【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水声物理，具体涉及一种基于海底震源机理的深海t相计算方法及系统。
技术介绍
1、t相作为海底内部地震波在水平非均匀海底界面转化且于深海声信道远距离传输的低频声信号载体形式，其可有效用于海底地震、海底火山喷发等活动的水声监测与海底内部地质构造等研究。对于深海t相传播模拟，需综合考虑海底地震震源表征、弹性洋壳介质中地震波场传播过程、流体-弹性界面地震波-声波场转化过程与深海声信道中的低频声传播过程。由于水平非均匀的弹性洋壳/流体海洋界面、海底介质多层弹性性质、海水信道的声速剖面与声学低频频段等因素皆极大的限制了现有水下声传播模型在t相模拟中的应用。虽然水下声场计算方法也有扩展至t相模拟的情况，但扩展模型中缺乏富含物理意义的弹性海底震源表征，其所采用的震源表征形式无法有效体现海底震源物理机制和海底震源特征。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在问题，本专利技术提出了一种基于海底震源机理的深海t相计算方法及系统，该方法综合考虑了海底震源表征与弹性、流体介质中的地震波-声波传播及其相互转换过程，实现了海底地震事件下深海t相传播的模拟。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于海底震源机理的深海t相计算方法，该方法具体包括：
3、步骤1)针对深海海底地震t相传播过程，确定弹性多层洋壳介质和流体深海声波导中计算物理量，在二维柱坐标系下建立声波-地震波联合椭圆型微分方程；
4、步骤2)根据算子理论与因式分解，将声波-地震波联合椭圆型微分方程
5、步骤3)根据深海海底地震的体变系数、转动矢量与线源-点源类比关系，建立适应于海底地震事件下根式形式的初始场水平递推方程；
6、步骤4)根据分裂-步进理论和高阶padé有理近似，将根式形式的水平递推方程转换为np步循环水平递推方程；
7、步骤5)根据虚拟点技术和流体-弹性界面边界条件，对循环水平递推方程中的算子作用进行离散处理，给出虚拟点算物理量的表征形式；
8、步骤6)根据循环水平递推方程及其离散处理结果计算得到洋壳介质中的地震波场与深海声信道中的声波场，实现海底地震t相的模拟。
9、作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：
10、针对深海海底地震t相传播过程，在流体介质中选取体变系数δ与垂直位移w为计算物理量，其流体中声压场p＝-λδ，λ为介质拉梅系数；在弹性介质中，选取水平位移导数与垂直位移w为计算物理量；
11、对于时间因子为exp(-iωt)的单频简谐点源问题，建立计算物理量所满足的运动方程；其中，i为虚数，ω为角频率，t为时间；在二维柱坐标系(r,z)下，提取因子忽略高阶小项，建立声波-地震波联合椭圆型微分方程：
12、
13、
14、其中，流体介质中的垂直位移w依据体变系数δ和欧拉方程计算得到，弹性介质中的垂直位移w通过与水平位移导数ur联合求解方程计算，算子ll和ml以及矩阵算子ls和ms为：
15、
16、
17、其中，λl为流体海水介质的拉梅系数，ρl为流体海水介质密度，流体海水介质的拉梅系数与海水声速cw的关系为：λs和μs为弹性体洋壳介质的拉梅系数，ρs为弹性体洋壳介质密度，弹性体洋壳介质的拉梅系数与洋壳纵波波速cp和横波波速cs的关系为：
18、作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：
19、根据因式分解和算子理论，并忽略算子交换时产生的误差，仅取前向场，流体介质和弹性介质中计算物理量所满足的椭圆型微分方程转换为抛物型微分方程：
20、
21、
22、其中，ω为角频率，kl0＝ω/cl0和ks0＝ω/cs0分别为流体和弹性体参考波数，cl0和cs0分别为流体参考声速和弹性体参考波速，根据介质参数和介质内波场类型具体取值，i为2×2维度的单位矩阵，算子xl和矩阵算子xs为：
23、
24、取径向坐标r离散为rm＝mdr,m＝1,2,...,m，m表示第m个径向离散点，m为径向离散点数，dr为径向离散步长，将抛物型微分方程转化为根式形式的水平递推方程：
25、
26、
27、作为上述方法的一种改进，所述步骤3)具体包括：
28、对于超远程监测的t相信号，其产生的地震源可以近乎为点源形式，以位于深度zs处δ函数来进行表征，忽略其局部三维空间内的形变和非线性过程；在兼具物理意义和模型推导的考虑下，选取体变系数与转动矢量作为中间量，为质点位移矢量，和分别为拉氏算子的矢量运算；
29、对于剪切类型为主的海底地震震源，采用直角坐标系线源-柱坐标系点源类比关系，建立适应于海底地震事件下根式形式的初始场水平递推方程；在二维直角坐标系(x,z)下剪切类型线源下体变系数δ与转动矢量作为中间量所满足的非齐次微分方程为：
30、
31、其中，ωy为转动矢量中力矩方向为y轴方向的转动分量，as为震源强度常数，kp＝ω/cp和ks＝ω/cs分别为该震源邻域弹性介质的纵波波数和横波波数，ω为角频率，cp和cs分别为介质纵波波数和横波波数；δ(x)和δ(z-zs)为狄拉克广义函数，用于表示位于水平距离x＝0且深度z＝zs处的震源；
32、根据半侧积分与场的连续性，得到二维直角坐标系下弹性介质水平位移导数和垂直位移初始场表达式：
33、
34、其中，δ(z-zs)和δ′(z-zs)分别为z方向上狄拉克广义函数及其垂向导数，由三角函数或者e指数形式逼近实现数值计算；
35、根据直角坐标系线源-柱坐标系点源类比关系，结合弹性介质下的抛物方程及其水平递推形式，得到适应于海底地震事件下根式形式的初始场水平递推方程：
36、
37、
38、其中，δ(r1,z)为水平距离r1＝dr处流体介质计算物理量体变系数；ur(r1,z)为水平距离r1＝dr处弹性体介质计算物理量水平位移导数；w(r1,z)为水平距离r1＝dr处介质的计算物理量垂直位移；dr为径向离散步长，nu为增强计算稳定性所引入可逆算子常数，取值为i，i为虚数；zs(z,zs)和zs(z,zs)为基于类比关系和可逆算子所获得的海底地震震源的震源函数，具体为：
39、zs(z,zs)＝(1-nuxl)-2δ(z-zs)，
40、作为上述方法的一种改进，所述步骤4)具体包括：
41、采用高阶padé有理近似方法，将根式形式的水平递推方程转换为基本代数形式的水平递推方程；
42、
43、
44、其中，当m＝0时，δ(r0,z)和[ur(r0,z)；w(r0,z)]分别等于zs(z,zs)和zs(z,zs)；αj和βj为依据根式形式水平递推方程获得的高阶padé本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海底震源机理的深海T相计算方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括：
7.根据权利要求6所述的基于海底震源机理的深海T相计算方法，其特征在于，步骤6)具体包括：
8.一种基于海底震源机理的深海T相计算系统，其特征在于，该系统包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于海底震源机理的深海t相计算方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于海底震源机理的深海t相计算方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于海底震源机理的深海t相计算方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于海底震源机理的深海t相计算方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：莫亚枭，李天星，贾雨晴，郭圣明，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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