VTI介质中准P波方程的数值解法

为克服常规弹性波动方程正演结果的局限，研究了具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中准P波方程的数值解法.首先从VTI介质中准P波方程出发，采用任意偶数阶精度有限差分算子构造了准P波方程数值求解的高阶有限差分格式，给出了其稳定性条件和边界条件的计算方法.为提高数值求解精度，引入通量校正算法压制数值频散，将震源置于各向同性介质内以消除准P波方程的误差解，在此基础上建立了VTI介质中准P波方程正演的数学模型.     

横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解

在采矿工程中遇到大量的层状岩体稳定性问题。对于层状岩体,在力学上可将其处理成横观各向同性体。根据横观各向同性弹性力学的平衡方程、物理方程和几何方程,推导了横观各向同性平面应变问题的相容方程;根据应力函数的复变函数表示,推导了横观各向同性平面应变问题中位移分量的复变函数表示;利用保角映射,推导了横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解。虽然在推导中假设巷道横断面平行于各向同性面,但位移解析解表明,围岩径向位移不仅与各向同性面上的弹性模量和泊松比有关,而且与垂直各向同性面方向的弹性模量和泊松比有关。     

复杂各向异性介质中的地震波场有限差分模拟

从具有倾斜对称轴的横向各向同性介质（TTI）中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波方程进行差分离散,得到了TTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式.研究了PML吸收边界条件,推导了该边界条件在交错网格中的高阶差分格式,在此基础上实现了二维TTI介质中弹性波方程正演的多波正演.数值算例表明:该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录.     

双截面应变测试法及其在接杆凿岩中的应用

根据一维波动方程推导了双截面应变测试法测试一维杆中任一截面的应变和质点速度方程以及顺波和逆波方程；并成功地将其用于钎杆接头动力特性的量测，得到了较长的入射波在短接杆中传播时遇到接头后的反射波以及能量反射率、能量耗散率等重要参数     

黏弹煤层介质断层构造槽波响应特征分析

隐伏断层是影响工作面透明化建设、煤矿智能化发展的重要地质因素之一，槽波地震勘探是目前探测断层的常用方法。目前，槽波理论研究主要基于煤层弹性各向同性条件，但煤层是由有机物质和无机物质组成的层状沉积岩体，具有较强的黏弹性。基于Kelvin-Voigt黏弹性理论，采用三维交错网格高阶有限差分法，边界吸收采用PML吸收边界算法，研究了煤层黏弹性和断层断距对槽波传播的影响。结果表明：黏弹介质煤层中地震波能量衰减增强，高频部分能量衰减严重，黏弹介质更加接近实际煤层的衰减特性；槽波遇到断层后，z分量高阶Rayleigh槽波发生透射和绕射现象，产生了新的转换波组基阶与高阶Rayleigh槽波；煤层的横波品质因子Qs=50时，基阶槽波具有明显的频散曲线形状，Qs衰减至10时，高阶Rayleigh槽波仍有清晰记录，槽波能量峰值向低频移动；随着断层断距的增大，绕射和透射作用逐渐增强，转换波组能量逐渐增大，断层后z分量的转换波组能量逐渐增强，槽波能量峰值向高频移动。     

煤岩中弹性应力波的传递及监测方法

基于煤岩体中弹性能的表征分析及能量传递原理,提出煤岩中弹性波的传递模型,利用弹性波的传递方程,分析了波的传播及引起的煤岩介质、能量的各种物理变化,如微震、地音、孔裂隙发育等变化机理.在冲击地压监测原理分析的基础上,探讨了三角形网法的原理及检测思想.     

含瓦斯煤体声发射应力波传播规律理论研究

基于含瓦斯煤岩体属于固-气两相孔隙介质,运用经典的弹性动力学理论进行AE信号的传播分析不能准确反映含瓦斯煤层中的传播情况.提出了固-气耦合两相孔隙介质模型,进行了两相介质AE传播理论的初步研究,推导了固-气两相孔隙介质的本构关系和波动方程,对含瓦斯煤层中的AE应力波进行了理论分析.结果表明：含瓦斯煤体双相介质中的横波方程仍然保持单相介质中的传播形式;纵波方程发生明显改变.     

