Seismic wave propagation in viscoelastic media under Atangana-Baleanu fractional dynamics: Model formulation and numerical simulations
本文提出基于Atangana-Baleanu分数导数的一维黏弹性地震波模型，通过数值模拟展示分数记忆对衰减和色散的影响，揭示能量衰减的非指数特性。
2025-12-15 physics.app-ph physics.geo-ph
Physics-informed Neural Networks with Fourier Features for Seismic Wavefield Simulation in Time-Domain Nonsmooth Complex Media
针对坐标神经网络频谱偏差限制高频地震波模拟的问题，提出结合傅里叶特征与随机梯度下降及波速替代模型的FF-PINNs框架，通过吸收边界条件约束，在非光滑复杂介质中实现高精度波场模拟。
2025-06-18 physics.geo-ph
Modeling seismic wave propagation and amplification in 1D/2D/3D linear and nonlinear unbounded media
分析地震波在地质构造中的传播，可以考虑各种数值方法：有限差分法、谱元法、边界元法、有限单元法、有限体积法等。地震波在地表土层中的放大主要是由于这些土层之间的速度差异，也可能是由于波峰和丘陵周围的地形影响。冲积盆地的几何形状对放大过程的影响也很大。然而，强不均匀性和复杂的几何形状是不容易考虑到所有的数值方法。在许多情况下需要2D/3D模型，并且在这种情况下数值方法的效率/精度是有问题的。此外，在无穷远的辐射条件是不容易处理的有限差分或有限/谱元素，而它是显式地考虑在边界元法。最近提出了各种吸收层方法（如F-PML，M-PML），特别是在一些困难的情况下，如浅的数值模型或掠入射衰减虚假波的反射。最后，强震涉及到表层土壤的非线性效应。为了模拟强地面运动，有必要考虑土壤的非线性动力特性，同时研究地震波在复杂的2D/3D地质结构中的传播。本文介绍和讨论了在这种复杂情况下的数值公式和本构模型的最新进展。一个关键问题是是否有实地/实验室数据来支持和验证这些模型。
2011-08-17 physics.geo-ph
Seismic Wave Equations in Tight Oil/Gas Sandstone Media
利用体积平均理论，推导了各向同性致密油气砂岩介质中固体和流体的运动方程。基于介质的特性，提出了四个物理假设作为我们推导的基础。更准确地说，体积平均定理适用于微观运动方程的固体和流体以及应力-应变关系，从而在一个组合系统的宏观尺度方程的致密油/气砂岩介质。值得注意的是，这四个假设在整个地区可能并不满足。然而，由于用于应用VAT的特征直径在$10^{-6}$米和几十米之间的范围内，所以我们可以将整个域分成几个子域，使得在每个子域中满足四个物理假设。通过选取适当的平均体积特征直径，从流体连续性方程出发，导出了流体平均压力与平均位移散度的关系式。因此，本文所推导的运动方程比Biot方程简单，更适合于多孔介质参数的反演。当流体为气体且考虑纵波时，导出的运动方程可简化为扩散-粘性波动方程式方程。此外，该方程中系数与介质参数之间的显式关系对于致密含气砂岩的含气检测具有重要意义。
2018-01-16 physics.geo-ph
Solving seismic wave propagation in elastic media using the matrix exponential approach
本文提出了三种求解弹性固体中时变弹性动力学方程的数值算法。所有算法都是基于近似方程的解，其可以被写为矩阵指数。通过近似矩阵指数与产品的公式，一个无条件稳定的算法推导出，保持总的弹性能量密度。通过对特定时刻的切比雪夫多项式展开矩阵指数，构造了一个所谓的"一步“算法，该算法在时间积分方面非常精确。通过将传统的速度-应力时域有限差分算法（VS-FDTD）公式化为矩阵指数形式，可以通过一个小的修改消除时间上的交错性，并且可以容易地导出时间上的高阶算法。对两个不同的震波迹象，研究了算法的精度，并与传统VS-FDTD算法的结果进行了比较。
2003-01-21 physics.comp-ph physics.geo-ph
Energy partition of seismic coda waves in layered media: theory and application to Pinyon Flats Observatory
我们研究了位于加利福尼亚州Pinyon Flats天文台（PFO）的密集台阵记录的10个地震尾波中剪切能、压缩能和动能的分配。我们观察到一个明确的稳定的剪切压缩（$W^s/W^p$）的能量比尾波，平均值约为2.8。垂直动能与水平动能之比（$V^2/H^2$）在5 - 25 Hz范围内可测得，在5- 10 Hz频段内为0.1，在15- 25 Hz频段内约为0.8。这些测量值与均匀半空间中均质弹性波的理论预测形成鲜明对比。为了解释这些现象，我们发展了层状弹性半空间的均分理论。使用严格的谱分解的弹性波动方程式方程，我们定义均分作为一个白噪声分布在一组完整的本征函数。该理论预测，接近低速层的共振频率，剪切和压缩能量之间的比率强烈降低。使用一个详细的地下模型在PFO，这个反直观的结果被发现是在良好的定性和定量的协议与观测。
2008-03-07 physics.geo-ph
Modeling Seismic Wave Propagation in TTI Media Using Residual Perfectly Matched Layer
本文提出一种新的残差完全匹配层（RPML）实现方案，通过计算PML方程与原始方程的残差实现波场吸收，其中RPML-2形式无需高阶空间差分离散化，在TTI介质中比ADEPML和NPML具有更好的吸收性能和稳定性。
2024-04-23 physics.geo-ph
