非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法

将散射介质层在z轴方向划分成薄层，用薄层的一阶散射强度、Fourier变换和迭代方法求解散射介质整层的矢量辐射传输(VRT)方程的高阶散射解.该方法将一阶散射与高阶散射迭代结合起来，计算公式简明，可计算高阶迭代解，计算时间少.计算结果与一层均匀散射介质的VRT方程一阶Mueller矩阵解、半空间均匀散射介质二阶Mueller矩阵解、以及离散坐标-特征值特征矢量法的VRT热辐射的数值解作了全面的比较.提出并讨论了非均匀散射层主动与被动VRT方程的高阶解.本计算程序可以通用于非球形粒子多层结构及非均匀介质的散射和热辐射计算. 关键词： VRT方程 分层 迭代解     

高声阻层下指纹的高频超声成像实验

分析了高频超声波垂直透过5层不同厚度介质的传播特性,利用传递矩阵推导出超声波在此多层结构的零界面处反射系数与各层介质厚度关系的解析表达式,用解析解做数值模拟,并用COMSOL有限元仿真验证,得到了超声回波在时域上的声学特征.使用高频超声换能器激发与采集分层介质中的超声宽频信号,得到玻璃层和模拟指纹层间反射回波中带有指纹特征的信息,形成了高精度超声指纹图像.     

广义传播矩阵法分析分层各向异性材料对电磁波的反射与透射

在实验室坐标系下由Maxwell旋度方程出发构造了横向场的状态矢量和耦合矩阵,讨论了各 向异性介质中的特征波.通过引入横向场的传播矩阵,进而得到分层各向异性介质的反射系数和透射系数的解析表达式.该式可以适用于一般情况,包括分层单轴各向异性材料和回旋介质,以及半空间各向异性介质的反射和透射问题. 关键词： 广义传播矩阵 各向异性介质 反射与透射     

非均匀随机散射介质层的多次散射和热辐射的分层迭代解

为纳入矢量辐射传输方程的多次散射，将非均匀平行分层分布的随机散射介质划分成多个薄 层，利用各薄层的低阶Mueller矩阵解推导出整层的高阶散射迭代解.用这一方法计算了具有 占空比、粒子大小和温度廓线非均匀分布的平行分层随机密集球形粒子积雪层的极化热辐射 .数值结果与一层均匀随机散射层的离散坐标-特征值方法作了比较，讨论了多次散射和热辐 射与散射层各特征参数的关系，与积雪层微波遥感数据进行了对比. 关键词： VRT方程 平行分层 高阶散射解 迭代解     

金属Ag包覆介质球的FCC结构反射特性研究

用转移矩阵方法研究了由核壳（Core-Shell）结构组成的面心立方在可见光和近红外波频域的反射特性.考虑金属介质的色散特性,计算了壳层厚度对禁带的影响及沿与ΓL方向成一定角度θ时的反射特性曲线.研究发现,当包覆层厚度d小于0.08倍的这种核壳结构的半径时,随d增大低频域第一反射峰的位置“蓝移”;并且金属厚度大于该阈值时基本无变化.而在同一包覆层厚度,随入射角度θ 增大低频域的第一反射峰逐渐“蓝移”;在θ =40°时第二反射峰突变.     

金属Ag包覆介质球的FCC结构反射特性研究

用转移矩阵方法研究了由核壳(Core-Shell)结构组成的面心立方在可见光和近红外波频域的反射特性.考虑金属介质的色散特性,计算了壳层厚度对禁带的影响及沿与ΓL方向成一定角度θ时的反射特性曲线.研究发现,当包覆层厚度d小于0.08倍的这种核壳结构的半径时,随d增大低频域第一反射峰的位置"蓝移";并且金属厚度大于该阈值时基本无变化.而在同一包覆层厚度,随入射角度θ 增大低频域的第一反射峰逐渐"蓝移";在θ =40°时第二反射峰突变.     

含有负折射率介质层的布喇格镜的光学特性研究

从电磁场理论推导了光波在负折射率介质薄层中的传输矩阵,对由正、负折射率介质构成的全介质布喇格反射镜的反射带宽和角度特性进行了分析和讨论,与普通的均由正折射率介质构成的布喇格反射镜的相应特性做了对比,并根据薄膜理论对研究结果作了解释.结果表明含有负折射率介质的布喇格全反射镜的反射带宽和角度特性均优于普通由正折射率介质构成的布喇格镜.     

在介质内表面处柱面波的反射和减反射

应用转移矩阵法研究柱面介质内表面处柱面波的反射,发现在小半径内表面上的反射为全反射,当半径较大时,它只是部分反射.这种特性对于设计光源和小半径接收器有用.同时研究了柱面波的柱面多层减反射涂层,发现这些涂层不能应用通常的四分之一膜层设计,在此基础上叙述了新的设计原理.     

