SW1D: A Python package for seismic surface wave solutions in 1-D elastic media
Indian Institute of Science Education and Research Pune（印度科学教育研究学院普纳分校）
本文介绍SW1D，一个用于一维弹性介质中计算瑞利和洛夫波频散曲线及合成地震图的Python软件包，通过传播矩阵法求解表面波特征值问题，并经严格验证和基准测试，定位于Python地震学工具生态系统中。
2026-10-02 physics.geo-ph
Semi-supervised Sequence Modeling for Elastic Impedance Inversion
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
机器学习算法在地震领域的最新应用在不同领域（如地震反演和解释）显示出巨大的潜力。然而，这样的算法很少执行地球物理约束-缺乏地球物理约束可能导致不期望的结果。为了克服这个问题，我们已经开发了一个半监督序列建模框架的基础上，递归神经网络的弹性波阻抗反演从多角度地震资料。具体地，地震道和弹性阻抗（EI）道被建模为时间序列。然后，使用包括卷积和递归神经层的基于神经网络的反演模型来反演用于EI的地震资料。建议的工作流程使用测井数据来指导反演。此外，它使用地震正演建模来正则化训练，并作为反演的地球物理约束。建议的工作流程实现了98%的估计和目标EI之间的平均相关性，使用10个测井曲线上的合成数据集进行训练。
2019-08-19 cs.LG eess.SP 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
Strategies for integrating uncertainty in iterative geostatistical seismic inversion
迭代地质统计地震反演将地震和井数据集成以推断地下弹性性质的空间发布。这些方法对反演的弹性性质的空间不确定性提供了有限的评估，忽略了不确定性的替代来源，例如与不良测井数据、放大和地震资料内的噪声相关的不确定性来源。我们表示不确定的测井样本，由于不良的测井读取和升级，在本地概率分布函数（PDF）。局部PDF被用作随机顺序模拟算法的调节数据，包括作为反演内的模型扰动。噪声的地震和狭窄的勘探模型参数空间的问题，特别是在早期步骤的反演，是通过引入一个上限的本地相关系数负责在下一次迭代的新的一组模型的生成。提出了一个单一的地质统计框架，并说明了其应用到一个真实的案例研究。当与常规迭代地质统计地震反演相比时，附加不确定性源的整合增加了真实和反演地震道之间的匹配以及在最后一次迭代中反演的模型集合内的可变性。局部PDF的选择在反演弹性模型的可靠性中起着核心作用。在反演的早期阶段避免高的局部相关系数增加了在反演结束时合成和真实地震反射数据之间的全局相关性方面的收敛。
2018-10-17 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
Joint measurement of cosmic-ray muons and seismic w av es at laboratory scale
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学与技术大学）；Kyushu University（九州大学）
本研究将宇宙射线缪子探测与地震勘探结合，通过实验室实验验证了该方法可分解地震波速度为密度和弹性常数，能助力准确确定气体饱和度与弹性常数。
2026-07-31 physics.geo-ph
Micro-seismic Elastic Reflection Full Waveform Inversion with An Equivalent Source
本研究提出一种基于等效源的微地震弹性反射全波形反演方法，通过结合P波和S波数据，采用与源起震时间解耦的目标函数，同时反演源图像、时间函数和速度模型，有效克服了周期跳跃问题并提高了参数估计精度。
2023-10-18 physics.geo-ph
Statistical properties of shear deformation of granular media and analogies with natural seismic processes
