Page 179 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 Vol. 44, No. 3
2025 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2025

⋄ 研究论文 ⋄

利用流固界面Scholte波的地层横波速度反演方法 ∗

郭 望 1,2,3 何 晓 1,2,3† 李嘉诚 1,2,3

(1 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190)
(2 中国科学院大学 北京 100049)
(3 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心 北京 100190)
摘要：多道面波分析方法是一种有效的地声参数反演和结构成像工具，以往大多数相关研究都集中在利用
自由表面 Rayleigh 波进行评价，而对于存在上覆流体层模型利用流固边界 Scholte 波的反演研究较少。而
Scholte 波在流固界面传播具有幅度大、传播距离远、衰减损耗小等特性，且在传播过程中可反映水下地层的
诸多信息，对于探测水下沉积物以及开展水底地层结构分析具有重要意义。该文研究了利用流固边界 Scholte
波的地层横波速度反演方法。首先建立流固水平多层模型，使用 Haskell 传递矩阵方法来计算并揭示多阶模式
Scholte 波传播的频散特征，然后从二维时域有限差分方法合成波形中拾取速度特征与理论频散曲线比较一
致，验证了模拟方法的有效性。最后为了提高反演效率和稳定性，引入模式搜索方法和 Kuhn-Munkres 算法，
利用添加噪声的人工合成数据对三种典型水下地层模型进行了数值反演验证。该反演方法非常适合解决具有
高度非线性、多参数和多模态目标函数的问题，且不依赖初始模型，能够稳定高效地得到反演结果。各类模型
的反演结果与输入地层非均匀横波速度剖面吻合良好。
关键词：Scholte 波；反演；流固界面；横波速度
中图法分类号: P631 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2025)03-0713-10
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2025.03.020

Inversion of shear velocity profiles using Scholte waves on the

fluid-solid boundary

GUO Wang 1,2,3 , HE Xiao 1,2,3 and LI Jiacheng 1,2,3

(1 State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
(2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
(3 Beijing Research Center of Marine Deep Drilling and Surveying Engineering Technology, Beijing 100190, China)

Abstract: The multi-channel surface wave analysis method is an effective tool for earth acoustic parameter
inversion and structural imaging. Most of the previous studies focused on the use of free surface Rayleigh waves
for evaluations, while there were few studies on the use of Scholte waves for the model inversion with a covered
fluid layer. Scholte waves have the characteristics of large amplitude, long propagation distance and small
attenuation at the fluid-solid interface. Such a kind of surface waves are sensitive for the mechanical properties
of fluid-solid interface, and can be applied for the detection of underwater sediments and the analysis of the
formation structure of underwater strata. The inversion method of formation shear wave velocity using Scholte
wave at fluid-solid boundary is studied in this paper. First, a fluid-solid model with horizontal multilayers is
established. The Haskell transfer matrix method is applied and the dispersion characteristics of Scholte wave

2023-12-12 收稿; 2024-02-29 定稿
国家自然科学基金项目 (12174421, 52227901)
∗
作者简介: 郭望 (1999– ), 男, 湖南沅江人, 硕士研究生, 研究方向: 多层介质中面波传播与成像。
通信作者 E-mail: hex@mail.ioa.ac.cn
†