一维光子晶体禁带调制的几种方法

基于传输矩阵法用Matlab软件对TiO_2-SiO_2光子晶体的反射谱进行了模拟.在介质层光学厚度满足四分之一膜系条件下,研究了入射角、介质厚度和光子晶体周期数对禁带的影响,并给出了通过改变这些参量实现对禁带调制的方法.     

水下均匀材料复合层吸声特性研究

本文对水下阻尼板和其它介质层复合的多层吸声和结构吸声，反声性能进行了研究，利用各层界面压力，振速的四端网络矩阵及层间边界条件导出吸声结构表面阻抗和反射系统数随频率的变化关系，数值计算分析了不同边界条件，多种层以及改变各层参数情况，反声，吸声系数的变化，发现多层结构中厚的水层引起强烈的共振反射峰，并提出了抑制共射的方法。     

基于鞍点法与互易性的远探测波场模拟*

声波远探测中波场是非轴对称的,采用数值算法计算波场会耗费大量时间,无法满足实际测井数据实时处理的需求。为了解决这一问题,该文采用解析法分别计算辐射场和井外界面反射波激发的井内响应。首先利用鞍点法获得井内声源的远场辐射波场,并与实轴积分获得的精确结果进行比较验证解的正确性。然后将反射波等效为集中力的辐射波,利用集中力与井内声源的互易关系获得反射波激发的井内波场解,该解答与有限差分模拟结果一致。该方法为远探测的正演模拟和远探测结果的及时评价提供了有效手段。     

柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟

因钻井作业时泥浆侵入等因素,井外介质沿径向常呈现非均匀性。本文将地层视为柱面分层孔隙介质,采用传递矩阵法模拟声波测井波场。注意到慢纵波波数的实部和虚部都很大,当井外含大厚度层且频率较高时,易因计算大自变量的Hankel函数而溢出,我们在波场表达式中引入了归一化的Hankel函数。论文将前人模拟关于柱面分层固体弹性介质声波测井的广义反射/透射系数计算方法推广到了分层孔隙介质情况,导出了波幅系数的计算公式,并针对含侵入带的柱面分层孔隙地层,计算了声波测井全波波形。      

Seismoelectric waves in a borehole excited by an external explosive source

The conversion of energy between seismic and electromagnetic wave fields has been described by Pride’s coupled equations in porous media. In this paper, the seismoelectric field excited by the explosive point source located at the outside of the borehole is studied. The scattering fields inside and outside a borehole are analyzed and deduced under the boundary conditions at the interface between fluid and porous media. The influences of the distance of the point source, multipole components of the eccentric explosive source, and the receiving position along the axis of vertical borehole, on the converted waves inside the borehole are all investigated. When the distance from the acoustic source to the axis of a borehole is far enough, the longitudinal and coseismic longitudinal wave packets dominate the acoustic and electric field, respectively. The three components of both electric field and magnetic field can be detected, and the radial electric field is mainly excited and converted by the dipole component. Owing to the existence of borehole, the electric fields and magnetic fields in the borehole are azimuthal. The distance from the point where the maximum amplitude of the axial components of electric field is recorded, to the origin of coordinate indicates the horizontal distance from the explosive source to the axis of vertical borehole.     

孔隙地层井壁上的声波首波及其诱导电磁场的原因

声波测井时孔隙地层中的声波首波平行于井轴沿井壁传播，它既有轴向位移分量，又有垂直于井壁的位移分量.这种以快纵波速度传播的波, 不仅含有由快、慢纵波势给出的梯度场,而且还含有由横波势给出的旋度场.慢纵波势的梯度是渗流位移首波的主要构成成分, 也是声电效应测井响应中存在伴随声波首波电场的主要原因.首波包含有旋度位移场，是存在伴随声波首波磁场的原因. 关键词： 孔隙介质 声波首波 诱导电磁场 测井     

各向异性扩散滤波远探测声波测井图像降噪方法*

声波远探测测井技术近年来在复杂油气藏的构造识别和储层评价中发挥着重要作用。该技术利用来自井外的反射波对井旁地质构造进行准确成像,但由于反射波具有幅度低、受幅度强的井孔直达波干扰等特点,实际数据提取到的反射波信噪比往往比较低,需要对反射波进行降噪处理。非线性各向异性扩散滤波能够在滤除图像噪声的同时保留图像边缘及细节等信息,在地震数据处理和医学图像去噪中都有广泛应用。该文从各向异性扩散滤波的基本原理入手,将提取到的井外反射波信号当作图像,采用不同扩散张量进行处理,通过含噪声的模拟数据处理验证了该方法的处理效果并建立起适合于远探测测井的数据处理流程,实际远探测数据处理结果进一步表明其具有较好的应用前景。     