本文实验研究了立方晶粒构成的介质的剪切变形过程。结果表明，变形过程是间歇性的，并伴有声扰动的辐射。这些扰动服从自然地震过程中固有的统计规律：频率-能量标度关系（古腾堡-里克特定律）和余震时间衰减的广义大森定律。研究了单分散介质中弱扰动对剪切变形过程的影响。在弱周期信号激励下的颗粒介质中，确定了存在一个临界频率，该临界频率提供了颗粒介质中最小数量的临界事件。我们还开发了算法，提供更小的应力内的颗粒BMPF通过外部扰动在剪切变形。考虑到剪切和地震过程之间的统计相似性，这些结果打开了影响自然地震过程的能力的前景。
2019-07-16 physics.geo-ph
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
Geostatistical Rock Physics AVA Inversion
储层模型是地下岩石物理性质（如孔隙度、矿物体积和流体饱和度）的数值表示。这些通常是从两步方法中的地震反演推断出的弹性模型导出的：首先，地震反射数据被反演为感兴趣的弹性属性（如密度、P波和S波速度）;然后这些被用作约束属性来模拟地下岩石物理变量。顺序方法不能确保不确定性在整个地质建模工作流程中的适当传播，因为它没有描述观测到的地震资料与所得岩石物理模型之间的直接联系。岩石物理模型将这两个领域联系起来。我们建议将地震和岩石物理建模集成到迭代地质统计地震反演方法中。所提出的方法允许通过同时整合测井、地震反射数据和岩石物理模型预测来直接推断孔隙度、页岩体积和流体饱和度。随机序贯模拟被用作模型参数空间的扰动技术，校准的相相关岩石物理模型将弹性域和岩石物理域联系起来，并且基于交叉基因演算法的全局优化器确保了方法从迭代到迭代的收敛。该方法应用于从北海储层的真实储层数据集提取的3D体积，并与地质统计地震AVA进行比较。
2018-10-14 physics.geo-ph
Analytic and numerical solutions to the seismic wave equation in continuous media
本文介绍了两种模拟合成地震脉冲的方法，并对它们进行了比较。首先，在二维笛卡尔坐标系中建立了一个新的解析模式。与充分对称的初始条件相结合，这为下面的数值方法的有效性提供了有价值的检查。一个特定的初始条件，它允许一个新的封闭形式的解决方案。然后提出了一种数值方案，该方案结合了位移分量和波速参数的谱（傅里叶）表示、四阶龙格-库塔积分方法和吸收边界层。在新的软件实现中，在适当的增强性能的桌面硬件上并行求解所得到的大型微分方程系统。这为各向同性介质内的波的正演建模提供了一种替代方法，该方法是有效的，并且适合于建模地震结构中的快速和灵活的发展，例如，浅深度环境应用。的解析解和数值方案的视觉比较。
2020-11-30 physics.geo-ph
Analysis of dynamic ruptures generating seismic waves in a self-gravitating planet: an iterative coupling scheme and well-posedness
我们研究的方程组的解决方案描述的动力学演化的自发破裂产生的预应力弹性-重力变形体和受速率和状态摩擦定律。我们提出了一个迭代耦合方案的基础上弱制定的非线性内边界条件，连续时间和隐式离散（向后欧拉）的时间。我们通过引入粘性使问题正则化。这保证了在这两种情况下正则化问题的解决方案的收敛性。我们还精确地给出了有关系数的收敛条件。
2019-08-22 physics.comp-ph physics.geo-ph
Multi-scale uncertainty quantification in geostatistical seismic inversion
地质统计地震反演通常用于通过迭代随机顺序模拟/协同模拟扰动模型参数空间来推断地下岩石弹性性质的空间分布。推断的岩石弹性性质的空间不确定性表示与更新后的后验方差从合奏的模拟实现。在此设置中，用于生成岩石弹性实现的大规模地质（元参数），例如空间相关模型和感兴趣的属性的全局先验分布，被假定为对于整个反演域是已知的和固定的。这种假设导致低估了与反演模型相关的不确定性。我们提出了一个实用的框架来量化地震反演中大尺度地质参数的不确定性。该框架将地质统计地震反演与元参数的随机自适应采样和贝叶斯推断相结合，以提供更准确和更现实的不确定性预测，而不受大规模地质参数的沉重假设的限制。所提出的框架说明了合成和真实的案例研究。结果表明，与传统的地质统计学地震反演技术相比，该方法具有更可靠的声阻抗模型，具有更充分的不确定性分布。所提出的方法分别占地质的不确定性在大规模（元参数）和局部规模（逐道反演）。
