界面波传播规则的多样性或不规则性——反射波、折射波判读目标体存在偏差的原因探讨

文章依据机械波的实质即机械波是介质质点的运动,以及运动与力的关系,说明机械波的传播具有方向性;利用惠更斯——菲涅尔原理和介质中质点间的连结作用说明机械波的传播具有扩展性.在这两个思想观点上,深入分析研究入射波在界面激发产生的力的方向状态的不定性,从而证明在界面反射波、折射波(透射波)产生和传播不存在固定、唯一的规则:1一方向的入射波在界面产生的反射波、折射波(透射波)是一定大小角范围的区域,在这波区域中,波的传播有一个主要的方向,即主波;2主波方向,不仅与入射波的方向有关,也决定于界面的性状.相同入射角,不同界面性状,反射波、折射波(透射波)的主波方向不同;3反射波、折射波(透射波)的扩展性传播和主波方向随界面性状的不确定性,使一定性状的平整界面,反射波有多同相轴的特点,最先的同相轴对应最短或较短的路径;性状不一或不平整的界面,反射波会有较弱的同相轴和排列、强度都不规则、杂乱的后续波;4产生沿界面传播的折射波不只有一方向的入射波,只要有足够的击发能量和一定的界面条件,就可能产生折射波,所以折射波存在着"阶次性".因为反射波、折射波(透射波)传播的不规则性特点,所以,用唯一规则来判断探测目标体,就会产生偏差.本文给出了反射波、折射波"最短路径"的观点,由"最短路径"计算判断目标体应更接近实际.但"最短路径"在不同入射角范围内是有所差异的.在较小的入射角范围内,"最短路径"的反射波、折射波接近于垂直地面或垂直地面;随入射角的增大,"最短路径"的反射波、折射波的出射角有所增大.因此,在勘探工程中,计算判断目标体,应随入射角的增大,适当调整反射波、折射波出射角的量值.波传播与质点的运动和力的关系,在一定意义上也说明了地震勘探击发的方式和能量与波形式的关系.     

断裂带首波研究进展

断裂带首波是沿着存在物性差异界面传播的一种地震折射波,在传播过程中携带了断裂带的重要信息,对分析和研究断裂带以及附近区域的精细结构提供了一种新的分析方法。本文主要阐述断裂带首波的产生原理、波形特征、识别及分析方法等,介绍目前国际上识别及利用断裂带首波开展断裂带特征方面的研究现状,并针对地震危险区域存在物性差异的断裂带,提出可结合密集台阵观测技术,利用断裂带首波进行断裂带精细结构探测及其变化监测研究,提高潜在孕震环境及发生机理的认识水平。     

来自海底高速层径向波的理论地震图研究

本文利用各向异性反射率技术计算理论地震图,提出海底高速薄层会产生沿高速层水平传播的波（简称径向波）,这种波在水层中作为P波,在固液界面激发下行横波,该均匀横波以临界角入射高速薄层,在层内作为超临界角的非均匀横波水平传播,再以临界角转换为上行传播的均匀横波,最终在固液界面上行透射转换为水层中P波.高速薄层传播的径向波不同于界面折射波,也不同于具有频散的面波和通道波.理论地震图的研究表明,径向波具有线性时距,能与海底强反射具有同等振幅水平;径向波有其振幅、时距位置和斜率这些观测记录参数,分别对应高速层的厚度、深度和近似的横波速度;径向波可以克服折射波解释中遇到的振幅强弱和高速层速度等困难.径向波可作为探测海底高速薄层的有力工具,对于研究高速层屏蔽、海底反射类型的多样性和相应的资料处理解释有重要意义.     

复杂层状模型中多次波快速追踪——一种基于非规则网格的最短路径算法

使用不规则网格单元划分下的最短路径算法,结合分区多步计算技术实现了二维和三维复杂层状起伏介质中的多次透射、反射及转换波的追踪计算.其原理是将模型按速度界面分成若干个独立的计算区域(在速度界面和起伏地表处采用一种不规则网格单元划分),采用分步计算技术进行多次波的追踪计算.通过与有限差分下快速行进法的比较,表明无论是计算精度还是CPU时间,不规则最短路径算法均好于快速行进法算法.最后,实例模拟中给出了二维、三维复杂层状模型(包括Marmousi模型及含低速体的模型)中的多次透射、反射及转换波的追踪计算,验证了不规则最短路径算法的功能.     

平面波产生的侧波

一、引言 側波,在地震勘探中常称为折射波,在一般的文献中又常称为首波。“折射波”这名称易和普通的折射波相混,“首波”从其含义說又沒能包括和其本属同一范畴的表面側波。但是在理論研究中,把首波和表面侧波放在一起討論比較方便,故这里就采用“侧波”这名.     

