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Kelvin粘弹性介质下瑞雷面波正演模拟及波场分析

南坤  
【摘要】: 瑞雷面波勘探是一种新型的工程地球物理勘探方法。因为瑞雷面波浅层传播能量强、野外工作效率高从而近年来得到越来越多的重视。传统的瑞雷面波理论研究一般都假设地下介质是弹性的固体介质,虽然能够从一定程度上近似的反应地下介质的情况,但是由于地下介质的粘弹性,多相性使得固体弹性理论难以逼真的反应真实介质的复杂特性。目前对于瑞雷面波的正演研究主要还停留在弹性条件下的瑞雷面波数值模拟。正演是反演的基础,因而粘弹性介质下瑞雷面波的正演研究十分必要。 本文系统的介绍了Kelvin粘弹性介质模型,包括其构造方法、时变特点以及波动方程。从二维Kelvin粘弹性波动方程出发,介绍了时间二阶和空间十阶精度的差分公式,对边界条件和初始条件进行了探讨。 本文将开尔文粘弹性理论以及组分粘弹性理论应用到瑞雷面波的正演模拟中,采用交错网格技术对一阶速度-应力粘弹性波动方程进行数值模拟。通过正演模拟分别研究了开尔文介质和组分开尔文型介质下瑞雷面波的传播特性,采用的模型包括半空间均匀介质模型以及水平层状介质模型。着重分析了不同品质因子和孔隙度对瑞雷面波吸收和衰减的影响。模拟结果表明瑞雷面波在这些介质的传播过程中存在着能量的衰减和频谱的吸收等特点。论文的研究加深了对瑞雷面波在真实介质中传播的认识。


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