2018-10-09 physics.geo-ph stat.AP
AstroSeis -- A 3D Boundary element modeling code for seismic wavefields in irregular asteroids and bodies
我们开发了一个三维弹性边界元法（BEM）的计算机代码，称为AstroSeis，模拟地震波场在一个机构与任意形状，如小行星。除了AstroSeis可以处理任意表面地形外，它还可以处理小行星模型中的液体核心。在我们目前的代码中，固体和液体域都是同质的。对于震源，我们可以使用单个力或力矩张量。AstroSeis是在频域中实现的，并且可以容易地并入与频率相关的Q。代码在MATLAB中，可以直接设置模型来运行我们的代码。频域计算有利于研究天体在周期性力（如引潮力）作用下的长期弹性响应，且不存在其他许多需要体网格划分的方法所存在的数值频散问题。我们的AstroSeis已经通过了其他方法的基准测试，例如正交模求和和直接解方法（DSM）。这个开源的AstroSeis将是研究小行星内部和表面过程的有用工具。
2020-07-02 astro-ph.EP physics.comp-ph 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
Localized stationary seismic waves predicted using a nonlinear gradient elasticity model
本文旨在研究局部化驻波在浅层地下的本构行为是由双曲线模型，这意味着非多项式非线性和应变相关的剪切模量的存在。为此，我们推导出一个新的运动方程的非线性梯度弹性模型，其中高阶梯度项捕获的小尺度土壤异质性/微观结构的影响。我们还提出了一种新的有限差分格式来解决空间和时间的非线性运动方程。任意初始脉冲的传播的模拟清楚地揭示了非线性的影响：应变相关的速度一般，因此，锐化的脉冲。通过引入运动参考系和平稳性假设，得到了运动方程的平稳解。通过分析相图中获得的常微分方程，并沿不同的轨迹积分，发现周期性（有和没有下降趋势）以及局部驻波。定域驻波实际上是一种扭折波，可以通过沿同宿轨道积分得到。一般来说，轨道越接近同宿轨道，相应的周期性驻波的边缘越尖锐，其周期越大。最后，我们发现扭结波实际上不是一个真正的孤子，因为两个碰撞的扭结波在相互作用后不能恢复原来的形状。然而，它可能具有高振幅并到达表面，这取决于阻尼机制（尚未考虑）。因此，地震现场响应分析不应事先排除这种局部驻波的存在。
2021-08-12 physics.geo-ph
Constraints on grain size and stable iron phases in the uppermost Inner Core from multiple scattering modeling of seismic velocity and attenuation
我们建议将最上面的内核建模为随机取向的各向异性"补丁“的集合。一个补丁被定义为一个可能大量的晶体具有相同取向的晶轴的集合体。这个简单的模型解释了观测到的短周期体波的速度各向同性，并为在内核顶部探测到的散射体提供了合理的物理解释。通过对地震波在集料中传播的多次散射模型的严格模拟，我们得到了铁片的尺寸和弹性常数的强约束。我们进行了系统的搜索与测得的地震速度和衰减兼容的铁模型。铁模型的特征在于它的对称性（立方或六边形），弹性常数和补丁大小。独立的晶体对称性，我们推断最有可能的大小补丁的顺序为400米。最近的{ \it bcc}铁模型从文献中发现的立方晶体的最可能的弹性常数在我们的反演非常好的协议。我们的研究（1）表明，熔体的存在可能不需要解释低剪切波速度在内核和（2）支持最近的实验结果立方铁的稳定性在内核，至少在其上部。
2008-03-03 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
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
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
Numerical Fréchet derivatives of the displacement tensor for 2.5-D frequency-domain seismic full-waveform inversion in viscoelastic TTI media
