基于层状结构的微动面波频散及其正演算法研究

摘要

地层信息勘探，能为地震预测、超声检测、地热勘探等提供可靠的地层信息。然而，如何准确勘探地层信息一直都是地球物理勘探的难点。与传统物探方法相比，瑞雷波勘探具有快速、轻便、无损、衰减小、抗干扰能力强、信噪比高等优点。瑞雷波正演是分析地层信息的重要基础，也是反演算法不可或缺的前提。然而，传统正演算法在高频部分存在数据溢出和不稳定现象；在多模式频散曲线的能量计算上，同样存在着不足之处。为此，本文对瑞雷波勘探的诺波夫正演算法进行改进，同时对多模式频散曲线相对能量进行分析，并将反演应用于实际勘探数据。通过与实际勘探数据相互校验，验证算法有效性。本文的主要研究工作如下：
　　1、研究瑞雷波相关理论及其特性；
　　2、研究诺波夫算法正演原理，针对该算法在高频阶段容易出现上下限溢出和有效数字缺失的不足，对高频阶段算法进行改进，增加有效长度，使频散曲线能够到达5000Hz以上，解决数值溢出问题。在此基础上，通过与矢量算法正演的结果对比，验证改进后算法具有更高的数值稳定性和计算精度，为实际勘探提供可靠的频散函数曲线，不仅应用于近地表勘探，而且在超声面波重要的研究价值和实用意义。
　　3、将瑞雷波频散信号检测原理与面波传递原理相结合，实现多模式频散曲线的相对幅值计算，即各模式频散曲线相对能量估计。在此基础上，针对不同地层类型，实现相对能量估算。对地层频散曲线能量分布规律进行总结，为多模式频散曲线拟合、实际地层解释分析提供重要理论依据。
　　4、对瑞雷波勘探反演算法进行研究，采用模式识别算法，实现理论模型的反演，验证算法的有效性。将反演算法应用于实际勘探频散曲线，实验结果表明：诺波夫正演算法和模式识别反演算法能够有效的用于实际地层勘探，勘探误差小于10m，结合频散曲线相对能量分布，实现地层全面分析。

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第一章 绪论

§1.1 课题的研究背景和意义

§1.2 国内外研究现状和发展趋势

§1.3 论文研究内容与结构安排

第二章 瑞雷波的原理特性

§2.1 弹性理论

§2.2 均匀半空间介质中的瑞雷波

§2.3 本章小结

第三章 瑞雷波的正演及能量计算

§3.1 层状介质中的瑞雷波

§3.2 层状介质中的瑞雷波正演算法

§3.3 瑞雷波频散曲线影响因子

§3.4 多模式频散曲线能量估算

§3.5 本章小结

第四章 频散曲线反演和实际地层勘探

§4.1 模式识别算法

§4.2 微动瑞雷波用于实际勘探

§4.3 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 工作总结

§5.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间取得的成果