基于交错网格有限差分法的断面波叠前时间偏移成像影响因素正演分析

断层和断裂带的有效识别是地震资料解释中的重要环节，断层在地震信号响应中以断面波的形式体现，因此断面波成像的质量关系到断层的精细识别与刻画.本文利用精度较高的交错网格有限差分正演模拟方法对断面波成像的影响因素进行了正演研究，主要正演分析的参数包括采集因素中的电缆长度和采集方向，地质因素中的断层倾角、断距、反射系数，以及处理因素中的偏移方法等几个方面.通过正演论证得出：采用合理的采集参数能够提高断面波的照明度；有效结合地质因素能够提高断面波的解释精度；利用合理的偏移方法能够使断层归位更加准确，断面波有效成像.基于以上结论，对于断面波的精确识别与刻画，应综合采集因素，处理因素及地质因素，只有这样才能提高断层的解释精度，有效减小解释误差.     

基于广义旋转法双九点格式标量波方程数值模拟

前人虽然基于传统旋转法提出了四阶精度最优17点差分格式，用于提高频率域地震波场数值模拟精度，但其仅适用于等网格间距的情形.这大大限制了该格式的使用范围.为了进一步提高17点有限差分格式的数值精度并将其推广到矩形网格，本文基于二阶精度有限差分算子利用广义旋转法提出了双九点格式，由于其差分格点与前人17点格式在分布上一样，所以也可称为二阶精度最优17点格式，但由差分格式构造原理上来讲，称其为双九点格式更妥.前人四阶精度17点格式仅为本文等网格间距情形时的特殊情况，本文方法单位波长网格点数仅需要2.2个即可.本文格式在继承传统旋转法良好几何旋转性质的同时，拥有平均导数方法适用于矩形网格的特点，和平均导数法所得的广义17点格式相比，本文格式数值精度更高，数值频散抑制性能和差分算子对称性更好.同时，本文双九点格式方法和思想对于后人借助传统九点格式的构造方法将其扩展到17点格式求解各类波动方程具有十分重要的意义.     

华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景

华南陆缘是我国重要的矿产、地热资源区.晚中生代以来，在太平洋板块西向俯冲，地幔热对流活动共同作用下，该区出现多期岩浆-热事件和大规模爆发式成矿作用.在前人研究基础上，本文利用地表热流观测资料、地震剪切波资料、重力位球谐系数，计算了壳-幔温度结构，分析了动力学背景.计算结果表明：华南陆缘东南沿海地带，地壳10 km以浅温度达200℃以上，居里点温度475℃，莫霍面平均温度550℃.地壳浅层较热，花岗岩中放射性元素衰变放热是地壳浅层地下水热活动的重要热源，但地壳总体温度不高，为"冷壳热幔"型热结构.地幔中，90 km深度，温度950~1250℃；120 km深度，温度1050~1400℃；150 km深度，温度1200~1450℃；220 km深度，温度1500~1700℃."热"岩石圈底界深度在110~150 km之间，西深东浅.岩石圈内，地幔应力场为挤压-伸展相间格局；岩石圈之下，地幔应力场为一个以南昌为中心、长轴NE-SW向的椭圆.分析认为，晚中生代以来，太平洋板块的西向俯冲，导致华南陆缘在区域性SE向地幔对流背景上叠加局域性不稳定热扰动，在175~85Ma期间，上地幔物质向上流动，形成不同的岩浆活动高峰期.同时，岩石圈地幔受俯冲洋壳流体的影响，含水量高，黏度小，在地幔流切向应力场作用下，岩石圈底界由西向东"波浪"状减薄.现今岩石圈之下仍具备地幔小尺度热对流温度条件，但除地表浅层外，地壳整体温度不高，岩石圈构造稳定.     

含孔隙介质的分层半空间表面瑞利波的衰减特性

以分层半空间内部含有一层孔隙介质为物理模型进行数值计算，研究半空间表面瑞利波的传播和衰减特性.为更加接近实际，结合瑞利波的激发特性，确定了瑞利波的主衰减曲线，并主要以此进行规律分析.针对速度递增和含低速层这两种典型的地质模型，讨论了瑞利波的传播衰减在不同地质模型下的特性，并分析了各自的规律.结果表明，在这两种模型下瑞利波的主衰减曲线都受孔隙介质所处空间位置影响产生比较明显的变化，但衰减系数极大值对应的波长与模型的表层厚度存在较明显的线性对应关系，利用这一关系，可以在实际勘探中快速得到表层介质厚度.另外，通过对比分析还可以看到，瑞利波主衰减曲线随孔隙介质的孔隙度和渗透率的变化都强于主频散曲线的变化，表明衰减曲线对孔隙度和渗透率的变化更加敏感，理论上更加适合进行介质参数反演工作.综合对比结果，我们认为瑞利波主衰减曲线中包含了更丰富的介质参数信息，如果能够有效利用，将可以提高瑞利波勘探的准确性和应用范围.     

