摘要
面波法是一种经济、高效的地下结构探测方法，在天然地震、地球内部结构探测、人工地震勘探、超声无损检测等领域应用广泛。随着面波理论不断发展进步，面波法从陆上逐渐延伸至海洋、湖泊等存在流体覆盖的区域。沿流-固界面传播的Scholte波具有典型的频散特性，对海底横波速度非常敏感，基于Scholte波频散特性的海底横波速度反演方法逐渐成为海底浅层构造探测的重要手段。精确的海底Scholte波的频散理论对海底横波速度结构反演至关重要。在深海环境，海水声速随海水深度变化明显，变速海水对Scholte波频散特性的影响不容忽视。本文考虑海水声速随深度变化，开展基于Scholte波频散特性的海底横波速度反演，研究成果如下: （1）本文考虑深海环境下海水声波速度随深度变化，将海水进行水平分层以满足海水速度连续性变化，建立水平分层海水-海底（Horizontal Layered-Seawater and Seabed,HLSS）模型。基于 HLSS 模型，利用 Thomson-Haskell 算法，推导了基于HLSS模型的Scholte波频散方程及振幅深度方程，这是本文的主要创新点。基于典型海域海底地层的弹性参数建立HLSS模型，分析该模型的Scholte波频散特征，研究发现:深水环境下，Scholte波各阶频散曲线主要集中在低频区;Scholte波各阶模式群速度极小值表现出随着海水深度增加逐渐增加的特征，且Scholte波模式阶数越高群速度极小值越小;随着海水深度增加，Scholte波能量逐渐减弱，高阶模式能量占主导地位。 （2）考虑深海海底一般为分层的沉积层，因此本文建立水平分层海水-分层海底（Horizontal Layered-Seawater and Layered-Seabed,HLSLS）模型。推导基于HLSLS模型的Scholte波频散方程及振幅深度分布方程。通过分析HLSLS模型Scholte波频散特性，研究发现:软海底Scholte波出现正-逆-正频散特征，且该特征随海水深度增加逐渐减弱;考虑海水速度变化会影响Scholte波能量的分布特征，在相同海水深度，变速海水模型的Scholte波能量要强于匀速海水模型的Scholte波能量。 （3）通过数值模拟实验验证理论方法的准确性。利用谱元法模拟得到海底多分量地震记录，基于相移法提取海底多分量地震数据中的Scholte波频散曲线，并与理论频散曲线进行对比。数值实验表明:深水环境下，提取的各阶Scholte波频散曲线存在“混叠”现象，各阶Scholte波频散能谱的极大值连线与理论计算的1阶Scholte波频散曲线拟合较好，表明在深海环境下，利用Scholte波频散特性反演海底横波速度结构时，选择利用理论频散曲线的1阶模式与频散能谱的极大值曲线进行拟合这种“折中”的方法，可以保证反演的准确度。 (4)基于Monte Carlo局部线性化反演算法，对数值模拟数据和实际深海OBS数据进行海底横波速度反演。可以得到OBS站点下方的一维横波速度。将反演得到的一维横波速度进行插值可以得到海底的二维横波速度剖面。
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