基于Bond变换的裂缝介质波场方位特征模拟及分析

地震波场的方位特征对于裂缝性油气藏的地震预测方法研究有着重要的意义.为使裂缝模型更具一般性,本文基于线性滑动理论和Bond变换构造了两组任意夹角竖直裂缝模型;考虑到波场二维模拟中突出方位特征,依据弹性动力学的基本方程和Bond变换,推导出了含方位角的弹性波传播速度应力方程;使用高精度交错网格有限差分法对几种裂缝介质进行了数值模拟,并分析其波场特征的变化.模拟结果表明,在两组参数相同的任意夹角竖直裂缝模型中,裂缝内夹角各个方位的波场特征变化不明显,各向异性强度较低,裂缝外夹角各个方位的波场特征变化剧烈,裂缝正交时,各处波场特征相近;针对单组裂缝模型,分析了裂缝参数变化对波场特征的影响,总结出了三种波场形态,得出了裂缝垂直面的波场特征与裂缝法向弱度和切向弱度的相对大小有关,从裂缝垂直面到裂缝平行面的波场朝着相同的形态变化,与裂缝参数无关等认识.这些分析结果有助于进一步认识和应用裂缝介质的波场方位特征.     

隧道工程勘察中的超前预报成像方法研究

针对地下工程领域隧道超前预报地震波波场传播与成像中存在的问题,通过数值模拟,构建二维含低速异常的隧道介质模型,研究隧道弹性波场传播规律和异常体边界成像准确性.首先,利用一阶速度-应力波动方程和高阶交错网格有限差分计算方法,导出隧道超前预报数值模拟的稳定性条件和边界条件,对上述隧道模型进行数值模拟,识别波场特征;其次,利用叠前逆时偏移成像方法,对压制噪音干扰后的波场在互相关成像条件下,对隧道模型中的异常体边界进行逆时偏移成像.研究结果表明：采用高阶交错网格有限差分正演获得异常体边界清晰的反射波和角点产生的散射波;逆时偏移算法获得隧道内异常体准确成像结果,从而大大提高隧道超前预报的分辨率与准确性;靠近掌子面单一震源、多道接收观测系统对异常体成像效果最佳,为隧道内高效数据采集提供理论依据.     

自适应极化滤波在地震超前探测波场分离中的应用

在隧道地震超前探测(TSP)数据处理中,波场分离是重要流程之一,波场分离的质量直接影响着成像结果的精度.本文基于有限差分法模拟了二维超前探测数据,利用极化滤波方法分离了来自隧道前方断层构造的反射P波和S波,分析了时窗参数对滤波效果的影响,并用自适应方法确定时窗大小,从而避免了时窗选择的主观性.将方法应用于实测TSP数据的波场分离,模拟数据和实际地震超前探测数据的处理结果表明自适应极化滤波能够有效分离反射P波和S波.     

τ-p变换在隧道反射地震超前预报波场分离中应用的数值模拟研究

本文基于二维有限元数值方法,模拟了复杂条件下隧道内的地震全波波场,分析了隧道地震超前预报中的反射记录中的多方向和多波反射波特征,证实了分离前方有效反射波和其它方向的干扰反射波,以及有效反射波的P波、S波分离在预报准确性中的重要性.基于多个数值模型,研究了τ-p变换进行波场分离的有效性和影响因素.研究结果表明:在隧道前方反射层倾向与隧道轴线交角变化较大范围内(90°～45°),τ-p变换都可以有效的分离多方向和多波反射事件,提取主要来自掌子面前方的有效反射波剖面.来自隧道项、底的缓倾界面的具有双曲时距曲线特征的干扰波和S波的高视速度会对P波的波场分离产生较大干扰;而由于S波的低速和强能量特征,其波场分离受具有双曲时距曲线特征的干扰波的视速度影响较小,且不受P波的影响.     

串珠状溶洞模型介质波动方程正演与偏移

为了揭示溶洞储层的地震波场特征,该文采用相移加插值波场延拓算子,该算子能适应介质速度横向变化和纵向变化、对地层无倾角限制、保振幅且可以避免层间多次波的产生.然后用该算子对根据某地区奥陶系储层溶洞的地质特征所设计的五个串珠状溶洞地质模型进行正演和偏移,并分析波场特征.溶洞储层模型数值模拟的结果揭示了在不同大小、形状、间距、分布位置等情况下溶洞地震波场特征,得出了关于串珠状溶洞介质地震波场特征的一些有意义的结论和认识.     

ulti-azimuth three-component surface seismic modeling for viscoelastic cracked monoclinic media

针对粘弹性裂隙型单斜介质,本文应用高阶交错网格差分法,对其传播快照以及多方位地面三分量记录进行模拟,结果证明了裂隙填充物的性质引起的各向异性与粘弹性性质对单斜介质波场有明显的影响,总结了不同观测方位地震记录呈现出的规律性,这为进一步了解波场在介质中的传播情况,提出更合理的理论模型,提供一种尝试.     

