hilbert算子为例,说明了算子多分辨表示的压缩效果,为小波域偏移算法奠定了理论基础.从三维雷达波动方程出发,利用爆炸反射原理和浮动坐标变换,推导出三维探地雷达波动方程差分格式,并通过方程分裂算法及小波多分辨算法,在小波域求解波场外推矩阵,进而得到探地雷达小波域三维波动方程偏移算法,在此基础上,开发了探地雷达小波域偏移处理程序,并把该程序应用于三个球体空洞的3-D正演结果及实际的雷达数据中,通过对比偏移处理前后的雷达资料,得知该三维偏移算法能使3-D正演剖面中的反射波归位、绕射波收敛,极大地提高了雷达剖面的分辨率,有利于探地雷达资料的地质解释.     

探地雷达衰减补偿逆时偏移成像方法

探地雷达信号在地下介质中传播时易受到电导率所产生的衰减影响,从而使得传统偏移成像结果在高衰减区域变得模糊.本文提出了衰减补偿的逆时偏移方法来消除电导率的影响.该方法基于麦克斯韦方程组实现电磁波的正演模拟和逆时传播.通过改变衰减项的正负号,保证了逆时传播的时间对称性,从而能够重构出原始波场,实现衰减补偿.数值实验比较了传统逆时偏移方法和衰减补偿逆时偏移方法在存在高导异常区域情况下的成像效果,结果证明了衰减补偿逆时偏移方法能够很好地恢复由电导率造成的信号衰减,从而提高探地雷达剖面的分辨率.     

Kirchhoff偏移法在探地雷达正演图像处理中的应用

本文首先通过对波动方程的分析,得出了声波波动方程和雷达波波动方程形式一致性,从而说明了把广泛应用在地震数据处理中的偏移技术引入到GPR资料处理中的可行性;其后说明了时域有限差分法（FDTD）的原理,并用它合成了几种常见的雷达正演剖面;最后利用Kirchhoff积分偏移法对正演所得的雷达剖面进行偏移处理,通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面,可知Kirchhoff积分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波的归位,绕射波收敛,从而大大地提高了雷达正演剖面的分辨率,更好地指导GPR剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.     

补偿吸收衰减的高角度叠前深度偏移方法(英文)

实际介质的吸收衰减使地震波能量减弱,主频降低,影响分辨率。在偏移过程中,可以实现吸收衰减的补偿,提高地震资料的分辨率。本文基于高角度时间-空间域单程波方程,推导出能补偿介质吸收衰减的叠前深度偏移波场外推公式。设计了一个复杂构造的地质模型,用声波方程模拟了无吸收衰减和有吸收衰减介质存在时的两种地震炮集记录。用没有补偿吸收衰减和本文讨论的补偿吸收衰减的偏移方法分别处理了两种地震资料,得到无吸收衰减、吸收衰减未得到补偿和得到补偿的三个偏移叠加剖面。补偿后的偏移剖面与没有吸收衰减的地震记录的偏移剖面几乎相同,而有吸收衰减的地震记录用无吸收衰减补偿的偏移方法处理,由于介质的吸收衰减,使吸收衰减层下方的反射信号衰减,主频降低,能量减弱。实际资料的处理结果表明,补偿吸收的偏移剖面的分辨率得到了明显改善。     

基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移

时间域常Q黏声波方程,由于含分数阶时间导数项,数值求解需要大量内存,计算效率低,不利于地震偏移的实施.通过一系列近似,可将该方程简化为介质频散效应和衰减效应解耦的分数阶拉普拉斯算子黏声波方程,数值求解内存需求少,计算效率高.本文采用交错网格有限差分逼近时间导数,改进的伪谱法计算空间导数,PML吸收边界去除边界反射,对该方程进行数值离散和地震正演模拟,开展地震数据的黏声介质逆时偏移,实现波场逆时延拓过程中同时完成频散校正和衰减补偿.改善深层构造的成像精度,数值结果表明,基于分数阶拉普拉斯算子解耦的黏声介质地震正演模拟与逆时偏移可大幅度提高地震模拟计算效率,偏移剖面明显优于常规声波偏移剖面,极大改善深层构造的成像品质.     

非规则测区三维地震偏移的边界吸收层法

对不规则测区的地震资料直接进行三维偏移不仅可减少计算量,而且可提高偏移剖面的质量. 本文在单程波方程中增加了一项简单的阻尼因子,其作用如同在实际不规则测区的外部有一个薄吸收层. 因为波穿越这个薄层时,波场值迅速衰减,所以偏移时把吸收层外边界处的波场值取为零所产生的反射非常微弱. 又因为不规则测区零边界条件偏移程序极易编制,所以就可以实现对不规则测区的地震资料直接进行三维偏移. 通过对实际地震资料的处理,说明了该方法的有效性.     

矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.     