A higher--order gradient framework for multi--scale seismic wave propagation
Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris（巴黎地球物理研究所，法国国家科学研究中心，巴黎大学）
本文提出高阶梯度构成框架作为多孔介质动态均匀化模型，引入曲率项独立描述纵横波频散，用少量参数拟合致密砂岩实验室数据，为频变地震波传播提供高效替代方案。
2026-09-25 physics.geo-ph
Efficient scattering approach to seismic full-waveform inversion in anisotropic elastic media with variable density
本文提出一种无矩阵散射方法，利用畸变玻恩迭代和快速傅里叶变换加速Krylov子空间求解，实现各向异性弹性介质中变密度的全波形反演，提高计算效率并准确恢复参数。
2024-02-03 physics.geo-ph
Estimation of poroelastic parameters from seismograms using Biot theory
我们调查的可能性，提取信息的地震波形中传播的充满流体的多孔介质，开发和使用一个完整的波形反演程序有效的层状结构。为了达到这一目标，我们首先解决了前向问题，通过实施的Biot理论在反射型模拟程序。然后，我们研究了层状介质的地震响应的孔隙弹性参数的敏感性。数值试验表明，孔隙度和固结参数是正反演中最敏感的参数，而渗透率对地震响应的影响很小。其次，将灵敏度算子的解析表达式引入到基于地震波形迭代建模的广义最小二乘反演算法中。应用该方法对合成数据进行反演表明，只要已知孔隙度、流体参数和固体参数，就可以正确地反演孔隙度、流体参数和固体参数。然而，一些模型参数之间的强地震耦合使得难以通过多参数反演方案来充分表征介质。克服这一困难的一个解决方案是根据岩石物理定律组合多个模型参数以反演复合参数。另一种可能性是针对介质性质的扰动（诸如由气体注入引起的那些）来反演地震资料。
2010-01-16 physics.geo-ph
The inverse problem in Seismology. Seismic moment and energy of earthquakes. Seismic hyperbola
本文在三种特殊情况下讨论了地震学中的反问题。首先，反问题被定义为从远场地震波（P波和S波）中确定地震矩张量。我们使用的解析表达式的地震波在一个均匀的各向同性体与地震矩源的张力力，源是本地化的空间和时间。远场波提供了地震矩广义张量第六未知参数的三个方程。第二，使用地震矩的Kostrov矢量（并矢）表示。第三，由能量守恒和协方差条件导出第四个缺失方程。求解这里导出的四个方程，并确定地震矩，从而解决了上述条件下的反问题。它表明，地震矩的一个有用的图片是由相关的二次型，这是一个双曲线（地震双曲线）表示的二次曲线。此外，它示出的远场地震波允许估计的体积的震源区，震源应变，持续时间的地震和地震能量;后者的量是一个直接的措施的地震矩的大小。给出了各向同性地震矩的特殊情况。
2018-08-09 physics.geo-ph
Seismic P-wave attenuation estimation based on frequency-dependent AVO using Kramers-Kronig relations for gas reservoir prediction
Chengdu University of Technology（成都理工大学）；State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation（油气藏地质及开发工程国家重点实验室）；Key Laboratory of Earth Exploration & Information Techniques of Ministry of Education（教育部地球探测与信息技术重点实验室）
本研究基于Kramers-Kronig关系推导含衰减项的频变反射系数方程，通过频变AVO反演估计P波衰减，合成及实际数据验证其能有效识别高含气饱和度储层，为气藏预测提供新途径。
2026-09-09 physics.geo-ph
Convergent representations of elastic-wave structure emerge across deliberately distinct seismic training routes
Institute of Geophysics, China Earthquake Administration（中国地震局地球物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Laboratory of Seismology and Physics of Earth’s Interior, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学地球和空间科学学院地球内部地震学与物理学实验室）；Institute of Advanced Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学先进技术研究院）
本研究证明不同地震训练模型（PNSN与SeismicXM）在实验室声发射上形成收敛的波形表示，并支持跨尺度到达波迁移，凸显紧凑模型的泛化能力。
2026-09-30 physics.geo-ph
Acceleration and Strain-Rate Elastic Wave Equation and its Finite-Difference Solution for Distributed Acoustic Sensing Seismic Simulations
Institute of GeoEnergy Engineering, Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学地球能源工程学院）
