各向异性介质中地震波的传播理论及在隧道地质预报中的应用

传统地震勘探，都假设地下介质接近是各向同性的，但实际上它们基本上是各向异性的，这样的假设会导致错误的成像，从而影响勘探结果的准确性。为了提高反演精度，趋合精细化勘探的发展趋势，研究地下介质的各向异性及地震波的波动特性也显得日益紧迫，也是目前地震勘探研究的热点和难点之一。《各向异性介质中地震波的传播理论及在隧道地质预报中的应用/中南大学地球科学学术文库》首先从VTI介质出发推导了HTI介质中地震波准确相速度和群速度计算公式，讨论了HTI介质与VTI介质的相似特征，然后由HTI介质。通过旋转关系推导出EDA介质中地震波的准确相速度和群速度计算公式，并基于摄动理论，以各向同性介质为背景介质推导出HTI、EDA介质的相速度、群速度的弱各向异性近似公式。基于摄动法，以弹性各向异性介质为背景介质，推导出黏弹性介质中地震波的近似相速度、群速度、偏振向量计算公式。由VTI介质出发利用Bond变换推导出HTI。EDA介质的时距方程和倾斜HTI、EDA介质中动校正速度的表达式，得到动校正速度与方位角、各向异性参数、倾角的关系式。以多层倾斜EDA模型为例进行参数反演并由地震波走时的射线追踪法确定地下界面的几何参数，并对反演结果进行了误差分析，很后以云阳山隧道、关口垭隧道、雪峰山隧道为例证明了反演的可行性和勘探精度。《各向异性介质中地震波的传播理论及在隧道地质预报中的应用/中南大学地球科学学术文库》在地震各向异性介质与地震波传播方面具有较好的系统性和综合性，可以作为地球物理、勘查技术与工程以及有关专业高年级本科生和研究生的教材，也可以作为相关专业教师和科技人员教学科研的参考书。

何现启，男，1980年生，博士，不错工程师，主要从事地震波传播理论及隧道超前地质预报研究。2003年毕业于中南大学地质工程专业，2006年获得中南大学地球探测与信息技术专业硕士学位，2010年12月获得中南大学地球探测与信息技术专业博士学位，同年进入湖南省交通规划勘察设计院有限公司工作，参与或主持国家863项目、国家自然科学基金项目多项，负责或参与邵怀高速、安邵高速、溆怀高速、长浏高速等多条高速公路特长、长隧道的地质超前预报工作，获得湖南省很好勘察设计项目二等奖、三等奖各一项，发表论文36篇，其中EI／SCI检索6篇，ISTP检索3篇，获得软件著作权2项，实用新型专利1项。
鲁光银，男，民革党员，1976年生，现为中南大学教授，博士生导师，民革中南大学总支部委员会副主任委员。1999年7月毕业于中南工业大学资源环境与建筑工程学院应用地球物理本科专业，2002年3月获中南大学地球探测与信息物理专业硕士学位并留校任教，2009年6月获中南大学安全信息工程博士学位，2011年晋升为教授，2012年被聘为中南大学博士生导师。一直承担重磁勘探原理与方法、物探专业英语、数据库设计、C语言程序设计等专业(基础)课程的讲授与课程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计等实践教学环节的指导，并主要从事重磁法勘探、工程地球物理与地球物理数值模拟等方面教学与研究工作，先后承担国家863课题与国家自然科学基金项目5项、省部级科研项目10余项、校企横向科研合作项目40余项，获省部级科技进步奖励2项，国家发明专利5项，软件著作权2项，出版专著与教材2部，公开发表学术论文100余篇，其中SCI／EI检索50余篇。