自适应虚同相轴方法压制地震层间多次波

地震数据中发育的层间多次波是影响速度分析和偏移成像的精度和可靠性的关键.通常情况下，层间多次波的动校正量、叠加速度和频率与一次波并无明显差异，从而对识别、预测和压制多次波带来了极大挑战.传统虚同相轴方法基于物理图像和定性公式，其预测的层间多次波振幅和相位精度难以满足实际需求，造成了其对匹配算法的过度依赖.本文针对传统虚同相轴方法的理论缺陷和计算精度问题，通过理论推导得到了新的自适应虚同相轴方法.相比于传统方法，自适应虚同相轴方法能够显著提高压制多次波能力，同时减少对匹配算法的依赖.本文给出了自适应虚同相轴方法的推导过程，并运用一维和二维模型算例验证了方法相较于传统虚同相轴方法的多次波预测精度优势.通过在PLUTO模型和实际陆地地震数据上的应用实例，证明了本文新研究的自适应虚同相轴方法对去除层间多次波，恢复并突出目标储层同相轴，提高地震成像分辨率的显著作用.     

地震槽波的数学-物理模拟初探

针对地震槽波在低速层的传播特性，开展了煤层内地震槽波勘探的数值模拟和物理模拟研究的初探工作.在数值模拟研究方面，采用交错网格有限差分法对煤层中的地震槽波进行三分量全波场模拟.基于波场快照和人工合成地震记录研究了不同模型中的波场特征和各种波型的传播规律.在物理模拟方面，通过选用不同配比的环氧树脂和硅橡胶类材料构建地震槽波物理模型，利用透射法和反射法观测系统获得了清晰的地震槽波记录以研究槽波的地震学特征.研究表明，在煤层内槽波的地震波场中，Love型槽波的能量小于Rayleigh型槽波的SV分量，大于Rayleigh型槽波的SH分量.相对于Love型槽波和Rayleigh型槽波的SH分量，Rayleigh型槽波的SV分量在围岩中的泄露能量较强.在煤层界面附近的围岩中，地震波仍以槽波形式传播，随着距离的增加能量逐渐衰减.随着煤层变薄，煤层槽波主频向高频方向移动，频散现象增强，传播速度增大.     

非饱和土中剪切S波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中的液相和气相的相互影响,研究非饱和土地基中剪切S波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立问题的弹性波动方程,经过理论推导给出非饱和土中剪切S波的弥散特征方程。通过数值算例分析剪切S波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明,剪切S波的波速几乎不受饱和度的影响,但其随着频率的增大而减小,随着固有渗透系数的增大先不变后增大;剪切S波的衰减系数随着饱和度和频率的增加均增大,而随着固有渗透系数的增大先不变后增大最后减小。     

单基站基于波达角度的刚体位置姿态最大似然估计

针对刚体定位同时估计目标的位置和姿态信息的问题，研究了在三维空间中利用单基站进行刚体定位（RBL）的框架.该框架采用单个基站对安装在刚性目标表面的小规模无线传感器信号的波达方向进行测量，并将其与传感器拓扑信息融合，提出了两种用于RBL的最大似然估计算子.利用改进的高斯-牛顿算法对旋转矩阵和平移向量的最大似然估计算子进行优化估计，解算出了目标物体的三维位置和姿态.仿真结果表明，文中提出的最大似然算子可以接近理论克拉美罗下限，并且在收敛成功率和运算成本方面具有较为出色的性能.      

海岸波浪多次破碎波能耗散模型

在坡度很缓(接近或小于1∶100)的海岸，波浪在向海岸传播的过程中，可能经历多次破碎，而在两次波浪破碎之间将伴随着波浪恢复(波浪恢复到不破碎状态)。在现有海岸波高计算模型中，波浪破碎是通过波能耗散来模拟的，但所采用的波能耗散模型都不能自动考虑波浪出现多次破碎的过程，特别精确模拟这一过程中出现的波浪恢复。本文提出了解决这一问题的新的波能耗散模型，模型的建立是通过在Dally模型中重新建立稳定波能、饱和波高水深比和波能耗散系数，并引入了波浪恢复的判断条件实现的。该模型的波能耗散在波浪恢复区的值很小故能描述波浪恢复区的波浪运动。与实验结果的对比表明，新模型可以适合缓坡情况波浪多次破碎的波高模拟，而且对不同坡度的平坡和沙坝海岸(1∶100～1∶10)的破碎波模拟都可以给出与实验结果符合的结果，并且可以自动识别多次波浪破碎的存在和波浪恢复的发生。     

安达曼海内孤立波的潜标观测分析研究

安达曼海是内孤立波生成最多的海域之一,目前对其研究大多基于卫星遥感,缺乏基于现场观测资料的相关研究。本文通过2016年至2017年布放在安达曼海中部的锚系潜标对该海域内孤立波的方向和强度进行研究,结果表明在研究区域内孤立波主要向东北方向传播,最大振幅可达100 m。应用彻体力理论预测了研究海域内孤立波波源的分布,与遥感统计结果基本一致,并且波源位置更精确,可直观地给出不同波源激发内孤立波的能力。本文分别用浅水方程、深水方程和有限深方程对安达曼海中部内孤立波相速度进行模拟,结合卫星遥感分析发现该海域内孤立波的产生符合Lee波机制,在三种方程中有限深方程的模拟效果与潜标观测最相符。