该研究针对分布式声学传感地震模拟，引入基于加速度和应变率的公式，类似传统速度-应力框架，通过有限差分模拟验证，此公式能在复杂介质中精确产生应变率波场，无需数据转换或额外计算，更新现有理论框架和工具。
2026-07-13 physics.geo-ph
Modeling of local seismic events in the area of Valaam's island
拉多加湖地区发生了大量的小震级地震现象。其中之一是2010年7月31日$^\text{th}$上记录的地震，随后是尼科诺夫斯基角附近的地震群。该地区只有一个监测站，这就是难以处理数据的原因。本文提出了一种获取主震震源机制和构造主震合成地震记录的新方法。用震群资料检验了合成地震记录的构造方法，用近震资料确定了介质参数。由于波P的振幅接近于零，因此可以提交节面的位置。这就是为什么我们可以用单台地震资料来寻找这次地震的震源机制。本文提出的方法是基于格林函数方法，利用多种震源和时间$δ$型序列，通过构造线的倾斜度来确定震源位置。
2017-12-21 physics.geo-ph
SeparationPINN: Physics-Informed Neural Networks for Seismic P- and S-Wave Mode Separation
本文提出基于物理信息神经网络的无监督波场分离方法SeparationPINN，无需标签数据即可在均匀和非均匀介质中高效准确分离地震P波和S波。
2025-04-10 physics.geo-ph
Perturbations of the seismic reflectivity of a fluid-saturated depth-dependent poro-elastic medium
本文推导了充液层状多孔介质中平面不均匀性对点源地震响应的一阶影响的解析计算公式。推导是通过在平面波域中使用玻恩近似的孔隙弹性波动方程式的扰动分析来实现的。这种方法产生的P - SV -和SH-波响应的未扰动介质的格林函数的Fréchet导数。导出的运营商的准确性和稳定性进行检查，通过比较，在时间-距离域，从这些解析表达式与完整的解决方案，通过引入离散扰动模型的属性计算的微分地震图。对于垂直和水平的点力，它被发现，Fréchet导数的方法是非常准确的小和局部扰动的介质属性是一致的玻恩近似的要求。此外，一阶公式似乎是稳定的，在所有源-接收器偏移。孔隙度、固结参数、固体密度和矿物剪切模量是正反演问题中最敏感的参数。最后，薄层的振幅-角度响应显示了几个模型参数之间的强耦合效应。
2008-01-16 physics.geo-ph
Fast approximate simulation of seismic waves with deep learning
本研究提出一种基于WaveNet架构启发的深度神经网络，可单次推理近似水平层状介质多接收点地震响应，模拟速度较有限差分法提升一个数量级，为实时地震模拟及全波形反演等应用提供支持。
2018-07-18 physics.comp-ph physics.geo-ph
Deep learning velocity filtering for seismic data
针对传统地震速度滤波方法的局限，提出基于上行波和下行波分离的深度学习算法，通过线性变换处理任意速度差问题，在多种地震数据处理任务中展现出与传统方法相当甚至更优的通用性和实用性。
2025-04-27 physics.geo-ph
Attenuation of surface modes in granular media
在这项工作中，松散的颗粒介质，由二氧化硅微珠，在实验室环境中进行了实验测试。目的是研究垂直极化地震波在松散基底表面传播的衰减机制，其特征在于幂律刚度剖面。几何扩散和材料阻尼由于骨架耗散被认为是。采用电磁振动器在300和550 Hz之间激发颗粒介质，产生局部化在表面附近的线性模式。使用激光振动计在表面记录密集采样的部分。利用层状介质中类瑞利波几何衰减规律的显式解，计算了颗粒材料中垂直极化表面模式的几何传播函数。根据最近的研究，这些小振幅多模态线性波的动力学可以通过考虑颗粒介质作为完全连续和弹性来分析。通过对从实验速度数据中提取的颗粒位移进行非线性回归分析，我们确定了与频率相关的衰减系数，该衰减系数解释了材料阻尼。研究结果表明，实验室规模的物理模型可以用来研究的几何传播的垂直极化地震波引起的土壤不均匀性和表征材料阻尼的介质。
2021-11-13 physics.geo-ph
Stochastic inversion of Gaussian random media using transverse coherence functions for reflected waves
地震波相位和振幅起伏的横向相干函数（TCF）可以用来估计随机非均匀性的空间发布、长度尺度和强度。然而，TCF仅针对透射波而不是针对反射波来制定。在本文中，我们推导出高斯随机介质的反射TCF。此外，我们建议使用基于网格搜索的反射TCF反演高斯随机介质。我们使用二维有限差分数值实验验证新的反射TCF公式。数值算例也说明了反演的可行性和有效性。利用反射波进行随机反演，既可用于勘探，也可用于全球地震。
2020-05-14 physics.geo-ph
Multimodes of Rayleigh wave excited by hurricane Dorian
通过互相关方法提取经验格林函数（Empirical Green's Function，EGFs）是一种有效的提取两个接收器介质内部新响应的方法，在过去的二十年里得到了很好的发展。然而，EGFs具有高的信噪比（SNR），这需要我们堆叠大量的互相关。在这里，我们从2019年9月3天期间沿美国东海岸移动的飓风多利安释放的环境地震噪声中检索了具有高SNR的EGFs。利用时频分析和波束形成技术，系统地分析了地震噪声记录的能源来源。我们发现，9月4日至6日飓风多利安沿海岸移动时，能量表现得非常强烈。我们的研究结果表明，EGFs表现出很强的方向性，只出现在互相关时间函数的负部分，由于道林噪声源。我们提取清晰的多模态频散曲线的瑞利波检索EGFs。我们的研究结果表明，瑞利波的多峰频散曲线可以从Dorian激发的几天甚至一天的环境地震噪声中提取出来，这意味着我们扩大了地震资料集，为今后研究地壳和上地幔的剪切速度结构和更深入地了解我们的星球。