非均匀介质全局广义R/T递推传播矩阵法二维SH地震波模拟研究

地球深部圈层及沉积盆地是一种分区非均匀介质系统,其中不规则地层边界(含起伏地表)对地震波的主要特征有显著影响,而地层的随机非均匀性则主要影响地震波的散射和衰减特征.为了精确刻画不规则地层边界对地震波的反射、透射效应以及非均质体散射引起的地震波衰减效应,全局广义R/T递推传播矩阵法(GGRTM)被提出并逐步发展成为继有限元和有限差分方法之后的另一种复杂介质高精度地震波传播半解析求解方法.在已有的此类方法中,不规则边界均匀地层GGRTM法的优势在于对不规则地层边界的反射和透射效应的准确模拟,而非均质地层薄板化GGRTM法则能准确描述非均质体散射对地震波衰减的影响.本文吸收这两种已有方法的优势,提出了一种考虑非均匀介质、不规则边界的全局广义R/T递推传播矩阵混合方法,并将其用于对边界不规则、层内非均质的复杂模型的二维SH波场模拟.随后在本文方法与边界元法对比研究的基础上讨论了方法的模拟精度.研究结果表明本文提出的混合法是一种解决复杂模型高精度地震模拟的有效方法.     

天然地震转换波偏移成像方法

当地震波在层状介质中传播,P波通过速度界面时,会产生PP型折射波和PS型折射转换波．本文利用PS转换波与初至P波的到时差,提出一种不需要拾取P波和转换波震相的转换界面偏移成像方法．文中对三种不同的理论模型,在正演计算的基础上,采用了上述方法进行数值计算,计算结果表明,这种方法能够确定转换界面的位置和形态．这一方法的实现将有利于利用天然地震资料研究地球深部结构。     

虑传播效应的多波保幅AVO正演(英文)

传统的AVO正演只考虑了单一界面的反射系数对地震波波场振幅的影响,忽略了地震波在介质中传播的各种传播效应。通过引入地震波在介质中传播的几何扩散、吸收衰减以及透射损失等传播效应,提出了基于射线理论的水平层状介质多波保幅AVO正演方法。推导了水平层状介质多波几何扩散校正公式,来描述多波在介质中传播的几何扩散效应。通过直接引入复旅行时,而无需借助复速度,建立了复旅行时与品质因子的关系,来描述粘弹介质的吸收衰减。直接求解Zoeppritz方程计算多波的透射系数,用于描述多波在介质中传播时的透射损失。数值计算表明,几何扩散、吸收衰减以及透射损失对多波振幅的影响是随偏移距变化而变化的,多波保幅AVO正演需要考虑波传播效应对反射波振幅的改造。     

转换型折射波传播规律及其在转换波静校正中的应用研究

纵波震源激发、三分量检波器接收的三分量地震勘探技术是解决复杂油气藏勘探的有效手段.在三分量地震勘探资料处理中,转换波资料处理尤为关键,转换波资料处理的难点之一是转换波静校正.研究了非转换型折射波和转换型折射波传播规律,发现形成PPS转换型折射波的有利条件是上覆介质横波速度比下伏介质横波速度要小很多,提出了基于PPS转换型折射波的转换波静校正方法,并对实际三分量地震资料进行了处理,转换波静校正取得了较好的效果.     

求解3D弹性波方程的并行WNAD方法及其TI介质中的波场模拟

准确模拟TTI介质中弹性波的传播是研究地震各向异性、AVO反演的基础. 在二维加权近似解析离散化(WNAD)算法的基础上, 本文发展的并行WNAD算法是一种研究三维横向各向同性(TI)介质中弹性波传播的、快速高效的数值模拟方法. 我们首先介绍三维WNAD方法的构造过程, 然后与经典的差分格式--交错网格(SG)算法进行了比较. 理论分析和数值算例表明, WNAD算法比交错网格算法更适合在高性能计算机上进行大规模弹性波场模拟. 同时, 本文利用并行的WNAD方法研究了弹性波在TTI介质中的传播规律, 观测了TI介质中弹性波传播的重要特征:横波分离、体波耦合和速度各向异性等. 在TTI介质分界面处, 弹性波产生更加复杂的折射、反射和波型转化, 使得波场非常复杂, 研究和辨别不同类型的波能够加深我们对由裂隙诱导的各向异性介质的认识.     

带正则化校正的TTI介质qP波方程及其逆时偏移方法和应用

各向异性研究对地下介质精确成像有着重要的意义,在当前计算机硬件迅速发展及宽方位地震数据采集日益普遍的情况下,成像必须考虑介质的各向异性.逆时偏移是基于双程波动方程的较为精确的数值解的成像方法,所以相对于其他地震成像方法,它具有很大的优势,譬如不受反射界面的倾角限制、偏移速度结构合适时能够使回转波及多次波正确成像.在各向同性介质中,可使用标量波方程来模拟波场.而在各向异性介质中,P波和SV波是相互耦合的,即不存在单纯的标量波传播,通常利用能代表耦合波场中P波分量运动学特征的拟声波(qP波)进行偏移成像.本文中,我们推导出了TTI介质下qP波控制方程.该方程可采用显式有限差分格式进行求解.通过声学近似,若沿对称轴方向的剪切波速度为零,对于对称轴方向不变且ε≥δ的模型来说,可得到稳定的数值解.但对于TTI介质来说,由于沿对称轴方向各向异性参数是变化的,声学近似会引起波场传播及数值计算的不稳定.因此,我们提出了正则化有限横波的方法,很好地解决了这一问题.最后,给出了Foothill模型的测试结果及某探区实际资料试算结果,展示了采用这个方程进行复杂TTI模型正演和高质量逆时偏移成像结果,证实了该方法的正确性和实际资料应用中的有效性.     