基于邻井反射的偶极横波远探测验证方法

偶极横波远探测技术已成为探测井外地质构造的一种重要测井技术,需要针对偶极横波远探测的验证迫在眉睫。本文利用三维有限差分数值模拟方法,对比和分析了地层界面和相邻充液邻井产生的反射横波幅值的差别,结合现场实例,提出了偶极横波远探测成像测井的验证方法。在此基础之上,进一步分析了不同反射邻井结构时,反射横波幅度的变化情况,结果表明,采用多井联合方式可以有效的增加反射波的幅值,减小非共面产生的散射效应影响。最后,初步建立了两口试验井,测试数据处理结果与理论分析结果吻合,为下一步实验井方案的优选和完善提供了理论和数据支持。     

Scattering and active acoustic control from a submerged piezoelectric-coupled orthotropic hollow cylinder

A general exact analysis for three-dimensional scattering of a time-harmonic plane-progressive sound wave obliquely incident upon an arbitrarily thick bilaminated circular hollow cylinder of infinite extent, which is composed of a cylindrically orthotropic axially polarized piezoelectric inner layer perfectly bonded to an orthotropic outer layer, is presented. An approximate laminate model in the context of the so-called state space formulation along with the classical T-matrix solution technique involving a system global transfer matrix is employed to solve for the unknown modal scattering and transmission coefficients. Numerical example is given for an air-filled and water-submerged two-layered elasto-piezoelectric hybrid (steel/PZT4) hollow cylinder insonified by an obliquely incident unit-amplitude plane sound wave. Following the acoustic resonance scattering theory (RST), the total form function amplitude together with the associated global scattering, the far-field inherent background, and the resonance scattering coefficients of the nth normal mode are computed as a function of dimensionless frequency for selected angles of incidence, piezoelectric layer thickness parameters, and electrical boundary conditions (i.e., open/closed circuit or active). Also, the electrical voltage coefficients required for partial or complete cancellation of the reflected sound field are calculated. Limiting cases are considered and good agreements with the solutions available in the literature are obtained.     

Effect of a mudcake on the propagation of stoneley waves in a borehole

The problem of detecting a permeable stratum blocked by a mudcake with the help of acoustic measurements inside a borehole is considered. Different physical models of the mudcake are compared: in the form of a highly viscous liquid layer, in the form of a soft elastic shell, and in the form of an elastic shell fixed in an arbitrary way to the borehole walls. Numerical calculations are presented for the wave field in a borehole.     

圆弧片状声源向地层中辐射声场的有限差分模拟

提出了一种可用于随钻声波测井的非对称的圆弧片状声源,旨在发展一种能够在钻井过程中精确确定反射体位置的三维反射声波远探测方法。研究了在复杂的井孔条件(钻铤偏心、各向异性和不规则井孔形状)下,该声源向地层中辐射的声场的特征,进一步分析了不同井况条件对三维随钻远探测声波测井的影响。数值模拟结果表明,在圆形井孔、钻铤居中条件下,无论快速地层还是慢速地层,圆弧片状声源均能够向地层中定向辐射声波信号,其辐射指向性图主瓣3 dB角宽窄,旁瓣级低,方位分辨率较高,适用于随钻三维反射成像测井;井壁粗糙程度、地层各向异性等因素对声场特征影响不大,说明该方法适用于粗糙井壁和各向异性地层情况;钻铤偏心和井壁一侧的破坏对辐射声场的影响较大。对本文的模型而言,在破坏深度小于3 cm或者偏心距离小于2 cm时,声场仍有较好的方位特征,该方法仍然适用。而当破坏深度大于6 cm,声场指向性图出现多个幅值较大的角瓣,可能无法利用其确定反射体的方位。本文的研究结果为三维随钻反射声波仪的设计和研发提供了必备的理论基础。      

Acousto-electric well logging by eccentric source and extraction of shear wave

The nonaxisymmetric acousto-electric field excited by an eccentric acoustic source in the borehole based on Pride seismoelectric theory is considered. It is shown that the acoustic field inside the borehole, converted electric and magnetic fields and coupled fields outside the borehole are composed of an infinitude of multipole fields with different orders. The numerical results show that both the electromagnetic waves and the seismoelectric field in the borehole, and the three components of both electric field and magnetic field can be detected. Measurements on the borehole axis will be of advantage to determining shear velocity information. The components of the symmetric and nonsymmetric acoustic and electromagnetic fields can be strengthened or weakened by adding or subtracting the two full waveforms logged in some azimuths. It may be a new method of directly measuring the shear wave velocity by using the borehole seismoelectric effect.