三維復(fù)雜介質(zhì)中瑞雷面波傳播特性研究.pdf

1、瑞雷面波憑借其衰減小、信噪比高、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高及在層狀介質(zhì)中具有頻散特性，在地震勘察和工程檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其數(shù)值模擬也日益受到學(xué)界重視。為了更加接近真實(shí)的地質(zhì)模型，為實(shí)際的瑞雷面波勘探提供充足的理論支撐，通過交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分?jǐn)?shù)值模擬，對(duì)三維復(fù)雜介質(zhì)中的瑞雷面波傳播特性進(jìn)行了研究。
　　 三維波動(dòng)方程數(shù)值模擬對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算速度有很高的要求，為了克服單PC串行算法在三維數(shù)值計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小和計(jì)算速度慢的局限，采

2、用基于消息傳遞接口(Message Passing Interface，MPI)的并行算法對(duì)瑞雷面波進(jìn)行了交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分正演模擬。將模擬區(qū)域劃分為若干個(gè)子區(qū)域，各個(gè)進(jìn)程互相協(xié)同，并行完成各個(gè)子區(qū)域的數(shù)值模擬，從而達(dá)到加速模擬速度，擴(kuò)大模型規(guī)模的目的。
　　 數(shù)值模擬過程中，采用聲學(xué)-彈性界面近似法(Acoustic-Elasticboundary Approach，AEA)處理水平自由地表，吸收邊界通過指數(shù)衰減的方法處理。模擬

3、所得的單道地震記錄與解析解的對(duì)比結(jié)果和波場快照驗(yàn)證了模擬的可行性和正確性。本文對(duì)水平層狀介質(zhì)(三層速度遞增、含軟夾層)、地表裂縫、地下空洞、地表水平傾斜、地表隆起、地表凹陷等模型下的瑞雷面波進(jìn)行了數(shù)值模擬。在模擬起伏地表模型中的瑞雷面波時(shí)，采用坐標(biāo)映射的方法，先將地形函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)引入波動(dòng)方程后再通過交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分求解。通過一系列數(shù)值模擬算例，分析了瑞雷面波高階模式形成機(jī)理，直觀地揭示了瑞雷面波在復(fù)雜介質(zhì)中的傳播過程，并研究了其傳播特性