正交各向异性介质中地震记录的有限差分数值模拟

本文首先介绍了正交各向异性介质弹性波动方程的建立过程,然后讨论了高阶有限差分算法的实现原理、算法的稳定性和收敛性以及吸收边界条件的选取,并对正交各向异性介质作了正演模拟。通过波场快照、共炮点地震记录和ＶＳＰ模拟记录等正演分析,结果表明该算法在模拟各向异性介质中弹性波的传播是有效的     

可控力源激发EDA介质中横波分裂现象正演模拟研究

在研究了各向异性介质中波动方程的正演模拟现状的基础上,对波动理论进行了总结,并采用FCT有限差分法对EDA介质中的波动方程进行了数值模拟,得到了EDA介质中横波分裂的波场快照,并对波场特性进行了分析。     

2.5维各向异性介质中多波波场正演模拟与波场分析

完全3维弹性波数值模拟计算时间长,并且占用庞大的计算资源,这不利于在计算机配置不高的情况下进行科学研究,而二维弹性波数值模拟又达不到三维模拟的精度;同时,当模型、波场空间分布比较复杂时,传统的3维波动方程拟谱法模拟结果比较差.因此,在较高数值精度的一阶应力-速度弹性波动方程的基础上,采用傅氏变换仅计算y方向的偏导数,利用有限差分方法计算x、z方向和时间的偏导数,即利用2.5维数值模拟方法,实现在二维介质中计算三维弹性波场.最后通过数值模拟实现了在各向异性介质中多波波场的数值模拟,验证了2.5维方法是一种高精度、高效率、且能适应复杂模型的正演模拟方法,通过波场分析进一步认识了波在各向异性介质中的传播规律.     

裂缝诱导双相HTI介质模型及其弹性波传播方程

将Biot双相介质理论与Gurevich裂缝各向异性理论相结合,建立了能够同时考虑实际裂缝性储层孔隙性和各向异性的裂缝诱导双相HTI介质模型。从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导出了裂缝诱导双相HTI介质中弹性波传播的一阶速度-应力方程,并针对方程的刚性问题,给出了利用显式二阶时间积分法数值求解该方程时所需要满足的稳定性条件。该方程能够定量地给出双相HTI介质的波场特征与裂缝参数、背景孔隙介质参数之间的关系,描述弹性波在这种介质中的传播机理。     

基于PML边界下的弹性及黏弹性TTI介质波场模拟

基于一阶速度-应力波动方程,采用高阶交错网格有限差分数值模拟方法,对弹性及黏弹性TTI介质进行正演数值模拟。模拟时采用完全匹配层吸收边界条件(PML)消除边界反射。同时设计了层状介质模型、断层模型,通过模型的正演计算,得到了不同时刻的地震波波场快照及合成地震记录,分析其波场运动学及动力学特征。模拟结果表明,交错网格有限差分法可以很好地完成对复杂介质的波场模拟,具有较高的精度和可靠性。     

基于卷积完全匹配层的旋转交错网格高阶差分法模拟弹性波传播

从一阶速度—应力弹性波方程出发,基于旋转交错网格,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的有限差分离散格式。阐述了递归卷积复频移完全匹配层(CPML)边界条件的原理,建立了一阶速度—应力弹性波高阶差分CPML边界条件的递推公式。开展了CPML边界中关键参数m、κ和α的选取实验,通过分析反射误差分布图,选取了CPML边界条件中最优参数。全局反射误差与波场快照都说明,CPML较PML对隐失波具有更优的吸收性能。基于Matlab平台,编写了基于CPML边界的旋转交错网格弹性波正演模拟程序,应用该程序对各向异性介质及随机介质进行了模拟,得到了弹性波正演剖面记录及波场快照,通过对正演剖面记录及波场快照的分析,可以更清楚地了解弹性波在各向异性介质及随机介质的传播特性,指导非均匀介质中地震勘探资料解释。     

