非水平海底情況下海底地震波時域有限差分數值模擬*

王穎 王學鋒 周士弘 趙晨 趙俊鵬 楊勇

1) (北京航天控制儀器研究所，研發(fā)中心，北京 100094)

2) (北京市光纖傳感系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100094)

3) (中國科學院聲學研究所，聲場聲信息國家重點實驗室，北京 100190)

研究復雜海洋環(huán)境中海底地震波激發(fā)及其傳播特性,對海底物理力學特性研究、資源勘探等具有重要的意義.目前針對時域海底地震波的研究大都局限于水平分層的情況,而實際的海底地質條件比較復雜,基于理想環(huán)境假設得出的數值解與實際差別較大.本文在考慮傾斜、隆起等非水平海底模型的情形下,采用時間2 階精度、空間10 階精度的交錯網格有限差分方法,同時結合多軸完全匹配層邊界條件,對復雜海洋環(huán)境下的海底地震波進行時域數值模擬與分析.利用計算得到的聲場時域波形,分析了復雜海洋環(huán)境下海底地震波的傳播特性.結果表明,采用空間高階精度的交錯網格有限差分方法,可改善數值計算中的頻散問題;同時采用多軸完全匹配層替代傳統(tǒng)的完全匹配層,解決了液-固介質中遠距離聲場數值模擬不穩(wěn)定的問題.在含傾斜與隆起構造的復雜海底模型中,海底基巖隆起改變了Scholte 波的傳播方向,更有利于在較淺深度處接收到Scholte 波.

1 引言

海深、海底和海水聲速剖面等海洋聲學環(huán)境的復雜性,對聲傳播影響很大,導致海洋中的聲傳播過程非常復雜[1,2].特別是低頻/甚低頻聲波,由于其具有很強的穿透性,能量可透射到海底……