热弹性波在流体—固体界面上的反射问题及其基本特征

本文建立了热弹性流体介质中的波方程,指出了该介质中可能传播的两类波,并建立了热弹性P波的概念和基本特征。此外,本文还研究了热弹性波在液体—固体界面上的反射问题,给出了反射系数、透射系数的表达式以及反射热弹性P波、透射热弹性P波和透射SV型S波的基本特征。     

粘滞介质中界面上地震波行为研究

从势位函数角度研究了二维粘弹介质中地震波在水平界面上的反射与透射行为以及在自由界面上地震波的反射现象,并研究了界面上产生折射波的条件,获得了二维粘弹性介质中界面上地震纵、横波的反射与透射系数,并进行了一定的理论计算。     

热弹性波在流体—固体界面上的反射问题及其基本特征*

本文建立了热弹性流体介质中的波方程,指出了该介质中可能传播的两类波,并建立了热弹性P波的概念和基本特征。此外,本文还研究了热弹性波在液体—固体界面上的反射问题,给出了反射系数、透射系数的表达式以及反射热弹性P波、透射热弹性P波和透射SV型S波的基本特征。     

二维SH波方程的半解析解及其数值模拟

本文以波动理论为基础, 半解析化求解地震勘探中常用的SH波方程. 获得的主要结果包括: 给出了二维均匀介质中SH波方程的解析解; 利用Cagniard-de Hoop方法详细推导了二维双层介质中SH波方程的解析解, 获得了透射波的解析解表达式. 同时, 基于SH波方程的解析表达式, 给出了包含各种波(如直达波、反射波、首波以及透射波)的解析解和波形图. 对于比较复杂的积分型解析解, 利用数值积分方法给出了数值结果, 并与优化的近似解析离散化方法(ONADM)和4阶Lax-Wendroff修正方法(LWC)的数值结果进行了比较, 以验证解析解的正确性. 本文的研究成果有望在检验波动方程数值新方法的有效性、波传播理论分析等方面得到应用.     

黏弹各向异性介质中波的反射与透射问题分析

黏弹各向异性介质中传播不均匀波，其反射、透射模式不仅与介质分界面两侧速度对比有关，还与品质因子Q的对比有关. 用伪谱技术模拟黏弹各向异性介质分界面上波的反射、透射，并与弹性各向异性介质、黏弹各向同性介质和弹性各向同性介质的模拟结果做比较. 计算平面波的反射、透射系数，分析介质的黏弹性和各向异性对反射、透射系数的影响. 数值模拟了一个三层介质模型中的波场，分析两个分界面上产生的反射波的特征. 黏弹各向异性介质中，qS波比qP波衰减程度大.     

较复杂介质波场计算中的一种透射边界

传统的人工边界是在声波或弹性波分解为内行和外行分量的基础上设计的.对于较复杂的介质模型（如粘弹介质、弹塑介质、塑性介质模型等）,地震波不能简单地分解为各自满足其运动方程的纵波、横波等成分,且地震波在传播过程中还有衰减现象,因此传统的人工边界已不能有效地用于非弹性的较复杂介质的波场模拟.本文提出了一种适合于更一般的地震模型的波场计算的透射边界条件,并以粘弹介质的一个较简单的二维几何模型为例,通过有限元数值求解这种透射边界和刚性边界下粘弹波的激发和传播,得到地面合成地震记录,证明了这种透射边界用于较复杂介质波场计算是可行的.     

用于不规则界面多层介质的地震波方法比较研究：不规则地形问题

通过研究SH波入射时各种地形的散射，从计算结果的精确性、稳定性和计算效率三个方面研究Aki Larner方法、Bouchon Campillo方法、以及全局广义反-透射矩阵方法（Chen's方法），比较这三种计算具有不规则界面多层介质中理论地震图的离散波数方法. 由于利用了FFT算法，Aki Larner方法速度最快，但由于方法本身受到Rayleigh假设的限制，结果精度最差. Bouchon Campillo方法非常稳定，结果较精确；但其计算效率最低，并且不能正确地处理非常陡峭的地形问题. 全局广义反-透射矩阵方法非常稳定，结果最精确，能够很好地处理非常陡峭的地形问题，并具有适中的计算效率；因此是三种方法中的最佳方法，为计算复杂介质中的地震波动问题提供了十分有效的工具.     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式I：理论

孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen（LAC）广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段.     

南海西南次海盆北缘海底地震仪测线深部地壳结构研究

基于2009年和2011年采集的海底地震仪数据,辅以多道地震数据,对南海西南次海盆北缘的地壳结构进行了探索.利用二维射线追踪的反演方法建立测线上的模型.利用声学基底面的反射波,下地壳顶界面的反射波和莫霍面的反射波走时的反演勾绘了地层中的不连续界面,利用自声学基底面下的折射波和来自上地幔的首波来反演整条测线的P波速度结构...