波场模拟中的数值频散分析与校正策略

波动方程有限差分法正演模拟,对认识地震波传播规律、进行地震属性研究、地震资料地质解释、储层评价等,均具有重要的理论和实际意义.但有限差分法本身固有存在着数值频散问题,数值频散在正演模拟中是一种严重的干扰,会降低波场模拟的精度与分辨率.针对TI介质波场模拟的交错网格有限差分方法,本文从空间网格离散、时间网格离散和算子近似等三个方面对其产生的数值频散进行了分析,并结合其他学者的研究成果给出了TI介质波场模拟中压制数值频散的方法与策略：在已知介质频散关系时,对差分算子可实施算子校正;通过提高差分方程的阶数来提高波场模拟精度;采用流体力学中守恒式方程的通量校正传输方法来压制波场模拟中的数值频散;在实际正演模拟时,采用交错网格高阶有限差分方程,不仅在空间上采用高阶差分,而且在时间上也要采用高阶差分,否则只在单一方向上（空间或时间）提高方程的阶数对压制数值频散也不会取得理想的效果.     

粘弹性裂隙型单斜介质多方位地面三分量记录模拟

针对粘弹性裂隙型单斜介质,本文应用高阶交错网格差分法,对其传播快照以及多方位地面三分量记录进行模拟,结果证明了裂隙填充物的性质引起的各向异性与粘弹性性质对单斜介质波场有明显的影响,总结了不同观测方位地震记录呈现出的规律性,这为进一步了解波场在介质中的传播情况,提出更合理的理论模型,提供一种尝试。     

各向同性介质中射线理论与有限差分地震波场模拟方法比较研究

地震波场数值模拟不仅是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,而且是研究地球深部精细构造和地球深部探测的有效工具.射线理论和波动方程理论是地震波场数值模拟的理论基础.射线理论主要刻画地震波在介质中传播的走时场、地震射线等运动学属性;波动方程理论通过求解波动方程来描述地震波在介质中传播的弹性动力学响应(能量衰减、相位特征、偏振属性、以及全波形等).基于波动方程理论的波场数值模拟由于能够引入丰富的波场信息,使得人们对不同介质中地震波的传播过程有了较全面的了解.本文以二维层状均匀介质模型为例,通过射线追踪法和交错网格有限差分法模拟得到的波场快照图、单炮地震记录剖面、合成理论地震图的分析比较,不但对地震波在各向同性层状均匀介质中的传播规律和特点有了深刻的理解和认识,同时又可以相互验证两种不同方法的正确性和有效性.     

基于双程波动方程的多次波照明分析方法研究

地震照明分析是地震数据采集和实际资料处理解释中的一种辅助手段,指在给定地下地质构造时,采用数值模拟的方法模拟出地震波在地下介质中的能量分布形态.自由表面相关多次波是海上地震数据中重要的波场信息,传统地震数据处理方法一直都将其视为干扰信息而进行去除,错失了很多有意义的构造信息.本文采用基于时间域有限差分法的双程波动方程进行波场数值模拟,将多次波能量考虑到波场照明中,通过单一透镜盐体模型试算表明,与传统一次波照明相比,多次波照明方法的波场信息更丰富、盐下构造照明更清晰、照明阴影区域更小.将多次波照明分析应用到Pluto速度模型,对比分析可以看出多次波照明分析方法更能适应复杂地质构造目标.通过多次波照明分析方法,我们能够对复杂地质构造的采集系统进行评价和优化,并预测地震偏移成像的质量.     

