基于旋转交错网格伪谱法和L-S理论的热弹性介质波场模拟与特征分析  

作　　者：李元燮 刘财[1] 郭智奇[1] 刘洋[1] 冯晅[1] 田有[1] 鹿琪[1] 

机构地区：[1]吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026

出　　处：《中国科学：地球科学》2021年第8期1355-1374,共20页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:41874125、41430322);国家重点研发计划专项(编号:2018YFC0603701、2017YFC06061301)资助。

摘　　要：基于L-S热弹性理论,采用旋转交错网格伪谱法,实现了均匀各向同性介质的一阶速度-应力-温度微分方程组的数值求解和波场模拟.其中,用时间分裂法解决方程组的刚性问题,用旋转交错伪谱算子计算空间一阶导数,用中心伪谱算子计算空间二阶导数;对于热导率变化比较大的双层介质模型和参考温度随深度按梯度分布的模型,用Crank-Nicolson显式方法取代旋转交错网格伪谱法进行计算;讨论了热耦合波场性质和传播规律,对比了常规伪谱法、交错网格伪谱法和旋转交错网格伪谱法热耦合波场模拟效果.数值模拟结果表明:基于L-S热弹性理论,用时间分裂法结合旋转交错网格伪谱法对均匀各向同性介质的波场计算,能够得到稳定的、高精度的模拟结果,但是在热导率变化剧烈的情况下不能用大时间步长进行求解,而且在参考温度不均匀分布的情况下算法不稳定.本文在网格剖分方式与数值算法的优化组合应用方面进行了探索,为将这些方法推广到孔隙热弹性、热黏弹性和各向异性研究奠定了基础.

关 键 词：热弹性波 L-S理论 旋转交错网格伪谱法 地震波场模拟 时间分裂法 

分 类 号：P631.4[天文地球—地质矿产勘探]