2020-07-02 physics.geo-ph
Efficient depth extrapolation of waves in elastic isotropic media
提出一种基于伪微分算子分解全弹性波动方程的高效计算方法，用于任意各向同性弹性介质中地震波的外推，可显著降低弹性建模成本。
2012-06-04 cs.NA math-ph math.AP
The role of seismic metamaterials on soil dynamics
电磁超材料的某些性质已被翻译，使用一些波的类比，以表面地震波控制在米级的沉积土壤结构。2012年在法国城市格勒诺布尔附近进行了两次大规模实验[Brule等人，PRL 112，133901，2014]和Lyon [Brule等人，Sci. Rep. 7，18066，2017]已经证实了这种方法的有用性及其对土-结构相互作用的潜在影响。在这里，我们提出了一个新的视角在里昂附近的现场实验，它揭示了能源走廊的地震透镜。我们进一步介绍了时间调制地震超材料的概念，基于威利斯方程的有效模型的基础上。作为第一个应用程序，我们建议，环境地震噪声时间调制结构性土壤，可以被视为移动介质。本着同样的精神，提出了一种利用环境地震噪声的模拟地震计算机的设计。远程地震计算机之间传输的地震信号可以帮助形成物联网。我们还记得，古罗马的剧院和树木森林是大尺度结构的例子，它们的行为方式类似于电磁超材料：隐形斗篷和彩虹。因此，地震超材料不仅可以用于屏蔽、透镜化和掩盖潜在有害的瑞利波，而且它们在能量收集和使用环境地震噪声的类似计算中也具有潜在的应用，这为通过天然或人工土壤结构进行地震能量收集开辟了新的前景。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
Seismic amplitude-variation-with-offset inversion using an algebraically equivalent formulation of the exact Zoeppritz equations and a matrix-free adjoint-state framework
University of Stavanger（斯塔万格大学）
该研究旨在通过地震振幅随偏移距反演估计弹性属性，推导精确佐普里兹方程代数等效公式及卷积目标函数的显式伴随状态梯度，构建无矩阵伴随状态框架，经多组数据验证及现场应用，能稳定可靠地估计弹性属性模型。
2026-07-08 physics.geo-ph
Elastic waves generated by impact and vibration in confined granular media
小行星的观测数据可以解释为将它们视为颗粒状物质的聚集体。了解这些物体的机械特性与许多科学原因有关：空间飞行任务设计、评估对地球的撞击威胁、了解小行星的性质及其在太阳系起源中的意义。机械性能的现场测量需要复杂和昂贵的空间任务。在这里，一个实验室规模的表征波传播在粒状介质中提出了使用一种新的实验装置，以及数值模拟。小行星内部的压力仍然是一个有争议的问题，但它肯定会向内部呈现压力梯度。这就是为什么冲击特性需要作为围压的函数来进行。我们的实验装置允许同时测量的外部围压，内部压力，总应变，和加速度在一个50厘米的方盒子充满了十亿粒。我们研究了在500 Hz范围内的冲击产生的地震体波的传播。通过随后的压缩-松弛循环，观察到颗粒介质在每次压缩期间平均表现得像具有恒定弹性模量的固体。颗粒介质的有效介质理论（EMT）解释了低压下的数据。在每个压缩-松弛循环之后，弹性模量增加，并且观察到高滞后：松弛显示出比压缩更复杂的行为。我们表明，由冲击和振动产生的地震波以压力波速传播。由于数值模型，我们测量了一个强大的波衰减$α\sim3.4$ Np/m。我们发现，波速增加与围压与$p^{1/2}$。
2022-10-17 physics.geo-ph
An Efficient ADER-DG Local Time Stepping Scheme for 3D HPC Simulation of Seismic Waves in Poroelastic Media
地球科学的许多应用需要模拟多孔介质中的地震波。Biot的孔隙弹性理论描述了固相和液相之间的耦合，并引入了刚性源项，从而增加了计算成本，并激励了利用高性能计算的有效方法。我们提出了一种新的具有任意导数时间步进（ADER-DG）的不连续Galerkin格式的实现，该格式可以处理刚性源项。为了将这个源项与合理的时间步长结合起来，我们使用了一个元素局部时空预测器，它需要在每次元素更新中求解中等大小的线性系统-具有1000到10000个未知数（即，数十亿次）。我们提出了一种新的块回代算法有效地解决这些系统。与LU分解相比，我们将浮点运算的数量减少了25倍。逐块回代被映射到小矩阵-矩阵乘法的序列，代码生成器可用于生成高度优化的代码。我们彻底验证了新的求解器在日益复杂的问题。我们证明了3D问题的高阶收敛性。我们验证了正确的处理点源，材料接口和无牵引边界条件。此外，我们比较对一个新定义的层半空间问题的有限差分代码。我们发现，需要非常高的精度来解决在自由表面的慢P波，而固体颗粒的速度不受粗分辨率。通过使用集群的本地时间步进方案，我们减少了6至10倍的全球时间步进相比，解决方案的时间。最后，我们的研究与扩展和性能分析，证明我们的实施的效率和其潜力的极端规模的模拟。
2022-03-01 cs.DC cs.MS physics.comp-ph
Multi-scale seismic envelope inversion using a direct envelope Frechet derivative for strong-nonlinear full waveform inversion