地震槽波的数学-物理模拟初探

针对地震槽波在低速层的传播特性,开展了煤层内地震槽波勘探的数值模拟和物理模拟研究的初探工作.在数值模拟研究方面,采用交错网格有限差分法对煤层中的地震槽波进行三分量全波场模拟.基于波场快照和人工合成地震记录研究了不同模型中的波场特征和各种波型的传播规律.在物理模拟方面,通过选用不同配比的环氧树脂和硅橡胶类材料构建地震槽波物理模型,利用透射法和反射法观测系统获得了清晰的地震槽波记录以研究槽波的地震学特征.研究表明,在煤层内槽波的地震波场中,Love型槽波的能量小于Rayleigh型槽波的SV分量,大于Rayleigh型槽波的SH分量.相对于Love型槽波和Rayleigh型槽波的SH分量,Rayleigh型槽波的SV分量在围岩中的泄露能量较强.在煤层界面附近的围岩中,地震波仍以槽波形式传播,随着距离的增加能量逐渐衰减.随着煤层变薄,煤层槽波主频向高频方向移动,频散现象增强,传播速度增大.     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式II：正确性检验和数值模拟实验

基于前一篇文章中得到的关于三维层状孔隙介质中弹性波场的积分形式半解析解,本文通过离散波数法开展了数值模拟.将全空间均匀孔隙介质中单力点源和爆炸点源作用下弹性波场的解析解和我们的数值模拟结果进行对比,发现两者是完全一致的.而在一个两层半空间模型下的数值模拟,验证了固相位移Green函数的9组空间互易性情况.通过以上两种对比检验,验证了半解析解理论公式、数值模拟方法以及相应程序代码的正确性和可靠性.随后利用敏感度分析研究了不同的介质参数变化对爆炸点源在界面上会产生的反射波场的影响.通过垂直地震剖面模型的数值模拟,发现弹性波场能很好地反映孔隙介质物理性质的变化,同时也讨论了动力协调这一孔隙介质中的特殊现象.我们发展的基于半解析解的数值模拟方法可以为三维层状孔隙介质中弹性波传播特征的研究提供一种可供选择的有效工具和手段.     

起伏层状介质中曲线网格有限差分法与射线法波场模拟对比研究

针对处理起伏地表(或含地下不规则波阻抗界面)条件下发展起来的地震波场数值模拟算法的模拟结果与解析解(大多数情形下无法得到)无法进行对比,且其有效性和正确性难以验证的情况,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟结果与射线追踪数值模拟结果的正确性和有效性的佐证方法,验证了参考射线追踪法.其中,波场数值模拟中采用曲线网格DRP/opt MacCormack有限差分法,射线追踪模拟则采用分区多步三角网格最短路径算法.通过系统对比上述两种方法得到的波场快照、单炮地震记录,以及合成理论地震图的结果显示,本方法相互作证了两种方法所得结果的正确性和有效性.双层和三层起伏层状模型的对比分析结果表明,这种方法不但可以加深理解地震波在复杂介质中的传播规律,同时射线法的引入为清晰识别和标定地震波场数值模拟中各种不同震相提供了一种便捷的途径.      

地震散射波的高精度数值模拟与振幅分析

随着地震勘探要求和技术的不断提高,散射波地震勘探方法逐渐引起人们的重视,尤其在构造复杂地区的高精度勘探中,散射波理论具有广泛的应用前景.本文在讨论了现阶段几种散射波数值模拟方法的利弊后,设计了一种基于微扰论的FK域积分法,在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面做了改进,其计算精度和效率均得到了提高.此外,采用该算法针对散射波动力学进行了正演模拟试算,从扰动介质空间分布和扰动量两个角度定量地分析了散射波振幅动力学方面的特征.在此基础上得到了五个经验常数,并给出了对应的计算公式和物理意义,通过这五个常数可以划分散射波不同形态的动力学特征.     

隧道反射地震超前预报波场分离方法的数值模拟研究

本文以有限元数值模拟方法为依托,依次从波场快照、地震记录、波场分离、工程实例等四个角度论证了地震波传播规律和波场分离特点.模拟了单界面介质条件下地震波在隧道围岩中传播的全波波场.研究了反射波时距曲线的线性相关系数.比较了τ-p变换和F-K变换的滤波特点.结合工程实例,讨论了这两类线性波场分离方法在提取隧道前方反射波中的可行性和准确性,研究结果表明:当隧道前方地层倾角由直立变为缓倾时,反射纵波和横波的时距关系都能很好的视为线性.地层倾角的改变主要影响反射波走时和视速度.因此,应用τ-p变换和F-K变换进行波场分离,提取隧道前方单独的反射纵波和横波是可行和有效的.但对于缓倾地层,线性变换波场分离的结果存在较大的走时和视速度误差.易误滤除反射信号,需进行偏移处理.     

