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地震波传播的微分几何描述 总被引：6，自引：2，他引：6
本文以复杂介质中的走向函数为基础,引入走时场的微分流形,从微分几何观点看,复杂介质中的射线方程即为流形上的测地线方程,复杂介质中的标量波动方程即为流形上的协变标量场方程,从而建立起复杂介质中地震波传播的微分几何描述,文中还讨论该方法在射线追踪,波场变换等方面的应用。 相似文献
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常见弹性波动理论的建立是基于介质均匀这一基本假设,实际介质的非均匀性非常普遍.为研究连续介质中波的传播特征,本文从弹性力学中建立弹性波动方程的三个基本方程出发,考虑连续介质弹性参数的空变特征,建立非均匀介质的弹性波动方程,利用Alkhalifah声学近似思想建立位移表征的纵波波动方程,利用本征值问题求解方法建立标量波频率-波数域传播算子,从而建立描述纵波传播的标量波方程,其中波函数为纵波位移的散度,不同于均匀介质标量波方程的波函数为位移势.随后推导含PML边界波动方程差分格式并建立不同模型数值模拟进行数值试算,与均匀假设标量波方程和变密度方程对比证明本方法的准确性和稳定性. 相似文献
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本文是文[1]的续篇,讨论由波动方程(?)Q/(?)t~2=v~2(x)△Q 反演波速v(x)的方法是否近似可用。作者指出,在非均匀介质条件下用此波动方程不能正确描述波的传播特性,因它不能保证弹性力在间断面上连续。以双层介质为例,分别从此方程及原始波动方程出发推导波的反射与透射公式,得到不同的反射系数与透射系数表达式。二者相差很大,不可能是近似关系,因此从波动方程直接反演波速函数的方法是不可取的。 相似文献
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地球内部非弹性介广泛存在，垂向线性连续变化非弹性介质模型具有重要理论与实际意义。本文利用复速度概念得到了复速度随深度线性连续变化的非弹性介质中地震波射线轨迹与等时线方程。理论结果表明：在线性连续变化非弹性介质中，射线轨迹呈圆形，等时面的形状为椭圆。最后对射线轨迹与等时线方程的适用性条件了讨论。 相似文献
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偏移成像是VSP数据处理中的一个重要环节,常规的VSP成像方法通常利用VSP-CDP转换或Kirchhoff偏移,均存在保幅性差及成像精度低等问题,而波动方程叠前深度偏移被认为是对地下复杂构造进行成像的精确偏移方法.任意广角波动方程作为一种高精度的空间域单程波波动方程,同时由于只含有二阶偏导数项,易于数值实现,与其他单程波波动方程相比,具有更大的成像倾角,因此是偏移成像的有力工具之一.本文将AWWE推广应用到VSP数据成像中,实现了VSP时空域高角度单程波方程偏移.首先从三维标量任意广角波动方程出发,推导了完全匹配层吸收边界条件,在基本不增加计算量的前提下有效地压制了边界反射成像噪音,同时利用非线性反演算法优选参考速度来提高平方根算子的近似程度,从而提高高角度地层的成像精度.模型数值模拟实验验证了该方法的有效性,同时表明该方法在陡倾角构造情况下能取得很好的成像效果.最后对某地区实际观测的VSP资料进行了偏移成像,并与地面地震偏移结果进行了对比,显示出VSP波动方程偏移在成像分辨率上的优势. 相似文献
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近地表地层与人类生产生活密切相关,利用地震层析成像方法准确重建浅部地壳速度结构有助于开展高精度地震勘探、探查浅部矿产资源、规避潜在自然灾害,并利于城市地下空间建设.中国大陆地表条件复杂,尤其中西部盆岭结合带地形起伏剧烈,对浅部地壳精确速度建模构成严重挑战.本文系统论述了地震层析成像领域基于高频近似理论的走时成像方法和有限频层析成像方法,阐明两类方法的基本原理、存在问题和发展方向等.依据正演走时有无显式射线追踪,基于高频近似理论的走时成像方法分为传统走时层析成像方法和无射线路径的走时层析成像方法.基于射线追踪的传统走时层析成像方法,在浅层速度强烈变化时,因存在阴影区或多路径现象引起成像失真,严重影响成像效率;而无射线路径的层析成像方法通过程函方程走时场的正传和逆传直接计算敏感核,并利用伴随状态法获得目标函数的梯度,具有快速、稳健的优点.以上两种基于地震射线高频近似理论的走时成像方法由于未考虑地震波频率的带限性,存在波散射、波前愈合及反演约束差等问题.有限频层析成像方法克服了射线理论"无限高频"假设所带来的弊端,已成为重要的研究方向之一.该类方法主要分为射线有限频层析成像方法和基于波动方程的有限频层析成像方法.射线有限频层析成像方法能够提高成像的分辨率,但在方法本质上仍依赖于射线理论,较难处理较复杂的波现象问题;基于波动方程的有限频层析成像方法能准确处理复杂地质问题,提高成像可靠性并能以图像形式直观展示地球内部地震波的速度结构分布,但是该方法在实际应用中强烈依赖于数据中的低频信息及较精确的初始速度模型,其推广应用仍需进一步探索. 相似文献
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波动方程Maslov射线解的有限差分计算 总被引：2，自引：0，他引：2
借助于守恒型程函方程的有限差分解法，构造出一种地震波场Ｍａｓｌｏｖ渐近解的数值计算方法，并针对不同坐标系进行了讨论。文中通过不同模型分别计算了透射波和反射波的射线路径、走时及相应的合成地震记录，结果表明本算法具有快速、准确的特点。本文算法可用于叠前Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ深度偏移及非均匀介质逆散射问题中Ｇｒｅｅｎ函数的计算，并就算法本身的局限性作了讨论。 相似文献
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地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程，而在实际应用中，常在无能量损耗假设下，用弹性波动方程或标量波动方程描述它.在哈密顿(Hamilton)体系表述下，地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程.若不计能量损耗，波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换，因而对应的数值算法应为辛几何算法.本文首先从地震波标量方程出发，给出哈密顿体系下地震波传播的表述，即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的.随后，把波场在时间和相空间离散化后，给出了用于波场计算的一些辛格式，如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式.并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同.然后，应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录.数值结果表明，辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法.在时间步长较小时，有限差分方法是辛算法的一个很好近似.文中的理论和方法，为地震波传播理论及实际应用研究提供了新的途径. 相似文献