传统的地震波包络反演是利用非线性失配泛函将地震记录的包络与观测波场记录联系起来，然后将非线性泛函线性化，利用波形的Frechet导数求出包络对速度的灵敏度核。我们知道，波形弗雷歇导数是基于波散射的玻恩近似，只能适用于弱散射的情况。因此，传统的波形弗雷歇导数包络反演方法在大尺度、强对比度包裹体的强散射情况下存在严重的局限性。本文从能量散射物理出发，在不使用微分链式法则的情况下，导出了一种新的直接包络Frechet导数（灵敏度算子）。这种新的包络Frechet导数不具有弱散射假设的波场，并可以应用于强非线性反演涉及盐结构的情况。我们还将包络数据扩展为多尺度窗口平均包络（WAE），它包含了丰富的低频分量，对应于介质的长波长速度结构。在此基础上，提出了一种新的多尺度直接包络反演（MS-DEI）与标准FWI相结合的联合反演方法，用于恢复复杂模型的大尺度强对比度速度结构。最后，我们展示了一些数值例子，它成功地应用于反演的1-D厚盐层模型和2D SEG/EAGE盐模型。
2018-08-15 physics.geo-ph
Bridge Vibrations as Persistent Seismic Sources for Time-lapse Imaging of River Corridors with Distributed Acoustic Sensing
Stanford University（斯坦福大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
利用交通激发的桥梁作为持续地震源，通过DAS记录实现河流走廊时移成像，监测洪水期间地下速度变化，支持水文与基础设施监测。
2026-10-08 physics.geo-ph
Frozen Gaussian Approximation for 3-D Elastic Wave Equation and Seismic Tomography
本文将冻结高斯近似（FGA）理论推广到三维弹性波动方程式的求解，并将其作为高频地震层析成像的正演模拟工具。FGA已被开发和验证为一个有效的解决方案，高频声波波传播（P波）。本文的主要贡献包括三个方面：1.我们推导了三维弹性波动方程式的FGA公式。而不是标准的射线为基础的方法（如几何光学和高斯光束方法），推导需要做渐近展开在弱意义（积分形式），以便能够执行积分的部分。与声波波动方程式的FGA理论相比，由于P波和S波的同时存在，以及SH波和SV波偏振方向的耦合，推导过程中的计算要复杂得多。特别地，我们得到了SH波和SV波的非绝热耦合项，其形式与量子力学和拓扑学（陈数）中深入研究的Berry相的概念密切相关。通过与三维均匀介质弹性波动方程式谱元法的比较，说明了FGA算法的精确性和可并行性。基于欧拉方程和斯涅耳定律，推导了三维弹性波动方程式的FGA界面条件。我们验证这些条件，通过模拟高频弹性波传播在1-D分层地球模型。在这个例子中，我们还表明，它是自然的应用FGA算法的几何与非笛卡尔坐标; 3。将该算法分别应用于三维地震波方程走时层析成像和全波形反演
2018-11-21 physics.geo-ph
Finite Difference Based Wave Simulation in Fractured Porous Rocks
Biot的理论为计算流体饱和多孔介质中的地震波场提供了一个框架。在这里，我们实现了速度-应力交错网格二维有限差分算法来模拟波在多孔弹性介质中的传播。Biot的运动方程的制定使用有限差分算法的四阶精度的空间和二阶精度的时间。地震波在储层岩石中的传播也受到裂缝和断层的强烈影响。接下来，我们推导出等效介质模型的裂缝多孔岩石使用线性滑动模型和数值模拟中存在的裂缝界面。正如Biot理论所预测的那样，在粒子速度快照中观察到慢压缩波。在分层模型中，在边界处，慢P波转换为传播速度比慢P波快的P波。最后，我们对结果的主要细节进行了评论。
2019-07-26 physics.comp-ph physics.geo-ph
A Discontinuous Galerkin Method for Simulating 3D Seismic Wave Propagation in Nonlinear Rock Models: Verification and Application to the 2015 Mw 7.8 Gorkha Earthquake
针对区域尺度同震波速变化机制建模难题，开发基于实验室约束非线性损伤模型的开源三维间断伽辽金方法，应用于廓尔喀地震模拟，揭示波速降低空间变化特征，验证模型准确性与可扩展性，为地震 hazard 评估提供物理框架。
2025-02-13 physics.geo-ph
RBF-FD analysis of 2D time-domain acoustic wave propagation in heterogeneous media
径向基函数生成的有限差分（RBF-FD）是局部强形式无网格方法的一种流行变体，它不需要节点之间的预定义连接，使其更容易适应所考虑的问题。本文研究了在地球地下地震模拟中时域声波传播的RBF-FD解。通过大量的数值试验，从均匀到高度非均匀的速度模型，包括非光滑的不规则地形，我们证明了本方法可以进一步推广到解决任意复杂模型中的大规模地震建模和全波形反演问题，从而实现对地球物理观测的更鲁棒解释
2021-05-10 cs.CE cs.NA math.NA
Seismic background mitigation with the Lunar Gravitational-wave Antenna
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学卡尔弗天体物理研究所）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所，格兰萨索国家实验室）
本文提出利用两个地震台站的阵列来抑制引力波测量中的地震噪声，通过分析得出最优信噪比表达式，显示双站配置可使0.3Hz处等效地震噪声谱密度降低约2.3倍。
2026-10-28 astro-ph.IM gr-qc physics.geo-ph