位移张量相对于地下的独立模型参数的导数，也称为Fréchet导数（或灵敏度核），是利用局部搜索优化算法进行地震全波形反演的关键成分。它们提供了由于给定勘测几何结构的地下模型参数的扰动而引起的地震图的预期变化的定量测量。由于2.5-D波场模拟涉及具有3D（球面）波特性的2-D地质模型中的真实点源，所以它产生的合成数据比通常使用的2-D波模拟更接近实际的实际场数据，2-D波模拟使用不现实的线源，其中波以圆柱形传播。基于我们最近发展的一般2.5-D波场模拟方案，我们应用摄动方法获得了一般粘弹性各向异性介质中2.5-D/2-D频率域地震全波形反演位移张量导数的显式解析表达式。然后，我们证明了所有这些衍生物在两种常见情况下的数值计算：（i）粘弹性各向同性和（ii）粘弹性倾斜横观各向同性（TTI）固体。不同的敏感性模式的各种衍生物的例子进行了研究，并比较了四个不同的同质模型，涉及2-D和2.5-D建模。
2022-12-15 physics.geo-ph
A non-perturbative approach to computing seismic normal modes in rotating planets
提出了一种基于连续Galerkin方法的旋转行星地震简正波计算方法。特别注意分离出的基本频谱中存在的流体外核使用多项式滤波本征解。相关的弹性引力方程组，包括科里奥利力，进行混合有限元法，而自引力占与快速多极方法。我们的离散化利用完全非结构化的四面体网格的固体和流体区域。相关的特征值问题是解决了几个高度并行和计算效率的方法相结合。我们验证我们的三维结果在非旋转的情况下，使用恒定的弹性球的分析结果，以及从标准的“径向”算法的各向同性地球模型的数值结果。我们还验证了在旋转的情况下，但只有在缓慢旋转的制度，微扰理论适用的计算，因为没有其他独立的算法在一般情况下。该算法和代码被用来计算点谱的特征频率在几个地球和火星模型研究的非均匀性的影响在很大范围内的尺度。
2021-09-26 astro-ph.EP physics.comp-ph 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
Modeling and Quantifying Parameter Uncertainty of Co-seismic Non-classical Nonlinearity in Rocks
本文采用IVM与CDM两种物理损伤模型模拟岩石同震非经典非线性，通过声弹性实验、贝叶斯反演及7万次模拟量化参数不确定性并比较模型表现。
2023-06-07 physics.geo-ph
Seismic pulse propagation with constant Q and stable probability distributions
具有常数Q的地震波的一维传播被证明是由分数阶时间演化方程控制的，该方程插值热方程和波动方程。柯西和信号问题的基本解决方案表示在整个功能（赖特型）的相似性变量和他们的行为变成中间的极限情况下的一个完美的粘性流体和一个完美的弹性固体。考虑到地震脉冲所表现出的小耗散，考虑了近弹性限度。此外，基本解决方案的柯西和信号问题是有关的稳定概率分布的指数的稳定性决定的阶的分数时间导数的发展方程。
2010-08-07 math-ph math.MP math.PR
Multi-Condition Guided Diffusion Model for Controllable Elastic Parameter Synthesis
CCTEG Xi’an Research Institute (Group) Co., Ltd.（中国煤炭科工集团西安研究院有限公司）
提出多条件引导扩散模型，利用井统计和地质特征构建训练数据集，通过隐变量细化、适配器条件和扩散后验采样投影引导策略，实现弹性参数的可控合成与反演。
2026-06-04 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
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
Seismic Crystals And Earthquake Shield Application
本文从理论上论证了用地震晶体制作的地震屏蔽体对建筑物破坏性最大的表面波具有一定的阻尼作用。本文从阻带的角度介绍了地震晶体，并从理论上讨论了地震海啸屏蔽的一些设计概念。我们观察到，在我们的基于FDTD的二维弹性波模拟，建议的地震屏蔽可以提供约0.5的里氏震级的表面波的幅度减少。这种震级的降低率可以大大减少地震时的破坏。