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P. HUBRAL 《Geophysical Prospecting》1976,24(4):719-724
A satisfactory approximation to the travel time of a reflected wave is achieved by finding a ray, which originates in the source and emerges close enough to the receiver. The reason for this is, that the actual travel time function can be approximated in every emergence point of the wave by a time function which is entirely defined by seismic parameters along the ray connecting the source with the point of emergence. 相似文献
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均匀介质、复杂各向同性介质和各向异性介质中的地震波传播过程,可用统一形式的标量声波方程描述.考虑到在无损耗条件下,地震波方程描述了地震波场这一个无穷维的哈密顿体系随时间的演化过程,该过程为一个单参数连续辛变换,因而可以在其哈密顿形式表述下导出其辛格式.与显式辛算法相比,隐式辛格式对应的隐式辛几何算法具有无条件稳定的特点,可以允许较大的计算步长.但是由于隐式算法不可避免地面临高阶矩阵的求逆,其每一步的计算速度较慢.为实现矩阵快速求逆,文中采用了螺旋边界条件下谱因式分解的方法.在螺旋边界条件下,需要求逆的矩阵化为带状矩阵,而且其各列非零元素的位置和大小具有非常好的相似性,因而可以采用谱因式分解的方法实现快速LU分解.文中采用二阶精度的隐式蛙跳辛格式和谱因式分解方法,计算了常速度、层状介质和Marmousi模型中的波场.计算表明,隐式辛算法不失为波场计算的一种好方法. 相似文献
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The present paper focuses on the governing equations for the sensitivity of the variables to the parameters in flow models that can be described by one-dimensional scalar, hyperbolic conservation laws. The sensitivity is shown to obey a hyperbolic, scalar conservation law. The sensitivity is a conserved scalar except in the case of discontinuous flow solutions, where an extra, point source term must be added to the equations in order to enforce conservation. The propagation speed of the sensitivity waves being identical to that of the conserved variable in the original conservation law, the system of conservation laws formed by the original hyperbolic equation and the equation satisfied by the sensitivity is linearly degenerate. A consequence on the solution of the Riemann problem is that rarefaction waves for the variable of the original equation result in vacuum regions for the sensitivity. The numerical solution of the hyperbolic conservation law for the sensitivity by finite volume methods requires the implementation of a specific shock detection procedure. A set of necessary conditions is defined for the discretisation of the source term in the sensitivity equation. An application to the one-dimensional kinematic wave equation shows that the proposed numerical technique allows analytical solutions to be reproduced correctly. The computational examples show that first-order numerical schemes do not yield satisfactory numerical solutions in the neighbourhood of moving shocks and that higher-order schemes, such as the MUSCL scheme, should be used for sharp transients. 相似文献
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A quantitative analysis of the various approximations to the scalar wave equation used in seismic migration can be obtained by a study of the resulting phase errors. In the space-time domain the effects of different modes of parameter optimization are displayed. In the space-frequency domain the spatial derivatives may be expanded as a linear filter operator whose coefficients are determined by requiring that the resulting phase shifts agree with those that arise from planar wave solutions of the exact wave equation over a range of angles and frequencies. 相似文献
