浙江大学硕士论文1

分类号： P315.3 单位代码： 10335

密级：公开学号： 21338038

硕士学位论文

中文论文题目：基于弹性波动力学的

检波器耦合系统研究

英文论文题目： Research on Geophone Coupling

System Based on Elastics Theory

申请人姓名：陈高翔

指导教师：田钢

专业名称：地质资源与地质工程

研究方向：检波器耦合

所在学院：地球科学学院

论文提交日期

基于弹性波动力学的检波器耦合系统研究

论文作者签名:

指导教师签名:

论文评阅人1：

评阅人2：

评阅人3：

评阅人4：

评阅人5：

答辩委员会主席：

委员1：

委员2：

委员3：

委员4：

委员5：

答辩日期：

Research on Geophone Coupling System Based on Elastics Theory

Author’s signature:

Supervisor’ s signature:

External Reviewers:

Examining Committee Chairperson:

Examining Committee Members:

Date of oral defence：

浙江大学研究生学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名：导师签名：

签字日期：年月日签字日期：年月日

回望过去的三年时光，有太多人与事需要我铭记与致谢。

首先我要感谢我研究生阶段的导师——田钢教授。本文也是在他的悉心指导下撰写完成的。作为导师，他渊博的学识与严谨的治学态度为我树立学术的标杆，同时也激励我不断求实上进。作为师长，他和蔼可敬的为人与大气从容的性格让我受益良多。我也借此机会向田刚老师致以最诚挚的谢意与最崇高的谢意。

感谢浙江大学与地球科学学院三年来对我的培养与支持；感谢地球物理实验室的陈生昌教授、王帮兵副教授、王华军副教授、杨长福副教授、石战结副教授对我的教导。感谢学院的朱建丽、方幼君、李娜、谭超等多位老师对我提供的帮助。

感谢与我一同在实验室努力过的沈洪磊、王汉闯、周华敏、陈燃、陈国新、刘海燕、梁东辉、于鲁洋等多位师兄师姐及师弟师妹，感谢你们长久以来对我的帮助与关心。感谢校研究生会及学院研究生会的多位同学，与你们相识共事让我受益匪浅。

感谢顾青青，感谢你长久以来的陪伴与支持，希望在剩下的时光里，你不会缺席。

最后我要感谢我的父母，你们的殷切的期望与鼓励是我求学路上前进的动力，我不会辜负光阴也不会辜负你们！

检波器与介质之间的耦合作用是影响地震记录质量的关键因素。准确地描述检波器-介质耦合系统的耦合响应一直是国内外地球物理学者关注的重点。本文开展了基于弹性波动力学理论的检波器-介质耦合系统研究，此项工作在国内尚属首次。

针对传统振动力学耦合模型的局限性，提出以刚性柱状体模型模拟实际检波器尾锥，并定义耦合系数量化描述耦合系统的耦合响应。基于弹性波动力学理论，结合格林函数构造点震源的速度场；利用互易定理求解刚性柱体模型表面质点的速度表达，经推导得到弹性波动力学耦合系统耦合响应表达。

结合多种介质条件，开展数值模拟计算研究，考察地表介质纵波速度、泊松比、密度以及检波器质量、尾锥长度、半径等6种因素对耦合模型耦合响应的影响。模拟结果表明，介质纵波速度的增大，泊松比的降低以及介质密度的增加都会引起疏松（土壤）介质的高频耦合响应，但对固结（岩石）介质耦合系统的影响并不明显。增加检波器质量及采用较粗的检波器尾锥会使得疏松介质耦合系统产生低频耦合响应，而采用长度较长或半径较细的检波器尾锥则会引起固结介质耦合系统较为明显的高频耦合响应。

通过对比波动力学耦合模型与传统的振动力学模型在不同介质条件下的数值计算结果，得到以下结论：（1）在疏松低速介质条件中，波动力学耦合模型的耦合响应频率低于振动力学模型，且两者峰值频率随着介质条件趋向致密而逐步接近；（2）在固结介质条件中，波动力学耦合模型与振动力学耦合模型的耦合响应较为接近；（3）两种模型在疏松介质条件中的耦合响应差异推测为由于两种理论采用不同的前提假设所造成的。

结合实测地震勘探数据，探讨波动模型与振动模型在实际耦合条件下的响应特征。根据波动耦合模型具有低频拟合优势，振动耦合模型高频近似度更好的实施前提，提出采用模型融合方法，实现两种模型对应特征优势的结合。经与实际数据对比分析，证明该融合技术的可行性与有效性。

关键词：检波器耦合，弹性波动力学，互易定理，振动力学，双自由度振动系统，模型融合

Abstract

The coupling effect between geophones and medium in vicinity acts as a key role in data acquisition during seismic exploring. Consequently, the way to figure out the property of a certain geophone-medium coupling system attracts the concern of geophysicists home and abroad. We introduce a research on geophone-medium coupling issue based on elastics theory by this paper, which is unprecedented in domestic domains.

Considering the limitation of oscillation coupling model, we bring the idea to build a rigid cylinder and define coupling coefficient for further work. Then the velocity field of point source is developed with elastics theory and green function. Finally the function of elastic model is formulated after involving reciprocity theory.

Next, we aim to illustrate how the press wave velocity, Poisson rate, density of medium and the weight of geophone, length and radius of spike affect the response of coupling system by numerical simulating. Numerical results show that loose medium with higher P-wave velocity, lower Poisson rate or higher density may have higher frequency system response, while the same changes have slighter effects to solid ones. Using heavier geophone or thicker spike will bring lower frequency response to loose medium coupling system. And longer or thinner spike may cause higher frequency response in solid medium.

By comparing the simulating results from elastic coupling model and oscillation coupling model, several conclusion are put forward as fellow. (1) The frequency of response from elastic coupling model is higher than oscillation ones while they are in loose medium. (2) The response of elastics coupling model is near to oscillation ones in frequency while they are in solid medium. (3) The difference between the responses of two models theoretically is caused by different