RVSP弹性波数值模拟及传播特征分析

基于纵波、横波解耦的弹性波高阶有限差分方程和PML吸收边界条件,实现了RVSP观测统中弹性波数值模拟。采用完全弹性波波动方程进行数值模拟,可以得到纵波和横波的混合波场,且波场丰富,符合实际地震波的传播规律。该正演模拟方法纵波、横波自然解耦,产生全波场、纯纵波和纯横波模拟记录。通过对层状介质模型、凹陷模型,以及实际复杂介质模型的RVSP弹性波进行数值模拟,得到各模型不同分量下全波、纯纵波和纯横波的波场,并对弹性波传播特征进行了分析,为下一步的RVSP地震资料处理和解释工作奠定了理论基础。     

二维弹性波动方程F—K正演与偏移

根据Ｈｏｏｋｅ定律，消除应力矢量后得到弹性波动方程位移矢量和波势矢量的非耦合形式递推解，在这个解答中各种类型的波相互分离，但在界面上满足能量守恒定律。正演可变步长延拓；偏移是将震源脉冲和地面记录波场同时下延，然后在每个深度作时间零延迟互相关来完成。由于延拓和成像在频率波数域（Ｆ—Ｋ）中进行，因而算法快速、偏移和正演可方便地扩展到三维空间，能处理各向同性任意非均匀介质中的弹性波。     

碳酸盐岩喀斯特溶洞和裂缝系统的地震模拟与预测

提出了有助于确定碳酸盐岩裂缝带和喀斯特溶洞系统空间分布的地震正演模拟和预测方法。地震正演方法包含两个关键步骤，一是利用弹性波动方程计算含缝洞介质的有效弹性参数，另一步骤是根据有效弹性参数构成的等效地质模型，用单程声学波动方程进行波场延拓。数值模拟和实际地震数据的例子说明，将地震正演剖面与地震偏移剖面相结合进行对比分析有可能识别和预测碳酸盐岩地层中的缝洞发育带。     

准P波方程紧致交错网格井间地震波场模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义.基于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,应用具有无条件稳定性质的紧致交错网格隐式差分格式求解该方程.重点研究了紧致交错网格求解该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的井间地震波场的正演模拟.数值算例表明:紧致交错网格能精准模拟VTI介质中准P波的传播过程,得到高精度的正演结果.一阶准P波方程能以足够的精度描述VTI介质中准P波特征.完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法.     

高阻尼检波器在浅层地震勘探纵波反射法中的应用

在浅层地震勘探纵波反射法中,常规的动圈式检波器抗干扰能力有限,所接收的信号信噪比不高.高阻尼检波器能在信噪比等方面有很大提高,从而使我们的所采集的数据可信度更高更准.阐述了高阻尼检波器的各项性能指标及分析了其应用于浅层地震勘探纵波反射法中可行性和优越性,并介绍了一系列的实验和一个查找断裂构造带的工程实例,通过与其它类型检波器的对比分析,表明高阻尼检波器有较高的精度和信噪比,明显优于常规检波器.     

瞬态面波技术在冲洪积层勘察中的应用

瞬态面波技术具有速度快、精度高、对场地要求低等特点。采用适宜的工作参数和技术方法，在冲洪积层勘察中可较好地了解其物质分布，从而进行场地土类划分及评价、饱和砂土液化分析等，为设计、施工提供各层位物理力学指标等参数，亦为抗震设计提供场地卓越周期等资料，补充和丰富工程勘察资料，提高精度，缩短工程周期。     

双程声波方程逆时深度偏移

从双程声波方程出发,在交错网格空间中推导了地震波逆时延拓的高阶有限差分算子,依据最佳匹配层(PML)的方程分裂思路,得到了一阶声波方程的PML边界条件及其高阶差分格式,采用零时间成像条件和上行、下行波场互相关成像条件,实现了声波方程的叠后与叠前逆时深度偏移。逆时偏移对sigsbee_2b模型理论数据的偏移成像得到了满意效果。     

地震波传播的褶积微分算子法数值模拟

为了解决地震波场数值模拟中的速度与精度的匹配及局部信息与全局信息的耦合等问题, 该文借助新推出的基于Forsyte广义正交多项式的褶积微分算子, 将计算数学中的Forsyte多项式褶积微分算子应用到地震波传播的数值模拟中.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性和优越性.该方法同时具有广义正交多项式褶积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化, 可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.      