Exploring velocity-spreading factor and consequences through dynamic ray-tracing in general anisotropic media: A comprehensive tutorial
本文提出一个基于近轴射线理论的综合教程，通过引入速度扩展因子推广Dix速度关系，以准确描述一般各向异性介质中的波前传播，并用于模型构建、时间成像及时间-深度转换。
2023-04-04 physics.geo-ph physics.optics
A monolithic model for phase-field fracture and waves in solid-fluid media towards earthquakes
固体中的破裂过程与流体中传播的波的耦合是构造地震中出现的一个突出现象。它是在一个单一的“整体”模型，可以渐近捕获可损坏的固体（岩石）和（粘）弹性流体（外核或海洋）。既有岩石圈断层上的破裂和致密岩石中新断层的产生都包括在这个模型中，还有地震波的发射和传播，包括，例如，横波在固液界面上的反射和纵波在固液界面上的折射。一个强大的，节能，收敛交错有限元离散。使用一个相当简化的变形破裂，三个计算实验记录这种方法的适用性。一些扩展的模型更现实的地球物理建模的概述。
2019-08-26 physics.geo-ph
Physics-Informed Neural Networks for Viscoacoustic Wave Propagation: Forward Modelling, Inversion and Discretization Sensitivity
The University of Tokyo Graduate School of Frontier Sciences（东京大学前沿科学研究生院）；Jiangxi University of Water Resources and Electric Power（江西水利水电学院）
本文提出基于物理的神经网络框架，用于粘弹性波传播的正向建模与参数反演，实现了高分辨率地震建模与反演。
2026-01-22 physics.geo-ph
Efficient wave type fingerprinting and filtering by six-component polarization analysis
我们提出了一种技术，自动分类的波类型的地震相位记录在一个单一的六分量记录站（测量平移和旋转地面运动的三个组件）在地球表面。我们利用了这样一个事实，即每种波类型都会在传感器的六分量运动中留下独特的“指纹”。该指纹可以通过执行数据协方差矩阵的特征分析来提取，类似于常规的三分量偏振分析。为了分配一个波类型的指纹提取的数据，我们比较分析得出的六分量偏振模型，是有效的纯状态平面波到达。为了有效分类，我们利用支持向量机的监督机器学习方法，该方法使用数据独立的，分析导出的六分量偏振模型进行训练。这使得能够以完全自动化的方式对地震相进行快速分类，即使对于大数据量，例如在陆地地震勘探或环境噪声地震学中遇到的。一旦波的类型是已知的，额外的波的参数（速度，方向性，和椭圆率）可以直接从六分量偏振态提取，而不需要诉诸昂贵的优化算法。我们说明了我们的方法的好处，各种真实和合成数据的例子，如自动相位拾取，混叠地面滚动抑制在陆地地震勘探的应用，并快速接近实时提取的表面波散曲线从单站记录的环境噪声。此外，我们认为，波型分类的初始步骤是必要的，以成功地应用从旋转和平移运动的组合测量提取相速度的常见技术。
2022-12-22 physics.geo-ph
Subsurface pulse, crater and ejecta asymmetry from oblique impacts into granular media
本研究通过104 m/s斜向撞沙实验，揭示了撞击角对地下地震脉冲强度的显著影响及相关不对称特征，并提出了脉冲峰值振幅的估算方法。
2023-09-23 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.soft
Seismic Wave Scattering and Dissipation in Fractured Shales
颗粒多孔介质中的地震波衰减问题在岩石物理和地震学中具有重要意义。与砂岩不同，页岩是砂粒和粘土的混合物，具有极低的孔隙度和渗透率。湿化后的粘土膨胀在颗粒-粘土界面处诱发微裂纹，导致强烈的弹性波散射。这种散射妨碍了对来自弹道波衰减的吸收的充分测量。这里我们从地震学和超声波中的多次散射波中推断出这种固有衰减。我们发现，增加围压降低了散射衰减微裂纹闭合，但令人惊讶的是增加了吸收，可能是由于粘性耗散涉及更多的液体吸附在粘土和颗粒表面。此外，我们观察到，循环加热和冷却引起的粘土收缩和微裂纹的增长，以及宏观裂缝的成核。这导致了在该裂缝页岩中的主要的混沌混响。基于断裂样品的X射线层析成像的数值模拟证实了多次散射行为，并揭示了从初始完整到最终断裂页岩的特征长度的增加。这项研究有助于改进页岩和其他裂缝性岩石中多尺度油气勘探的声学技术。
2023-01-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.geo-ph
Marchenko Theory, Algorithms, and Applications: A Review
College of Petroleum and Geoscience, King Fahd University of Petroleum and Minerals（石油与地质科学学院，阿卜杜勒阿齐兹国王石油矿物大学）
本综述介绍源于量子逆散射的马尔琴科方法，涵盖其理论推导、多维扩展、各类应用及实用技术，还评估了当前的局限性与开放问题。
2026-08-07 physics.geo-ph
Wave-equation-based inversion with amortized variational Bayesian inference
