Construction of constant-<Emphasis Type="Italic">Q</Emphasis> viscoelastic model with three parameters

The popularly used viscoelastic models have some shortcomings in describing relationship between quality factor (Q) and frequency, which is not consistent with the observation data. Based on the theory of viscoelasticity, a new approach to construct constant-Q viscoelastic model in given frequency band with three parameters is developed. The designed model describes the frequency-independence feature of quality factor very well, and the effect of viscoelasticity on seismic wave field can be studied relatively accurate in theory with this model. Furthermore, the number of required parameters in this model has been reduced fewer than that of other constant-Q models, this can simplify the solution of the viscoelastic problems to some extent. At last, the accuracy and application range have been analyzed through numerical tests. The effect of viscoelasticity on wave propagation has been briefly illustrated through the change of frequency spectra and waveform in several different viscoelastic models.     

黏弹介质波动方程有限差分解的稳定性研究

稳定性问题是地震波数值模拟的一个重要问题.基于地震波传播理论,从黏弹介质本构方程出发,对矩形网格下不同黏弹模型波动方程有限差分解的稳定性进行了理论分析,导出了Kelvin-Voigt黏弹模型和Maxwell黏弹模型在任意空间差分精度下稳定性条件的表达式;给出了品质因子Q≥5时的简化式,并通过数值算例验证了理论研究结论的正确性;总结了地震波速度、频率、空间网格大小、差分系数以及品质因子与稳定性条件的关系;通过误差分析给出了近似公式的使用条件.     

任意方向震源二维兰姆问题的一个精确解

均匀弹性半空间表面或内部震源产生的地震波场的解析解属于Lamb问题,采用Cagniard-deHoop方法,对与水平面呈任意夹角的表面线源,求解了其作用于弹性半空间时的拉普拉斯-傅里叶双积分变换解.以δ-脉冲函数为例,给出了任意方向作用力下波场的构成,并定量解出了P波、S波、首波和Rayleigh波等各波的位移表达式,分析了不同作用方向下各波位移的相对大小.建立数值模型并进行数值模拟,模拟结果验证了理论研究的正确性.研究成果为近地表地震波场的研究提供了理论依据.     

基于无分裂复频移卷积完全匹配层边界的黏弹介质勒夫波模拟

本文建立了无分裂复频移卷积完全匹配层(CFS-CPML)吸收边界条件,利用交错网格下的高精度有限差分格式对黏弹性介质中的勒夫波场进行了数值模拟;分析了松弛机制个数对品质因子拟合精度的影响,验证了CFS-CPML边界条件对大角度掠射波的吸收效果．数值结果表明:本文方法所使用的5个松弛机制和空间4阶差分精度,即可在保证计算效率的前提下满足目前理论研究的需要;随着品质因子的减小,频散特征曲线的相速度逐渐向增高的方向偏离理论频散特征曲线的相速度,且各模式的高频能量也随之减弱．本文结果可为发展高精度的面波反演方法提供必要的理论依据．      

基于最佳小波基的地震面波插值方法

在利用实际地震数据中的面波反演近地表横波速度的过程中,若道间距较大、空间采样率不足,则会产生空间假频现象,从而降低频率速度谱的信噪比,影响频散曲线提取的精度以及反演效果,因此需要针对面波进行插值处理。文中提出了一种基于最佳小波基的地震面波插值方法,通过理论分析和实验误差对比在地震数据处理常用的众多小波基中选出适用于插值处理的最佳小波基bior6.8,提高了插值精度。针对面波同向轴为线性且斜率较大的特点,文中首先采用线性动校正的方法对面波进行拉平处理,再进行小波变换插值,最后进行反线性动校正恢复面波。通过对理论模型与实际资料进行插值处理验证了本文方法的有效性,插值后的面波记录波形恢复较好,显著提高了频率速度谱的信噪比,有效解决了面波数据空间采样率不足引起的假频问题。     