含瓦斯煤体弹性波传播规律研究

以Biot的饱和流体多孔隙介质弹性波传播理论为基础,考虑到游离态瓦斯和吸附态瓦斯对煤体的力学变形特性存在较大差异,将含瓦斯煤体分为无吸附相模型和吸附相模型,并对含瓦斯煤体的弹性波传播规律进行了研究。研究结果表明:无吸附相模型的弹性波速度随着瓦斯压力的增加略有下降,与单相介质煤相比相差不大;吸附相模型的弹性波速度随着瓦斯压力的增加下降趋势明显,表现出明显的双相介质特征。     

三维粘弹性介质地震波场数值模拟技术研究

为了适应油气田勘探的发展需求,提高勘探精度,地震勘探由二维向三维发展。传统的地震波数值模拟一般假设地层介质是均匀、完全弹性的,但在实际情况中,由于介质是非完全弹性、各向异性、物性参数可连续变化的,因此地震波的能量在传播过程中是逐渐衰减的。在非均匀介质情况下进行地震波的数值模拟,可以更真实地反映地震波的传播和能量变化规律。推导出三维交错网格高阶有限差分算法,求取优化差分算子,实现三维粘弹性波数值模拟,获得地震记录,并分析其波场特征和能量变化情况。     

槽波的吸收衰减

槽波在煤层及其附近岩石介质传播过程中，其能量随传播距离的增大而不断衰减，槽波衰减与其柱状波前扩散及几何频散有关，同时也与煤槽吸收作用有关。能量衰减限制了槽波地震勘探的探测范围。本文讨论了煤槽的Ｑ值及其影响因素。     

瑞利波泄漏模式与“之”字形正演模拟

对瑞利波勘探中泄漏模式波的求取问题进行模拟研究.通过添加附加层的方法，使实频散方程求解瑞利波相速度的范围包含所有的层速度区域，从而可用导波来模拟计算泄漏模式波.从模拟结果来看，附加层法不仅能模拟出原模型的实数导波，还能计算出其泄露模式波的变化；同时，通过计算vr-λ频散曲线，说明泄漏模式波的存在也是产生“之”字形现象的原因之一.     

矿井槽波地震数据极化特征分析

矿井槽波地震采集数据中,包含有多种类型地震波,这些波常常叠合在一起,使得槽波信号提取困难。根据槽波质点振动极化特征差异,提出基于S变换的自适应协方差矩阵槽波极化分析方法,构建时频域自适应协方差矩阵,依据矩阵特征值和特征向量计算椭圆率和方位角极化参数,通过极化参数分析信号振动轨迹特征,设置极化滤波器,对槽波水平双分量信号进行波场分离。通过理论合成信号测试,利用信号在时频域振动极化特征可以分离在时间域和频率域叠合的信号;实际槽波数据极化分析发现,线性极化的勒夫型槽波和椭圆极化的瑞利型槽波基本复合在一起,通过时频域极化滤波可以有效分离。     

黏弹TI煤层介质3层模型Love槽波频散与衰减特征

煤层是典型的黏弹各向异性介质,将黏弹性和各向异性两种性质结合起来的槽波研究较少。以弱各向异性煤层为研究对象,应用Thomsen等效介质理论,采用Kelvin-Voigt黏弹性模型,研究了黏弹TI(Transverse Isotropy)介质3层水平层状模型Love槽波频散与衰减特征;推导了3层水平介质的Love槽波频散方程解,可以计算品质因子随频率变化的情况;分析了各向异性参数γ、煤层横波品质因子Qs值变化及煤层Qs随频率变化对Love槽波频散、品质因子和衰减曲线的影响;模拟了煤层Qs=10和Qs=20时三维槽波波场传播过程。结果表明:TI介质和各向同性介质的槽波品质因子和衰减系数基阶曲线差别小,各向异性参数γ对Love槽波品质因子和衰减系数影响较小;煤层Qs对Love槽波频散曲线影响很小,主要影响槽波品质因子和衰减系数曲线,煤层Qs=10时槽波衰减系数值比Qs=20和30时大很多;目前煤层Qs在0～1 000 Hz内是否随频率变化尚无定论,假设煤层Qs随频率线性减小,各阶槽波品质因子曲线低频部分差异很小,高频部分差异变大,当Qs减小到10时,槽波衰减系数随频率增长很快;对于三维槽波波...     