2009-05-15 physics.gen-ph physics.geo-ph
Numerical analysis of a deep learning formulation of elastic full waveform inversion with high order total variation regularization in different parameterization
我们在深度学习环境中制定了弹性地震全波形反演（FWI）。在我们的公式中，一个递归神经网络的规则，强制执行弹性波传播，与波场投影到测量表面作为合成数据与观测地震资料进行比较。通过自动微分方法，可以在网络内高效地构建具有各种参数化和失配泛函的弹性模型迭代更新梯度。利用该方法，可以计算基于复杂失配的反演。我们调查的影响不同的复杂的失配（基于l2，l1）与高阶全变差（TV）的规定多参数弹性FWI恢复模型内的速度/密度，模量/密度，刚度参数/密度参数化。我们分析了参数串扰。简单和复杂模型的反演结果表明，使用l1范数的高阶TV调节的RNN弹性FWI可以帮助减轻基于梯度的优化方法的串扰问题。
2021-01-22 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 Risk Scenario in Grenoble (FRANCE) Using Experimental Dynamic Properties of Buildings
使用复杂的方法评估大量建筑物的脆弱性可能非常耗时，成本高昂，特别是对于像法国这样的中等地震危险国家。我们在这里提出了一个低成本的分析，使用实验方法来提取现有建筑物的弹性行为。弹性模态模型提出了不同类型的建筑测试在格勒诺布尔（法国）由于他们的实验模态参数（共振频率，模态振型和阻尼），这是估计使用环境振动调查。记录了60座不同类型的建筑物。然后，考虑地震学家提供的加速度图场景作为输入，并考虑基于FEMA层间漂移限制的完整性阈值，计算建筑物的完整性。即使损坏的程度仍然未知，我们得出的结论是，砖石建筑遭受更多的损害（70%的建筑物损坏）比钢筋混凝土建筑。最后，从环境振动记录中提取模态参数，使我们能够定义，为每一类建筑物，它的能力，以支持地震变形的情况下，地震。
2007-09-25 physics.class-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
Elastic Time Reversal Mirror Experiment in a Mesoscopic Natural Medium at the Low Noise Underground Laboratory of Rustrel, France
在法国LSBB实验室进行了基于时间反射镜（TRM）技术的地震时间反演实验。两套50 Hz的地震检波器以1米的间隔分布在两个水平平行的坑道中，坑道相距100米，埋在地表以下250米处。使用的射击源是一个4公斤重的大锤。分析表明，弹性地震能量在空间和时间上都能很好地聚焦到炮点上。直达波场基本上达到了地震能量向炮点的重聚焦能力，而尾波的早尾波和尾波的重聚焦质量都很好。超聚焦在炮点处实现，这是由于坑道之间的精细尺度随机非均匀介质。TRM实验对所用反射镜的粗糙度很敏感。粗糙度会导致记录和重新发射方向之间的轻微实验差异，从而降低反转过程的质量。
2010-05-02 physics.geo-ph
Blasting parameters alternate selection as a tool for elastic wave effect amplification at potentially instable locations within main roof strata
波兰地下矿山的铜矿开采主要采用爆破技术，这种技术似乎比较适合当地岩石的硬度以及当地的采矿和地质条件。爆破工程也被认为是预防震波迹象的一种积极方法，在可能不稳定的主顶板岩层和支柱中进行群应变释放爆破。大量记录的动态事件可以清楚地解释爆破工程的影响。然而，这些行动目前都是凭直觉在试错的基础上进行的，而不是根据有目的和有科学依据的方法进行的。本文介绍了一种特殊的群采爆破方法，它是一种减少地震灾害的措施，它是通过适当地选择两次爆破的间隔时间来实现的。这种方法能够有目的地放大已被有限元模拟识别为潜在不稳定的区域内的岩体振动能量。作为整个多面爆破作业的结果，人们可以预期岩体可能会出现震波迹象。所提出的分析已支持的三维有限元动力学模型的多面爆破在不同配置的空间和时间坐标。
2019-03-12 physics.geo-ph