A plane strain soil-structure interaction model

A plane strain model for dynamic soil-structure interaction problems under harmonic state is presented. The boundary element method is used to study the response of a homogeneous isotropic linear elastic soil. The far field displacement at the free surface is approximated by an outgoing Rayleigh wave. The finite element method is used to describe the response of the building, of the foundation and possibly of a finite part of the inhomogeneous non-linear soil. Two coupling procedures are described. The model is applied to a problem previously studied in the antiplane case. Incident P, SV and Rayleigh waves are considered. The results show an amplification and an attenuation of the structure motion with frequency when incident Rayleigh waves and P, SV body waves are respectively considered.     

Reflection and transmission of attenuated waves at the boundary between two dissimilar poroelastic solids saturated with two immiscible viscous fluids

The phenomenon of reflection and transmission of plane harmonic waves at the plane interface between two dissimilar poroelastic solids saturated with two immiscible viscous fluids is investigated. Both porous media are considered dissipative due to the presence of viscosity in pore‐fluids. Four attenuated (three dilatational and one shear) waves propagate in such a dissipative porous medium. A finite non‐dimensional parameter is used to define the effective connections between the surface‐pores of two media at their common interface. Another finite parameter represents the gas‐share in the saturation of pores. An attenuated wave in a dissipative medium is described through the specification of directions of propagation and maximum attenuation. A general representation of an attenuated wave is defined through its inhomogeneous propagation, i.e., different directions for propagation and attenuation. Incidence of an inhomogeneous wave is considered at the interface between two dissipative porous solids. This results in four reflected and four transmitted inhomogeneous waves. Expressions are derived for the partition of incident energy among the reflected and transmitted waves. Numerical examples are studied to determine the effects of saturating pore fluid, frequency, surface‐pore connections and wave inhomogeneity on the strengths of reflected and transmitted waves. Interaction energy due to the interference of different (inhomogeneous) waves is calculated in both the dissipative porous media to verify the conservation of incident energy.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

弹性波克希霍夫积分偏移法

P、S波同时偏移法是为了适应复杂构造地区勘探情况而开始研究的一种偏移方法。在前人工作的基础上,应用弹性波克希霍夫积分偏移的基本原理,改进了纵波（PP）及转换波（PS）的同时克希霍夫积分偏移方法,给出了一种近于实用的计算机流程和程序;并用其分别对射线理论合成反射波资料、有限元模拟地震波传播资料进行了检验,证明此种方法是有效的。在解决复杂构造地区的地震波成象方面,该方法具有很大的潜力。     

基于吸收衰减补偿的多分量高斯束逆时偏移

高斯束逆时偏移结合了射线类偏移的高计算效率和波动方程逆时偏移的高精度,能很好地处理焦散点、大倾角成像问题,并且具有面向目标成像的能力.多分量地震资料的偏移技术可以对地下复杂构造进行更准确的成像,由于实际地下介质具有黏滞性,研究黏弹性叠前逆时偏移具有一定的现实意义.本文采用高斯束逆时偏移方法对多分量地震数据进行吸收衰减补偿,首先分别给出纵波和转换波共炮域高斯束叠前逆时偏移方法原理,在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的多分量高斯束叠前逆时偏移.数值模型的测试结果显示,在考虑地下介质的黏滞性时,本文方法具有更高的成像分辨率.     

含孔隙、裂隙地层随钻多极子声波测井理论

储层岩石中普遍存在孔隙与裂隙,对钻井中的测井声波产生重要影响.基于孔、裂隙介质弹性波理论,导出了随钻声波测井的井孔声场表达式.据此考察了地层裂隙密度与含气饱和度的变化时井孔内随钻多极子模式波（斯通利波、弯曲波和螺旋波）的速度、衰减与灵敏度以及地层纵、横波的响应特征.裂隙密度与含气饱和度对模式波的速度频散与衰减都有影响,且两参数的值越大,影响越大.具体来说,速度对裂隙密度更敏感,而衰减对含气饱和度更敏感.具有"艾里相"特征的随钻偶极和四极子波在地层含气时产生强烈衰减,可以作为判断地层含气的一个明显指示.理论模拟与实际测井数据分析结果符合较好.     

具有低频超宽衰减域的部分埋入式表面波屏障

针对低频Rayleigh表面波,设计了部分埋入式工字形截面周期波屏障。利用有限元方法计算了结构的频散曲线,分析了带隙的形成机理,讨论了屏障埋入土体深度和截面参数对带隙的影响,在此基础上设计了具有低频超宽衰减域的梯度及分段梯度波屏障并计算了其传输谱。结果表明:周期波屏障存在较宽带隙,板埋入深度和端部尺寸是影响带隙的关键参数,通过参数调节可实现不同频段Rayleigh波的调控。工字形变截面波屏障比等截面具有更优越的隔震性能且节省材料。梯度及分段梯度波屏障显著拓宽了衰减域的频率范围,对1.5~20 Hz范围内的Rayleigh表面波实现了全覆盖,用小尺寸控制了大波长。