流固界面波是一种弹性声波，是在两个半无限的流固空间上激发的，沿着流固界面传播的声波。流固界面上传播的波包括了Scholte波、漏瑞利波、纵波和横波。多数文献是从信号，频谱等方面对声场进行研究，本文将直接得出声场分布图，更加形象化的描述声波传播特性。本论文首先建立了半无限介质的流-固介质的流固界面物理模型，然后分别采用傅里叶变换的方法和实轴积分的方法对于半无限介质的流固界面模型进行了公式的推导和特征方程的建立。其次讲述了对于流固界面波声场反演所需要用到的声场知识。根据公式得出了流固界面法向位移和时间的波形图，分析比较了距离声源不同位置的声波波形图。最后反演出了声场，比较分析了不同固体介质声场图形的区别，和同一固体介质，在不同声源的激励下的声场图形的区别。本文所做的工作，为更好的研究流固界面波方面的知识打下了基础，形象化描述声波的传播特性。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪 论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究现状 2
1.3本课题包含的研究工作 3
第2章 流固界面波理论介绍 4
2.1界面波相关知识介绍 4
2.2纵波和横波相关知识介绍 5
2.3本章小结 7
第3章 流固界面波特征方程建立 8
3.1傅里叶变换的方法建立流固界面波特征方程 8
3.2实轴积分法建立流固界面波特征方程 11
3.3本章小结 14
第4章 流固界面波声场特性分析 15
4.1关于快速傅里叶变换 15
4.2波形分析 16
4.2.1 源的选取 16
4.2.2 Z等于0时波形分析 16
4.2.3 Z不等于0时波形分析 22
4.3不同源激励下的波形分析 24
4.3.1 源的选取 24
4.3.2 不同源下Z等于0时波形对比分析 26
4.3.2 不同源下Z不等于0时波形对比分析 28
4.4声场的反演 30
4.4.1不同固体介质下声场分布的比较 30
4.4.2不同
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源下声场分布的比较 32
4.5本章小结 34
第5章 总结与展望 35
5.1总结 35
5.2展望 36
参考文献 37
附录A 波形程序 40
附录B 声场程序 42
致谢 44
第1章 绪 论
1.1课题背景
1924年，斯通利研究了固固界面波传播特性，首次发现了固固界面波。后来，Scholte[1]对流固界面进行了了研究。近年来，在海洋地质的研究方面和井孔测量方面也运用到了流固界面波方面的知识。
石油天然气的勘测工作与声波测井技术是密切分不开的，而流固界面波声场的知识是声波测井技术的相关知识理论。我国是石油天然气消费大国，我国的石油天然气潜在储存量还有非常客观的，但是探测到的石油天然气储量并不高，而且非常规油气资源占据了不小的比例。声波测井技术[2]是近来非常重要并且非常有效的勘测石油天然气的技术。声波测井技术是利用声波在岩石等介质当中传播的时候，通过幅度的衰减，速度的变化和频率的变化等声学特性来研究一种方法。声波测井技术在过去的几十年里取得了很大的突破，一方面是由于能源勘测工作的迫切需要，另外一方面是由于和井孔声场理论的研究是分不开来的[3]。我国非常复杂的地层结构导致了不利于大型油田的产生，给油气勘测工作带来了极大的困扰，然而这就对声波测井理论的研究有了更高的要求。界面波再声波测井技术的波场部分占据着非常重要的地位，这是因为界面波的幅度相对于体波来说要大的很多，也比较容易被监测和接收到，其次是因为，界面波沿着它传播的方向是不会衰减的，可以用于长距离的传输，这就可以有利于即使在距离声源很远的地方都可以接收到很大幅度的信号。
水体中的泥沙问题是关系民生的问题，测量水体泥沙的问题也是与流固界面波的知识密切分不开的，在韩国举行的2004年国际大坝委员会年会上，大坝泥沙问题[4]被列为了重点问题进行讨论。将巴基斯坦的塔贝拉坝作为例子，泥沙在过去的几十年里，向前推进了29公里左右，泥沙的含量也从过去的0.09增加到了0.48左右，问题非常严重。我国也是泥沙问题比较突出的国家，在我国河流中非常普遍的存在着水体泥沙含量过高的问题，众所周知的，比如我国的三峡工程就面临着严峻的泥沙问题的考验。黄河泥沙流失的问题关系着很多我国民生问题，而这些问题都和泥沙问题有关。这就使得解决水体中泥沙测量的问题成为了监测黄河调水调沙治理效果的重要有效手段和日常水文测量工作的迫切要求。然而传统的泥沙含量采样，分析调查手段，不仅仅调查的周期长，速度缓慢，而且非常不经济和费时间费力气，这时候研究出更加精确有效的泥沙含量的检测理论方法，便具有了重大的实际意义。流固界面波的理论研究是泥沙含量检测方法一个不可或缺的重要组成部分。
基于这些问题，我们就得对流固界面波的研究更加的深入，透彻，也让我们研究流固界面波变得更加的有意义。
1.2课题研究现状
流固界面波这个问题的研究包含了如下的几个方面，首先包括再传播过程中流固界面波的传播特性，流固界面波的接受的方法，流固界面波接收的原理，流固界面波的应用技术，流固界面波的激励方法，流固界面波的激励技术等等的有关内容。
对于流固界面波声场的研究，目前多数都是通过对信号，频谱等方面的研究实现对声场的分析研究，得到声波的相关特性。
对于声波测井技术，近些年来，声波测井对于孔隙地层下的研究中取得非常重要并具有突破性的进展，特别是在震电测井这方面的研究中。声波在孔隙地层中的传播可以诱发电磁场，这由于流固耦合运动和孔道的双电层结构引起的[2]。在1991年，Morgan 和Pride[5]给出了对于这个结构的描述，Pride[6] 也在1994年给出了声电耦合波控制方程组。Pride 和Haartsen[7]在1996年对耦合方程组进行了求解并且给出了平面波的解，Pride 和Haartsen[8] 在1997年计算了由点声源激发的震电波场。2006年，在高频下关威[9]求解了震电波场，在2008到2009年，通过采用时域有限差分法关威等人先后计算了在不同的情况下的震电波场。
对于泥沙含量信息检测[10][11]方面，现在传统的泥沙检测方法有烘干法，比重法，这两种方法的优点是测量的精度很高，结果也很客观，缺点就是测量需要的周期较长，整个测量的过程比较繁琐，实时性比较差。伴随着新技术的研究和推广[12][13]，有了很多间接的泥沙信息测量[14]的方法，比如，同位素法，红外线法[15]，振动法[16]，光电法，激光法[17]，超声波衰减法和电容法[18]。这些方法都可以实现对泥沙信息测量，这些方法也都有各自的优缺点。长久以来，许许多多的科研者在测量方法及信号处理等方面做了大量的研究工作，不断地完善和提高了上述的各种泥沙信息测量方法。因此探索更多精确的、有效的方法和手段对于泥沙检测在测量技术日益提高的今天是非常有必要的。基于流固界面波的泥沙检测方法是一种新的泥沙含量的探索方法。

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