Seismic Effect Of Group Winning Blasting, Case Study From A Polish Copper Mine
群采爆破是下西里西亚铜矿地下矿山最常用的高能震动激发方法之一。为了释放积聚在围岩中的弹性能量，进行了数十个工作面的同时起爆。目前使用的非电起爆系统的准确性不足以提供对爆破工程产生的地震波的受控干扰。因此，同时引爆更多的工作面并不总是与岩爆防治效果的改善相关。本文分析了波兰铜矿某采区爆破工程产生的地震波记录。通过将选定的爆破参数（如发火工作面数量和引爆炸药总量）与诱发地震波参数进行相关性分析，
2019-03-12 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
Deep Learning Seismic Substructure Detection using the Frozen Gaussian Approximation
我们提出了一种深度学习算法，用于地震界面和口袋检测，神经网络由冻结高斯近似（FGA）有效生成的合成高频位移数据训练。在震波成像中，高频数据是有利的，因为它可以提供子结构的高分辨率。然而，生成足够的合成高频数据集用于训练神经网络在计算上是具有挑战性的。这个瓶颈是克服了一个高度可扩展的计算平台上建立的FGA，它来自半经典理论和近似的波场的总和固定宽度（冻结）高斯波包。使用FGA从弹性波动方程式的正演模拟中产生数据。该数据包含精确的走时信息（来自射线路径），但不包含精确的振幅信息（即使在非常精细的数值分辨率下，渐近误差也不会缩小到零）。使用这些数据，我们使用开源API GeoSeg构建卷积神经网络模型，该API使用Keras和Tensorflow开发。在一个简单的模型上，尽管只对FGA数据进行了训练，但网络可以从谱元法生成的位移数据中以高成功率检测出界面。基准测试完成的P波（声波）和P-和S-波（弹性）使用FGA和谱元素的方法产生。此外，对于更复杂的几何形状，包括三层模型和2D口袋模型，其中神经网络由干净和有噪声的数据训练，显示了高精度的结果。
2019-11-05 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
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
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
Compensation of Absorption Effects in Seismic Data
本文研究地震波固有吸收导致的高频衰减与分辨率下降问题，分析反Q滤波（IQF）类偏移算法，并基于黏弹性应力—应变关系推导非线性波动方程、采用分层地球模型求解。
2023-08-16 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
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
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
Quantifying the Value of Real-time Geodetic Constraints for Earthquake Early Warning using a Global Seismic and Geodetic Dataset
大地测量地震预警（EEW）算法通过估计最大、最具破坏性的地震的断层有限性和非饱和矩震级来补充点源地震系统。由于这种地震是罕见的，它一直难以证明，大地测量预警改善地面运动估计显着。在这里，我们量化和比较的及时性和准确性的震级和地面运动估计模拟实时地震和大地测量观测的一套全球分布的，大地震。地震EEW算法（我们使用ElarmS）的震级解决方案饱和，而ElarmS触发的大地测量报警系统（G-larmS）甚至减少了其第一个解决方案的错误。振动强度（MMI）的时间序列计算每个站和每个事件进行评估MMI阈值交叉的基础上，使我们能够准确地表征每个站的报警时间。我们对警报进行了分类，发现MMI 4阈值仅导致12.3%的真阳性（TP）警报，ElarmS的中值警告时间为16.3 +- 20.9 s，但44.4%的TP警报，G-larmS的中值警告时间为50.2 +- 49.8 s。大地测量EEW系统将MMI 3和4阈值的错过警报数量减少了30%以上。如果G-larmS在地震发生时被瞬间触发，性能统计数据是相似的，警告时间稍长，震级稍准确。通过量化的幅度，地面运动估计，和警报的及时性增加的准确性，我们证明了大地测量算法增加了显着的价值，包括更好的成本节约性能，EEW系统。
