多相介质中瑞雷面波传播特性研究

经典的Biot 线性孔弹性模型是各种多相孔隙介质模型的起点与基石。近年来提出的刻画非饱和孔隙介质的双孔隙度模型和斑状饱和模型假定波在传播过程中的损耗是由于中观尺度上的不均匀性产生的，较好地预测了地震波频带内体波的频散与衰减性质，但对面波的研究很有限。研究多相孔隙介质中瑞雷面波传播特性具有科学意义和广泛的应用前景。本项目拟以理论分析和数值模拟作为主要方法，研究瑞雷面波在标准双相介质模型、等效弹性介质模型、非饱和孔隙介质模型中传播的相速度频散和衰减性质，建立粘弹性介质模型近似非饱和孔隙介质模型来刻画瑞雷波的传播特性；开展野外尺度的观测实验，对观测数据进行高精度的瑞雷波频散与衰减分析；利用钻探取芯样品在室内进行岩石物理测试，获得理论模型所需的各种孔隙介质参数，合成实验场地地震剖面观测数据；对比研究实测数据与实际参数合成数据，验证多相孔隙介质的粘弹性等效模型刻画瑞雷波传播特性的有效性。

1、将本团队面波研究成果进行了较为全面的总结。申请人作为特邀作者，在由SEG和AGU联合出版的著作《Advances In Near-Surface Seismology And Ground-Penetrating Radar》中撰写了第三章“Investigation and Use of Surface-wave Characteristics for Near-surface Applications" 2、完成了基于Biot理论的多相介质均与半空间下，点源激发的面波的频散曲线和波形的解析解算法，详细讨论了该介质模型下面波的传播特性与相关物理参数之间的关系，第一次充分考虑各种可能自由表面情况下面波传播特性的差异，分析自由表面部分渗透条件（代表表面渗透系数）下面波的传播特性与完全渗透条件和完全封闭条件下的异同，结果表明：在地震勘探的频率范围内，不同于完全弹性介质，面波在介质内部传播伴随着频散与衰减，不同的表面条件产生的类似于经典弹性介质中面波（R1）传播存在可观测的差异，部分渗透条件和完全封闭条件下可能有类似于慢纵波（P2）的第二类波（R2）存在.3、以面波的动态响应特征为基础，并结合环境科学中不同水文特征的情况下，详细讨论了面波的波场和频谱特征，从动态特征上验证了不同模式面的传播特性. 4、研究了二维和三维带地形模型的地震波场有限差分模拟算法。将申请者提出的声学/弹性边界条件（AEA）与Robertsson提出的以折代曲的起伏地形离散方法相结合，实现了地震波场的高精度和快速模拟. 发现了地层真厚度而非视厚度决定面波的频散性质。