第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国外研究现状
1.2.1 各向异性正演理论研究现状
1.2.2 各向异性反演理论研究现状
1.3 国内研究现状
1.3.1 各向异性正演研究现状
1.3.2 各向异性反演研究现状
1.4 基本理论
1.4.1 各向异性介质的分类体系及其弹性矩阵
1.4.2 常见的地球各向异性介质
1.4.3 Bond变换
1.5 本书的主要内容
第2章 EDA介质中地震波的传播特征
2.1 VTI介质中地震波的精确传播特征
2.1.1 VTI介质弹性波精确相速度
2.1.2 VTI介质弹性精确波群速度
2.1.3 VTI介质弹性波精确偏振方向
2.1.4 VTI介质中波的慢度面
2.1.5 模型计算
2.2 EDA介质中地震波的精确传播特征
2.2.1 EDA介质中地震波精确相速度
2.2.2 EDA介质弹性精确波群速度
2.2.3 EDA介质弹性波精确偏振方向
2.2.4 模型计算
2.3 基于摄动法弱各向异性介质地震波传播特征近似
2.3.1 Christoffel方程摄动分析
2.3.2 极端弱各向异性介质中qP波相速度和偏振向量
2.3.3 极端弱各向异性介质中qS波的相速度和偏振向量
2.3.4 极端弱各向异性介质中群速度
2.3.5 VTI介质中地震波传播特征近似
2.3.6 HTI介质中的地震波传播特征近似
2.3.7 EDA介质中地震波的传播特征近似
2.3.8 算法验证
2.4 EDA介质中的反射系数
2.4.1 EDA的精确反射透射系数
2.4.2 EDA介质P波反射透射系数摄动法近似
2.4.3 EDA介质PS波反射透射系数摄动法近似
2.4.4 算法验证
2.5 本章小节
第3章 黏弹性各向异性本构方程及波动方程
3.1 线性黏弹性介质本构关系和运动方程
3.1.1 本构关系和运动方程
3.1.2 各向异性线性黏弹性介质的运动方程
3.1.3 应变位移关系
3.1.4 黏弹性各向异性介质的波动方程
3.1.5 黏弹性横向各向同性介质的波动方程
3.2 方位各向异性黏弹性介质的波动方程推导
3.2.1 观测坐标系内本构关系
3.2.2 方位各向异性黏弹性介质波动方程
3.3 波动方程退化验证
3.3.1 HTI线性黏弹性介质波动方程
3.3.2 横向各向同性介质中的波动方程
3.4 黏弹性介质中的实射线追踪
3.4.1 弹性各向异性介质中的射线追踪
3.4.2 黏弹性各向异性介质中射线追踪
3.4.3 计算流程
3.4.4 模型计算
3.5 本章小节
第4章 黏弹性EDA介质中地震波的传播特征
4.1 黏弹性极端各向异性介质中的Christoffel方程
4.1.1 基本理论及相关概念
4.1.2 极端黏弹性各向异性介质中地震波的波动特征
4.2 黏弹性HTI介质中地震波的传播特征
4.2.1 黏弹性HTI介质中的Christoffel方程
4.2.2 黏弹性HTI介质中均匀平面波的传播特征
4.2.3 黏弹性HTI介质中非均匀平面波的传播特征
4.2.4 模型计算
4.3 黏弹性EDA介质中地震波的传播特征
4.3.1 黏弹性EDA介质中的Christoffel方程
4.3.2 黏弹性EDA介质中均匀平面波的传播特征
4.3.3 黏弹性EDA介质中非均匀平面波的传播特征
4.3.4 模型计算
4.4 黏弹性EDA介质中地震波传播特征弱各向异性近似
4.4.1 黏弹性EDA介质中摄动法的基本公式
4.4.2 相速度弱各向异性近似
4.4.3 偏振向量弱各向异性近似
4.4.4 能量速度的弱各向异性近似
4.4.5 慢度摄动△p
4.4.6 数值计算
4.5 本章小结
第5章 EDA介质中地震波的衰减特征
5.1 黏弹性各向异性介质中Q的定义
5.2 黏弹性HTI介质中地震波的衰减特性
5.2.1 黏弹性各向异性介质中的Christoffel方程
5.2.2 黏弹性HTI介质中非均匀平面波的精确衰减系数
5.2.3 黏弹性HTI介质中均匀平面波的衰减特性
5.2.4 黏弹性HTI介质中的各向同性衰减
5.2.5 黏弹性HTI介质中地震波的群衰减系数
5.2.6 数值计算
5.3 黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性
5.3.1 黏弹性EDA介质中均匀地震波的衰减特性
5.3.2 黏弹性EDA介质中非均匀地震渡的衰减特性
5.3.3 数值计算
第6章 EDA介质中地震波参数反演
6.1 HTI介质中水平介质的非双曲线时差分析
6.1.1 HTI介质中对称面内反射波的时距方程
6.1.2 HTI介质中水平介质的动校正速度与方位角的关系
6.1.3 数值模拟计算
6.2 均匀HTI介质中倾斜界面的非双曲线时差分析
6.2.1 HTI介质中倾斜界面的动校正速度
6.2.2 HTI介质中三维动校正速度与射线参数的关系
6.2.3 层状介质中倾斜界面的Dix公式
6.2.4 倾斜HTI介质中P波参数反演
6.2.5 倾斜地层速度分析模型计算
6.3 EDA介质中非双曲线相似分析
6.3.1 EDA介质中水平界面的非双曲线时距方程
6.3.2 基于相似分析的各向异性参数反演
6.3.3 EDA介质中倾斜界面的动校正速度及时距方程
6.3.4 EDA介质中用三维动校正速度与射线参数的关系
6.3.5 层状EDA介质中倾斜界面的似Dix公式
6.3.6 EDA介质速度分析数值计算
6.4 EDA介质中的P波参数反演
6.4.1 反演方法及流程
6.4.2 正演模型
6.4.3 反演成果
6.5 本章小节
第7章 地震波各向异性理论在隧道超前地质预报中的应用
7.1 云阳山隧道地质超前预报
7.1.1 工程地质条件
7.1.2 测区布置及成果分析
7.2 关口垭隧道地质超前预报
7.2.1 工程地质条件
7.2.2 测区布置及成果分析
7.3 雪峰山隧道地质超前预报
7.3.1 工程地质条件
7.3.2 测区布置及成果分析
第8章 结论
参考文献
附录A P、SV波在HTI介质为各向异性时的Q矩阵
附录B HTI介质衰减系数弱各向异性近似