煤层陷落柱散射波数值模拟与成像

煤层陷落柱是煤田勘探开发中常见的一种典型的非均匀地质体.由于来自陷落柱的反射信号少、反射能量弱,使得基于反射波原理的常规地震成像方法难以有效识别陷落柱.本文以散射波理论为基础,采用数值模拟方法,研究了陷落柱的散射波场特征,研究表明地面接收的波场中含有来自陷落柱陡倾角界面的散射波场.通过共散射点道集波场的模拟,可以清晰地识别散射波,获得地下散射点和非均匀地质体的信息,判断散射点的位置,从而勾画出不均匀地质体的形态.采用等效偏移距假设抽取共散射点道集,在此基础上进行叠前偏移,对陷落柱成像;模拟与实际数据成像结果对比表明此方法能够合理地提取散射点的散射波场信息,对陷落柱形态及内部结构准确成像,是一种有效的煤田陷落柱成像方法.     

塌陷采空区的正演模拟及波场分析

老窑塌陷采空区造成的透水事故严重威胁着大型矿井的生产与安全,探测出塌陷采空区已成为当前三维地震的一项重要研究课题.针对老窑采空区不同的塌陷类型,建立多种不同内部结构的塌陷采空区地质模型。并采用有限差分法数值模拟技术对其进行正演模拟,分析出不同塌陷采空区在生成时间剖面上的波场特征.结合一些典型的工程实例,总结出塌陷采空区在地震资料上的判别标志以及识别特征,为矿井提供出准确的塌陷采空区位置.     

三维井间地震侧面波传播特征及其分离研究

井间地震与常规地震相比具有较高的分辨率,同时波场也更加复杂.利用视速度特征的差异很容易地分离井间上下行波场,根据纵横波偏振特征的不同可将纵横波完全分离,但是针对井间地震侧面波的研究并不多.本文构建高速透镜体和断层模型进行波场数值模拟,通过对三维地震波场的传播特征进行分析可知,井间地震接收的波场既有岩性分界面的响应,还会有侧向地质不均匀体产生的干扰,严重影响成像的质量和精度.经偏振旋转后的T分量记录对物性横向变化较为敏感,综合分析X、Y、Z分量和T分量上不同连井剖面的波场传播特征,可对侧向传播的干扰波进行有效识别,利用线性Radon变换可以在一定程度上将侧面波进行压制,为后续井间地震资料处理提供高信噪比的数据.本文通过理论模型进行试算研究,验证了该方法的有效性,并对理论记录取得了较好的分离效果.     

裂隙型单斜介质中多方位地面三分量记录模拟

针对裂隙型储集层中更具代表性的各向异性介质模型,即在各向同性背景介质中含有两组斜交的垂直裂隙所构成的单斜各向异性介质模型,利用时间和空间上可达任意阶的高阶交错网格有限差分技术,对具有不同裂隙填充物性质的单斜介质中波的传播快照进行了模拟.结果证实各向异性介质中波的传播速度随传播方向的不同而产生明显的差异;裂隙填充物的性质对于速度各向异性具有很大的影响.另外,利用坐标旋转法,对水平层状各向异性介质中多方位地面三分量记录进行了模拟,结果表明了方位各向异性介质中,波的传播速度不仅随入射角的变化而变化,同时也随观测方位的不同而产生差异.数值模拟结果为进一步利用地面多方位地震属性进行各向异性参数的反演及裂隙参数的描述提供理论基础.     

基于中国内陆大孔径地震台阵的Rayleigh面波噪声源分布特征研究

Rayleigh面波地震背景噪声成像技术已被成功运用到全球范围不同尺度的地球内部结构的研究中,并以背景噪声场是时空均匀分布为前提假设.然而真实的噪声源分布的时空非均匀性将导致经验格林函数提取存在偏差,最终影响噪声成像结果的精准性.近年来,噪声源分布特征研究逐步成为提高噪声成像精准度、深化地震背景噪声成像的关键问题.本文利用频率-波束域分析法对中国西北地区的一个大孔径台阵(WuTan Array,简称WTA)在2014全年的垂直分量连续记录做了聚束分析,研究了Rayleigh波噪声源分布特征.结果显示:WTA台阵成功探测到了10～20s周期范围的来自于全球不同方位的Rayleigh波噪声信号,其源区分布具有明显的季节变化特征:冬季集中分布在北大西洋方位,而夏季则转为印度洋方位噪声信号最强.此外,Rayleigh波噪声源区空间分布还表现出一定的频率依赖性,即在较低频段(0.0488～0.0635Hz)在北大西洋、北太平洋、印度洋及西太平洋四个方位均有分布;而在频率较高频段(0.0928～0.1025Hz)则集中分布于西太平洋方位.Rayleigh波噪声源时空分布特征和频率依赖性与海洋活动本身的季节性变化和频谱特征有关.并初步推测本文所观测到的Rayleigh波是由加剧的海浪运动直接作用于海岸、大陆架或海底而激发产生的第一类地脉动噪声信号.