解决涉及测量噪声和建模误差的逆问题需要正则化，以避免数据过拟合。地球物理反演问题，其中地球的高度异质结构是未知的，提出了一个挑战，通过解析表达式编码先验知识。我们的主要贡献是一个基于生成模型的正则化方法，强大的分布外的数据，利用现有的数据和模型对嵌入的先验知识。利用摊销变分推理目标，条件归一化流（NF）的预训练对低和高保真度的迁移图像，以实现低保真度近似的震波成像后验分布以前看不见的数据。在预训练之后使用NF以在涉及物理引导的数据失配和NF潜变量的高斯先验的反演方案中重新参数化未知的地震图像。解决这个关于潜在变量的优化问题使我们能够利用数据驱动的条件先验的好处，同时获得物理和数据的信息。数值实验表明，所提出的反演方案产生的地震图像与有限的伪影时，处理噪声和分布外的数据。
2022-03-29 physics.geo-ph
A novel fast sweeping method for computing the attenuation operator $t^*$ in absorbing media
针对传统方法计算地震衰减算子$t^*$需显式射线路径、计算量大且易失效的问题，提出改进的快速扫描方法（MFSM），无需显式射线路径即可求解$t^*$控制方程，经验证性能良好且适用于笛卡尔与球坐标系，可实际应用于地震研究。
2025-04-17 physics.comp-ph physics.geo-ph
Wave simulation in non-smooth media by PINN with quadratic neural network and PML condition
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Peking University（北京大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IRD（法国国家发展研究所）；OCA（尼斯天文台）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
地震波的频域模拟在地震反演中起着重要的作用，但在大模型中仍存在挑战。最近提出的物理信息神经网络（PINN）作为一种有效的深度学习方法，已经在求解广泛的偏微分方程（PDE）方面取得了成功的应用，在这方面仍有改进的空间。例如，当PDE系数是非光滑的并且描述结构复杂的介质时，PINN可能导致不准确的解。本文在频域中用PINN代替波动方程式求解声波和粘声散射场的波动方程式方程，以消除源的奇异性。我们首先说明，非光滑的速度模型导致不准确的波场时，没有边界条件的损失函数。然后，我们在PINN的损失函数中加入了完全匹配层（PML）条件，并设计了一个二次神经网络来克服PINN中非光滑模型的不利影响。我们表明，PML和二次神经元改善的结果，以及衰减，并讨论这种改善的原因。我们还说明，在波场模拟过程中训练的网络可以用来预训练的神经网络的另一个波场模拟后PDE系数的改变，并相应地提高收敛速度。当两次连续迭代或两次连续实验之间的模型扰动很小时，这种预训练策略应该应用于迭代全波形反演（FWI）和时滞目标导向成像。
2022-09-27 cs.LG physics.geo-ph
Scholte waves generated by seafloor topography
海底地形可以激发强烈的界面波，称为Scholte波，通常是色散的，其特征是传播缓慢，但振幅大。这种波可以用来反演近海底剪切波速度结构，这是多分量P-S震波成像的重要信息。三种不同的方法来理解激发Scholte波和数值方面的建模Scholte波，包括分析Cagniard-de Hoop分析，边界积分法和交错网格有限差分法。对于格林函数很容易计算的简单介质，边界元法可以得到精确的结果。有限差分法显示出强大的数值伪影和停滞的人工波可以看到在附近的地形在流体-固体界面，即使使用精细的计算网格。然而，这些人造波的振幅远离海底衰减。对于震测模型，将接收器放置在远离流体-固体界面的位置是明智的。为了研究Scholte造波，需要正确地实现流体-固体边界条件。它还显示通过数值例子，包括使用海底剖面从最近的SEG高级建模（SEAM）项目，即使是温和的地形特征可以产生Scholte波，这些波可以用来约束附近的海底S波速度的界面Scholte波的色散分析。全波形反演的含义是，尽管低频数据对于收敛至关重要，但海底地形可能对低频地震波有很大影响。
2013-06-18 physics.geo-ph
Integral equation method for microseismic wavefield modelling in anisotropic elastic media
本文提出了一种非均匀各向异性弹性介质中微地震波场的频域体积积分方法。弹性波动方程式被写成Lippmann-Schwinger型积分方程，而震源被表示为一般的矩张量。由于力矩张量源的位移场可以使用弹性动力学格林函数的空间导数来计算。现有的积分方程的基于矩阵的实现方式对于在三维地球中对波场进行建模在计算上是低效的。因此，通过应用傅立叶变换，以无矩阵的方式制定了颗粒位移的积分方程。利用双共轭梯度稳定化方法迭代求解该方程。我们将数值格式应用于三种不同的模型，以增加地质复杂性，并获得对应于不同类型的矩张量源的弹性位移场。体积积分方法在增加多个源方面优于时域方法，因为它可以逐个地与离散频率一起工作，并且限制了计算成本。所生成的合成数据可用于反演微地震源和模型参数。
2023-01-30 physics.geo-ph
Seismic metasurfaces: Sub-wavelength resonators and Rayleigh wave interaction
我们考虑的正则问题的一个阵列的杆，作为谐振器，放置在一个弹性基板;基板是一个薄的弹性板或弹性半空间。在这两种情况下，基板中的弯曲板或瑞利表面波与谐振器相互作用以产生有趣的效应，例如用于表面波的有效带隙或将表面波转换成体波的滤波器;这些效应在光学领域中具有平行性，其中这种亚波长谐振器分别在体中和在表面处产生超材料和超表面。在这里，我们仔细分析这个典型的问题，提取的频散关系分析，从而研究的影响，弯曲和压缩共振的传播波。对于弹性半空间顶部的谐振器阵列，我们增加了数值模拟的分析。除其他影响外，我们展示了从瑞利波状的剪切波状的行为和由此产生的变化，从表面到体波位移的色散曲线的显着效果。