2019-01-30 physics.geo-ph
Daily Groundwater Monitoring Using Vehicle-DAS Elastic Full-waveform Inversion
本研究针对现有地下观测工具分辨率不足的问题，提出基于Vehicle-DAS的时间推移全波形反演地下水监测技术，实现高分辨率每日监测，揭示了含水层响应的时空异质性及城市化对补给的影响。
2025-01-18 physics.geo-ph
DeepNRMS: Unsupervised Deep Learning for Noise-Robust CO2 Monitoring in Time-Lapse Seismic Images
提出DeepNRMS无监督深度学习方法，利用注入前地震图像学习时移噪声特征，以在强噪声中准确监测CO2，并通过稀疏采集降低成本，在合成和现场数据中验证了有效性。
2023-10-13 physics.geo-ph
Hierarchical model for the scale-dependent velocity of seismic waves
短波长的弹性波在地球上层传播时，在源和接收器间隔较大的情况下比在间隔较短的情况下移动得更快。这种尺度依赖的速度是费马最小时间原理在具有随机速度波动的介质中的表现。现有的微扰理论预测的线性增加的速度偏移与增加的分离，并不能描述的饱和度的速度偏移在大的分离，在计算机模拟中看到的。在这里，我们表明，这个长期存在的问题，在地震学可以解决使用的模型，最初在聚合物物理的背景下开发。我们发现，饱和速度与速度波动的均方根振幅的四分之一的权力，在良好的协议与计算机模拟。
1999-11-05 cond-mat.dis-nn physics.geo-ph
PINNPStomo: Simultaneous P- and S-wave seismic traveltime tomography using physics-informed neural networks with a new factored eikonal equation
本文提出PINNPStomo方法，通过双神经网络联合反演P波和S波速度，并引入新因式分解程函方程消除背景走时依赖，显著提升了多参数反演的收敛速度与精度。
2024-07-23 physics.geo-ph
Earthquake and Electrochemistry: Unraveling the Unpredictable
地震是使用定义明确的地震参数，如地震矩（Mo），矩震级（Mw）和释放的弹性能量（E）来测量的。如此巨大的能量是如何在地壳深处默默地积累起来的？地震研究中最明显的问题仍然没有答案。我们发现了一个内在的和有趣的联系之间释放的能量在地震和电化学电位在超薄金属氧化物电极浸泡在水溶液中的pH值，这使我们了解的起源能量积累过程中的地震。巨大的电化学势是由许多形成在水合粘土矿物（主要是蒙皂石）的独特层结构中的电化学电池积累而成的，这导致了岩石圈（震源）中闪电般的放电。随后产生类似于雷的大规模冲击波，可能通过声流化（AF）引发构造板块沿断层线运动，由此产生的地震能量以一次波（P波）、二次波（S波）和表面波的形式传播。震源电压的存在直接支持了地震电信号（SES），进一步加强了地震预测的VAN方法。我们的发现得到了大量致力于地震科学的研究和观察的支持。如果能及时监测岩石圈断裂带和电离层中的电化学电位、地震电信号（SES）和离子活度的变化，对地震预报和及早抢救生命具有重要意义。
2020-11-02 physics.geo-ph
Theoretical Framework for Phase-space Local-Angle-Domain Waveform Inversion in Anisotropic Elastic Media
Emerson -AspenTech - Subsurface Science & Engineering（艾默生- AspenTech 地下科学与工程）；Tel Aviv University - Geophysics Department（特拉维夫大学地球物理系）
该研究提出各向异性弹性介质中相空间局部角度域弹性全波形反演的理论框架，推导了相关算子，其海森更对角占优，可集成多项功能，为弹性反演等提供统一工作流程。
2026-08-07 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
