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现代射线理论在地震学和勘探地球物理学领域正得到越来越广泛的应用。射线理论不仅可用于模拟各种复杂地质模型和多种观测方式下记录的波场,而且还用于地震记录的波动方程偏移、层析成像和参数反演以及地震资料解释。
Cerveny是现代射线理论的先导,在他的工作基础之上,本论文回顾了在非均匀介质中弹性波动力方程的高频渐近解,并进一步推导出高斯束的表达式。这种波场近似方法是用一组高斯束来模拟波场,在检波点处的波场由到达检波点某一领域的所有高斯束的叠加积分而得到。高斯束方法作为渐近射线理论的一种修正和发展,由于克服了渐近射线法在诸如焦散区和从照明区到阴影区边界等非正则区域失效的困难,避开了射线法对通常要求的两点射线追踪,从而使射线可用于更为复杂的模型,大幅度提高了以前无法忍受的计算效率,进一步拓宽了射线法的应用领域。
在建模方式上,论文采用约束Delaunay三角网格剖分方法,该模型剖分技术能简单有效地来确定和任意三角形相邻的所有三角形、和任何顶点相连接的三角形边、和任意点通过边相连接的所有点之间的关系,在增加或者删除节点时也显得特别方便。这种网格剖分方式是很具有吸引力的,其因为有三:
第一,采用平方慢度来代替模型速度参数,在三角网格边界上平方慢度既可以连续也可以不连续,在网格内部,平方慢度是常梯度变化的,可采用常慢度梯度系数双线性插值来求取网格内部的慢度,这样,就可以用相对较少的顶点构成三角形,从而来表示比较复杂的地下模型;
第二,动力学射线追踪在这种三角网格模型中是非常高效的,在三角形网格内部,射线路径可用抛物线解析式来表示,从而使得射线和三角形网格的交点也可准确有效的计算出来;
第三,在计算机上,这种二维的数据结构能方便地扩展到三维,三角形网格就变成了四面体网格。
利用这种基于三角网格的模型剖分方法和高斯束方法,在Windows平台VC++6.0环境下编写了高斯束正演建模软件,并给出了几种典型的模型数值算例来分析高斯束的特点和体现该高斯束正演建模软件的功用。