2016-08-05 physics.class-ph physics.geo-ph
Three methods for the description of the temporal response to a SH plane impulsive seismic wave in a soft elastic layer overlying a hard elastic substratum
我们处理平坦无应力表面的情况（即，地震学应用中的地面）将空气与均匀的、各向同性的、固体下层分离，所述固体下层由入射在下层中的SH平面体波引起的均匀的、各向同性的、固体层（与地面接触）覆盖。首先在频域中进行分析，然后在时域中进行分析。频域响应是{ \it normal}，因为没有激发共振（共振在这里被理解为在没有耗散的情况下响应是无限的情况）。这在时域中的转换是散射脉冲具有相对短的持续时间。的脉冲的持续时间被示出在很大程度上是由辐射阻尼显示在虚部的配置的复杂的本征频率。阐述了三种方法的时间历程的计算，并产生了相同的数值解的各种各样的配置感兴趣的非耗散，dispersionless介质的假设下，在地球物理环境。呼吁复杂的本征频率表示的方法被证明是最简单和最物理明确的方式获得的时间历程（在相同的假设下）。此外，它是特别适合的情况下，其中模式可以被激发时发生的入射波是不是平面或边界条件是不是无应力的变化，所有的横向坐标在地平面上。
2006-05-15 physics.class-ph physics.geo-ph
Insight into the modeling of seismic waves for detection of underground cavities
MOX (The Laboratory for Modeling and Scientific Computing, Department of Mathematics) and at DICA (Department of Civil and Environmental Engineering) of the Politecnico di Milano（米兰理工大学数学系建模与科学计算实验室（MOX）和土木与环境工程系（DICA））
本文通过数值模拟与解析解的比较，探讨了地下空腔探测方法，旨在为现场核查提供科学基础。
2017-12-18 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Deux approches differentes dans l'evaluation analytique du potentiel endommageant des tremblements de terre: application et validation pour les forts seismes de Vrancea, Roumanie
本文提出了一个分析评估的结果之间的比较地震地面运动的破坏潜力，基于两个不同的参数：公园，昂损害指数和桑迪仪器地震烈度。Park Ang损伤指数由于其简单性和对实验数据的校准而主要用于结构损伤评估。仪器强度具有相对于EMS 98强度标度校准的优点。根据1977年（矩震级Mw= 7，4）和1986年（Mw= 7，1）Vrancea震源产生的强震期间记录的地面运动的处理，确定所考虑的参数的值，并生成它们的空间分布图。这两种方法的结果进行了比较，以及与所提供的信息的报告中所观察到的建筑物的有效损害，由于考虑地震。
2013-01-05 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.geo-ph
Analytical Solution for Wave Propagation in Stratified Acoustic/Porous Media. Part II: the 3D Case
我们感兴趣的是在无限的双层声/多孔弹性介质中的波传播的建模。我们考虑多孔弹性层中的双相Biot模型。第一部分是致力于计算的分析解决方案，在两个层面上，感谢CagniarddeHoop方法。在第二部分中，我们考虑3D情况。
2008-07-25 math.AP physics.class-ph physics.geo-ph
Data-Driven Forecasting of three-Component Seismograms Using Transformer Architectures
Institut für Kernphysik, Universität Münster（穆斯特大学核物理研究所）；Institut für Geophysik, Universität Münster（穆斯特大学地质物理研究所）；James Cook University（詹姆斯·库克大学）；Geological Survey of Denmark and Greenland（丹麦和格陵兰地质调查局）
提出基于Transformer的自回归模型SeismoGPT，通过物理约束的延续问题框架直接预测三分量地震波形，在合成数据上实现中位数归一化互相关>0.93，证明了Transformer序列模型可学习地震波场的稳定动力学延续。
2026-07-09 astro-ph.IM cs.LG gr-qc
Generalized Multiscale Finite-Element Method (GMsFEM) for elastic wave propagation in heterogeneous, anisotropic media
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）
本文提出了一种通用多尺度有限元法，用于高效模拟各向异性介质中的弹性波传播，通过多尺度基函数减少自由度并保持精度。
2015-04-18 cs.NA math.NA physics.geo-ph