Intensification of nonlinearity by dispersed events in media with structure and generation of various dominant frequencies in P- and S-waves

A model of a continuum with a structure described by infinite order equations of motion is proposed. In case that a wave is very long as compared with the size of the structure, equations are reduced to the fourth-order equations. A closed equation of motion, including nonlinear, dispersed and wave members, is derived. It is shown that solutions in the form of soliton waves exist only in media where wave velocity grows with pressure. In the media, where soliton waves do not exist, quasi-stationary solutions with multiple frequencies prevail. It is found that the nonlinear effect of multiple frequencies is unexpectedly high even for small deformation as dispersion violently intensifies nonlinear events. Moreover, in the domain of small deformation, there exist solutions for longitudinal and transversal waves with the same length and different frequencies. The solutions for the same length waves with different frequencies most often occur in seismology and seismic explorations.     

各向异性地层深度域速度建模

提出了一种新的方法来更新纵波和转换波的深度域速度模型。该方法基于矢量波波场延拓的弹性波叠前深度偏移得到的共成像点的剩余曲率分析(RCA)。在共成像点道集上进行速度更新,并将偏移速度与真实速度的差异参数化,通过拾取能量团的方式估计真实速度。同样的方法也可用于更新各向异性参数。推导了成像深度与各向异性参数关系的方程,并利用模型各向异性和真各向异性的相关参数更新了横向各向同性介质（VTI）的各向异性参数。在实际应用中,采用分层剥离法逐层更新速度,通过剩余时差反演各向异性参数。利用合成地震资料和实际工区模型资料进行验证,验证了偏移速度更新方法和各向异性参数分析方法的可行性和准确性。     

瑞利型槽波的本征方程及其应用

用一个中间为低速均匀弹性夹层、两面为半无限性质相同的均匀弹性介质的模型来描述含煤层的地层，求得该模型中Ｐ－ＳＶ型槽波的频散关系解析表达式，详细证明了可用一对对称和反对称的本征函数和相应的一对低阶本征值方程来描述此种槽波。并且在此基础上，由实际煤层中激发的槽波，反演了煤层的平均厚度，所反演的煤层平均厚度与实际情况相符。     

散体移动体积连续性方程研究

本文针对散体移动和二次松散的特点,通过理论分析和实施,首次建立了散体移动体积连续性方程和移动体积总流连续性方程,二者同时成立。该方程可用于检验散体移动速度场方程。散体移动体积连续性方程确定了散体移动过程中速度与体积变化的关系,以此可进一步研究散体移动密度场。     

三维各向同性介质矢量波场保幅分离方法

三维各向同性介质中,基于常规散度和旋度算子分离得到的纵横波在物理意义和发生极性的反转位置上无法与原混合波场完全对应。现有的矢量波场分离方法是在波场求取散度和旋度基础上再做一次梯度和旋度运算,分离后的矢量纵横波与原波场极性反转位置一致,但不保幅。从一阶速度-应力方程出发,在波数域推导了矢量纵横波分离公式的表达形式,并结合有限差分过程给出了其在空间域的求解方法。该方法的本质是利用纵横波的传播速度对现有的矢量波场分离方法进行振幅校正,并将校正结果分别作为纵波与横波对于时间的二阶偏导。简单层状模型和SEG/EAEG盐丘模型的试算结果表明,该方法能够适应复杂波场的矢量纵横波分离,并保证分离后纵横波的波形与原混合波场保持一致,具有较好的保幅性。