跨孔电磁波透视法在荷叶塘高架桥岩溶探测中的应用

荷叶塘高架桥桥位区岩溶强烈发育。为查明各桥墩位置深部岩溶发育的类型、规模,勘察中采用了跨孔电磁波透视法。结合钻探和跨孔电磁波测试结果对该桥桥墩位置深部岩溶发育的规律进行了分析,对跨孔电磁波测试的验证和效果进行了讨论。钻孔验证表明跨孔电磁波透视法探测精度较高。综合分析表明,可应用跨孔电磁波透视法成果作为确定桩基础持力层的辅助依据。     

运用Hartley变换模拟地震波在正交各向异性介质中的传播

在地震传播理论中,地震波场的正演数值模拟一直是研究的热点。而在正演数值模拟方法的研究中,计算精度和计算效率是评价此方法的有效性及优越性的二个关键问题。伪谱法在计算精度与计算效率方面优越性十分明显,常用的有Fourier变换法和Hartley变换法;虽然Hartley变换法在求取导数时较Fourier变换法复杂,但由于Fourier变换法的计算同时涉及复数的实部与虚部,在计算速度和占用内存方面不如Hartley变换法。这里详细地阐述了利用Hartley变换求解正交各向异性介质波动方程的数值方法,并模拟了多种正交各向异性介质模型,对比分析了地震波在各向同性介质与正交各向异性介质中的传播差异。结论表明,该方法能正确、高效、直观地反应地震波在正交各向异性介质中的传播规律。     

利用正演模拟实现面波衰减

瑞雷波是分布在自由表面附近的P-SV面波,具有强振幅、低频、频散的特征,常用于工程物探,而在油气勘探及深部探测中常作为一种"干扰"波,会影响地震资料的信噪比,需要将面波净化处理。为实现面波衰减,本文将工程物探方法和石油物探技术相结合,通过面波频散曲线反演获得高精度的近地表模型,在三维近地表横波速度模型基础上进行面波正演,利用面波模型自适应匹配相减的方法将其减去,在不伤及有效波的情况下将面波的影响降至最低,一定程度上避免了常规面波衰减方法伤及有效波、损失低频弱信息、导致资料有效频带变窄、对地震构造解释及反演造成负面影响等缺点。最后应用实际数据验证了本研究方法的有效性。     

高斯射线束在金属矿产勘探中的模拟

根据高斯射线的方法原理编制程序,结合对中深层复杂构造的地震波场进行模拟研究,获得了高精度、高分辨率的正演记录。所作模型及计算结果显示:高斯射线束正演模拟方法技术不但能够清晰地反映出地层的剖面形态,而且也能反映出复杂的地质构造;同时,对波场(特别是金属矿产中的复杂波场)特征的认识可以提供有用的信息。      

页岩岩屑高精度波速测量的仪器与方法

压裂改造是页岩气开发的关键技术,岩石的脆性评价是储层可改造性的重要参数之一。实验室中通常利用岩芯柱进行波速测量,获得杨氏模量和泊松比以评价页岩的脆性系数。但规则的页岩岩芯很难获得。为此,利用非规则的页岩岩屑,设计并提出了一套基于脉冲回声法的岩屑高精度波速测量的仪器和方法。分析了影响岩屑波速测量精度的主要因素,引入了新针式高频声波探头和新数字信号分析方法,利用脉冲回声法,通过提高采样率和信噪比、使用自相关的方法来提高精度,形成了一套页岩岩屑高精度波速测量的仪器与方法。同时试验结果也与规则岩芯测量结果进行了对比,证实了此仪器与方法的可靠性。     

绕射波信息提取与成像技术研究——以某盆地海相碳酸盐岩为例

绕射波是提高地震分辨率或超分辨率的重要信息载体,绕射波的提取与成像技术是地震勘探提取小尺度异常体的有效途径。基于传统的反射成像的处理过程没有充分地利用到绕射信息,特别是一些常规处理方法通常对绕射信息有着压制作用。为了进一步提高地震资料中绕射波的使用效率,重点研究了在成像道集上采用预测反演算法对绕射波进行提取与成像,并以某盆地海相碳酸盐岩缝洞储层的实际地震资料进行验证。结果显示,就地下小尺度异常体而言,该种绕射波分离成像技术可以较好地将绕射波信息提取出来,对小尺度异常体进行了高精度的重现,具有一定的现实应用价值。