有限差分法在瑞雷波波场正演模拟中的应用

【摘要】随着现代化进程的加速，我国在基础设施建设方面的投资力度越来越大，其中道路和住宅房屋建设方面的变化尤为突出。特别是在2014年三月份举办的十二届全国人大会议上，李克强总理提出的棚户区改造和高铁建设的推进，施工前的地基勘查就显得非常重要了，直接关系到工程建设的安全程度。目前在工程勘探中使用的方法很多，主要有高密度电法、瞬变电磁法、折射波地震勘探法和瑞雷面波法等。其中瑞雷面波法以浅层分辨率高、对施工场地损害小、抗干扰能力强、施工效率高等优点而备受青睐。然而，由于实际工程场地的复杂性，采集的数据并不理想，例如：包含低速层的和空洞塌陷的地质情况。因此，如何从理论上对这些特殊情况的介质模型进行分析探讨就显得非常重要了。有限差分法作为一种有效的数值模拟方法，它不仅能反映地震波的运动学信息，还能反映地震波的动力学信息，能够较全面的反映波场信息。把有限差分法应用到瑞雷波的数值模拟中，突破了频散方程只能研究简单的层状介质模型的局限性，对较复杂的地质模型（包含空洞）也能进行数值模拟和分析。本文采用高阶交错网格有限差分法，把数值模拟中遇到的频散问题、PML边界条件问题、自由边界条件问题等解决基础上，对实际工程勘探中遇到的包含软弱夹层和空洞的情况，构造模型进行了数值模拟，从波场快照、单炮记录、频散曲线方面进行了探讨和分析。得出一些规律性的结论，为实际工程勘探提供理论指导。另外，由于实际勘探介质的复杂性，特别是包含空洞的地质情况，通过传统的提取频散曲线的方法，无法获得反映地下介质情况的地质剖面；因此，本文另辟蹊径，借用文献[45]中提出了“反散射”分析处理方法，从单炮记录入手，通过对单炮数据进行处理（包括fk变换、LMO等），最终，获得空洞在地表的准确位置，规避了提取频散曲线方法本身的缺陷。
【作者】刘建宙；
【导师】钱荣毅；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】有限差分法；瑞雷面波；PML边界条件；波场数值模拟；

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