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在各向异性地震波场中,qP波与qS波常常是耦合在一起的.多分量地震数据处理中一个关键环节就是波型分离(即模式解耦),以纵波成分为主的常规单分量地震数据的成像则需要合理描述标量qP波的传播算子.本文作者曾构建了在运动学上同弹性波动方程等价,动力学上突出标量qP波的伪纯模式波动方程.为了彻底消除qS波残余,本文根据波矢量与qP波偏振矢量之间的偏差,提出从伪纯模式波场提取纯模式标量qP波的方法.数值分析展示了投影偏差算子在波数域和空间域的特征.基于不同复杂程度理论模型的试验结果表明,联合"伪纯模式传播算子"与"投影偏差校正"可为各向异性介质分离模式波场传播过程提供一种简便的描述工具. 相似文献
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The behaviour of the actual polarization of an electromagnetic wave or elastic S–wave is described by the coupling ray theory, which represents the generalization of both the zero–order isotropic and anisotropic ray theories and provides continuous transition between them. The coupling ray theory is usually applied to anisotropic common reference rays, but it is more accurate if it is applied to reference rays which are closer to the actual wave paths. In a generally anisotropic or bianisotropic medium, the actual wave paths may be approximated by the anisotropic–ray–theory rays if these rays behave reasonably. In an approximately uniaxial (approximately transversely isotropic) anisotropic medium, we can define and trace the SH (ordinary) and SV (extraordinary) reference rays, and use them as reference rays for the prevailing–frequency approximation of the coupling ray theory. In both cases, i.e. for the anisotropic–ray–theory rays or the SH and SV reference rays, we have two sets of reference rays. We thus obtain two arrivals along each reference ray of the first set and have to select the correct one. Analogously, we obtain two arrivals along each reference ray of the second set and have to select the correct one. In this paper, we suggest the way of selecting the correct arrivals. We then demonstrate the accuracy of the resulting prevailing–frequency approximation of the coupling ray theory using elastic S waves along the SH and SV reference rays in four different approximately uniaxial (approximately transversely isotropic) velocity models. 相似文献
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A novel finite element method has been described in this paper for the solution of the steady-state scalar wave equation in two dimensions. In this method the physical domain of the problem is mapped into an image domain; the governing equation and the prescribed boundary conditions are also appropriately transformed. Because logarithmic mapping functions are used, the physical domain is logarithmically condensed in the image plane. The method is therefore particularly suitable for the efficient and economical solution of large or very large aspect ratio problems. The high degree of accuracy which the method is capable of is demonstrated by means of two typical examples. Possible extension of the method to complex problems including non-linearity, multiplicity, etc. is also discussed. 相似文献
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全波形反演是一种高精度的反演方法,其目标函数是一个强非线性函数,易受局部极值影响,而且反演过程计算量较大.波场重构反演是近几年提出的一种改进的全波形反演理论.该反演方法通过将波动方程作为惩罚项引入到目标函数中,通过拓宽解的寻找空间减弱了局部极小值的影响,而且反演过程不需要计算伴随波场,提高了计算效率.但该反演方法一直缺少准确的惩罚因子算法,直接影响到该方法的准确度.本文将波场重构反演拓展到时间域并利用梯度法进行波场重构.频率域的惩罚因子用来加强波动方程的约束,而时间域惩罚因子表现为调节模拟波场和实际波场的权重因子.为此,我们根据约束优化理论,在波动方程准确以及重构波场与反演参数解耦的假设下,提出以波动方程为目标函数的新的惩罚因子算法.根据波形反演在应用时普遍存在的噪音干扰、子波错误和低频信息缺失的情况下,应用部分Sigsbee2A模型合成数据对本文提出的算法进行实验.数值实验结果表明：基于新的惩罚因子算法,在其他信息不准确的情况下,波场重构反演可以给出高精度的反演结果. 相似文献