基于平均速度分析的近地表纵波速度反演

面波频散曲线对于横波速度、纵波速度、层厚等近地表地球物理参数的敏感度相差较大,现阶段通过频散曲线可以获得较为精确的近地表横波速度与厚度信息,但无法直接对纵波速度进行反演.研究表明,泊松比对于波长(W)-探测深度(D)关系较为敏感.基于这一发现,本文根据频散曲线与反演获取的横波速度结构计算平均速度,获取W-D关系曲线.但合成数据测试证明,因近地表浅层对应的W-D曲线变化较小,且浅层纵波速度反演不准确会使误差累积,直接反演W-D曲线无法获取可靠的纵波速度剖面.本文改进了基于平均速度分析的近地表纵波速度反演方法,在目标函数中加入了对浅层信息较为敏感的W/D-D信息,同时对W-D曲线与W/D-D曲线进行联合反演.合成数据测试证明可以获取较为准确地浅层与深层纵波速度.将该方法应用于实际地震数据中,联合反演得到的纵波速度剖面与微测井数据较为吻合,证明本文提出的方法可以不借助其他信息,仅通过面波频散信息,获取更为准确地近地表纵波信息.     

平面波在粘滞性界面上的反射特征研究

当介质中存在按照一定方向排列的裂隙时，会在该区域形成接触程度不好的界面.当有地震波传播时，界面两侧的质点不再满足位移连续的条件，位移差与该点的应力有关.从而引起质点间的滑动，形成粘滞性界面.界面的这种特性可以用切向柔量和法向柔量来表示，柔量值越大，界面的接触程度和质点位移的连续性都越差.文中详细推导了平面波在粘滞性界面上的反射和透射系数公式，通过数值算例证明了粘滞性界面上的反射系数与入射波频率有关的性质.并说明了界面的粘滞性会在一定程度上影响到反射波的AVO特性.且当平面P波入射时，法向柔量对反射P波和转换波的影响均大于切向柔量的影响.     

基于方位地震数据的地应力反演方法

在页岩油气藏的开发和勘探阶段,需要对储层进行水力压裂改造,形成有利于油气聚集和运移的裂缝.地应力是进行水力压裂改造的重要参数,能够决定裂缝的大小、方向以及分布形态,影响着压裂的增产效果,且最大和最小水平应力差异比（ODHSR,Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio）是评价储层是否可压裂成网的重要因子.本文探讨了基于地震数据估算地应力的方法,以指导页岩气的水力压裂开发.首先,利用叠前方位地震数据反演得到地层的弹性参数和各向异性参数;其次,基于正交各向异性水平应力差异比近似公式,利用反演得到的弹性参数和各向异性参数估算地层的ODHSR;最后,选取某工区的裂缝型页岩储层的叠前方位地震数据对该方法进行实际应用.实际工区地震数据应用表明,基于叠前方位地震数据反演得到的ODHSR能够有效的识别储层中易于压裂成网的区域.     

三参数常Qem粘弹性模型构造方法研究

目前通常采用的粘弹性模型在描述介质品质因子对频率的依赖关系方面存在不足，与实际观测结果不符. 基于介质的粘弹性理论，提出了一种使用3个粘弹性参数在给定频带内构造常Q值粘弹介质模型的数值方法. 该方法较好地描述了品质因子对频率的非依赖性，可以从理论上较准确地对实际介质的粘弹性对地震波场的影响进行研究，相对于其它的常Q模型，本方法减少了所需的参数，简化了问题的求解. 结合数值算例，分析了该方法的精度和适用范围，并通过几种不同粘弹模型中地震波传播时频谱和波形的变化，简要说明了介质的粘滞性对地震波的影响.      

利用多次波和二维匹配滤波的近偏移距数据重构方法

在地震资料采集时,受地表条件、震源等因素的影响,几乎无法采集到近偏移距数据,不利于后续数据的处理。针对这一问题,研究了一种利用多次波和二维匹配滤波的近偏移距数据重构方法。首先给出了由表层多次波构建准一次波的互相关方法;然后在时间-空间滑动窗口内利用准一次波计算二维匹配滤波器,并用该滤波器重构近偏移距数据;最后使用均方根振幅校正方法校正重构数据的振幅。整个数据重构的过程在频率域进行,避免了基于维纳滤波方法求取滤波器的大量计算;同时使用快速傅里叶变换算法,提高了计算效率。与一维匹配滤波的近偏移距重构方法相比,采用二维匹配滤波方法的重构数据在空间上连续性更好。通过对Sigsbee 2B数据的处理及实际资料的测试,验证了该方法的正确性和有效性。