三分量地震波场的近似解析离散模拟技术

首先将二维各向异性介质中地震波动二阶偏微分方程组降为关于时间ｔ的一组一阶偏微分波动方程组，然后利用Ｔａｙｌｏｒ展式和插值逼近的方法构制了一种与有限元法、反射率法、射线追踪法、有限差分法等传统方法不同的近似解析离散方法（ＮＡＤＭ）．对双层各向同性介质以及横向各向同性介质中的三分量地震波场进行了模拟，并与传统的有限差分法作了比较，结果表明ＮＡＤＭ算法可行．     

各向异性问题数值模拟中的交替算法

利用有限差分数值模拟对各向异性在内界面存在的问题进行了研究．首先给出了含有15个弹性参数二维各向异性介质波动方程组的有限差分格式；然后主要分析了在二维横向各向同性情况下，这一差分格式在内界面处切应力的连续性问题．从而提出了各向异性问题数值摸拟中的交换模拟技术，并对理论模型进行了数值模拟．数值计算表明，结果与理论模型的分析是一致的．      

改进的近似解析离散化方法及其横向各向同性波场模拟

通过对原近似解析离散化方法的分析, 给出了改进的近似解析离散化方法, 并在方法误差、存储量和计算量等方面与原方法进行了比较. 给出了三层横向各向同性介质中弹性波传播的三分量VSP合成地震记录. 理论分析和数值结果表明, 改进后的方法比原方法节省存储空间约53%, 计算量减少约30%, 关于时间的计算精度从原方法的2阶提高到了4阶, 且在粗网格条件下, 仍无数值频散. 这说明改进后的近似解析离散化方法更适合于大规模波场模拟.     

保几何特性的全波形层析成像及其在龙门山地区的应用

经典的基于L2范数的波形反演难以克服周期跳跃问题,导致迭代反演往往陷入局部极小值点,无法给出正确的成像结果.根据最优传输理论,文章采用一种新的基于Wasserstein度量的目标函数,该度量能保持分布的几何特性,提升反问题的稳定性与凸性.数值实验表明,基于Wasserstein度量的全波形成像具有更大的收敛半径、更快的收敛速率并能有效克服周期跳跃问题.将此方法应用到龙门山地区,获得了该区域可靠的岩石圈速度模型.成像结果显示,四川盆地结晶地壳楔入高原块体内部,青藏高原东部中下地壳表现出均匀的低S波速度特征,表明中下地壳韧性弱物质流和块体间强相互作用可能共同主导了龙门山的隆升;此外,发现该区域内强震(如汶川、芦山地震)不仅发生在高、低速交界处,还处于正、负径向各向异性过渡带上,加深了对该区域强震孕育机制的理解和约束.     

非均匀介质中地震波应力场的WNAD方法及其数值模拟

通过对近似解析离散化(NAD)方法的分析,给出了一种求解声波和弹性波方程的带权重的近似解析离散化(WNAD)方法,并用WNAD方法、Lax-Wendroff 修正格式(LWC)和二阶中心差分方法计算了二维波动方程初值问题的应力场数值误差.结果表明WNAD方法具有更高的数值精度.用WNAD方法、LWC和四阶交错网格法对二维非均匀介质中弹性波传播的应力场进行了数值模拟.应力场快照和地表地震记录表明,即使是在粗网格条件下WNAD方法的模拟结果仍无可见的数值频散和源噪声.另一方面,由于WNAD方法同时计算了地震位移和梯度场,使得应力的计算更为便捷和精确,而且WNAD方法中波位移梯度局部连接关系的使用使得应力在间断处能够自动近似地满足应力连续性.     

Ricker子波核支持向量回归的Mercer条件拓展问题研究

Ricker子波核支持向量回归方法是消减地震勘探记录强随机噪声的新滤波技术.用判定支持向量允许核函数的Mercer条件探讨Ricker子波核函数的有效性,经过数值计算相应的核矩阵的最小特征值,发现在一个较大范围内存在极小的负值带,数量级为10^-13~10^-16,且在正值带中亦存在10^-13~10^-15数量级的量.考虑到正负极小量值的计算误差机理相近,认为判定核函数有效性的Mercer条件在工程应用时有可能适当放宽,即核矩阵不严格半正定,接近半正定亦可.为了将Ricker子波核支持向量回归滤波方法向实际应用发展,本文对不同的理论模型的Ricker子波核滤波和小波变换滤波、自适应维纳滤波这三种技术的效果进行了比较,包括时域波形、频域振幅谱、滤波前后的信噪比以及均方误差等方面.结果表明,Ricker子波核滤波方法优于另两种方法.为实际应用Ricker子波核滤波方法奠定基础.     

近地表强衰减介质中的地震波传播模型

建立符合油气储层近地表复杂介质强衰减性质的数学-物理模型是油气勘探和开发的重要课题.本文针对D'Alembert黏弹性介质模型存在的量纲不统一和不能充分刻画孔隙介质结构的不足,通过引入孔隙度和渗透率等参数修改耗散项,改进了原D'Alembert模型,获得了能精细刻画具有强吸收衰减特征的近地表复杂介质模型,即改进的近地表黏弹性模型.基于这种改进的模型,推导了波频散和衰减的表达式,并研究了孔隙度、流体黏度等物理参数对波频散和衰减的影响,获得了相应的规律性认识.为了验证新模型预测近地表介质中波衰减的有效性,本文将新模型应用于胜利油田YX工区的近地表实测数据,同时与弹性Biot模型和BISQ模型以及黏弹性BISQ模型进行了比较.结果表明,与其它三个模型比较,改进的近地表黏弹性模型能够很好地刻画近地表介质的强衰减性,而且新模型所涉及到的物理参数明显少于其它几种模型,有利于新模型在油气储层近地表复杂介质地震勘探的实际应用.     

基于非饱和多孔隙介质BISQ模型的储层参数反演

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制．文中基于同时包含这两种力学机制的非饱和多孔隙BISQ模型,利用小生境遗传算法实现了储层参数(孔隙度、渗透率、含流体饱和度等)的反演．结果表明,本文方法在储层参数的反演过程中目标函数收敛快、且具有较强的抗“噪声”干扰性能,当观测噪声ε≤5%时,储层参数的反演精度很高．最后,通过实测数据的反演应用验证了该方法处理储层参数反演问题的有效性和非饱和BISQ模型的准确性．     

Numerical simulation of elastic wave propagation based on the transversely isotropic BISQ equation

Introduction More real models are being developed by the modern seismology. As we all know, the earth is not a simple elastic body. Oil and gas reservoir, ground surface, seashore zone, sea bottom layer, etc, are porous solid media with fluids. It has been confirmed that there are two main fluid flow mechanisms in these media (Dvorkin, Nur, 1993), i.e., the Biot flow mechanism (Biot, 1956, 1962) based on the macroscopic property and the Squirt-flow mechanism (Mavko, Nur, 1979) based on the …     

基于横向各向同性BISQ方程的弹性波传播数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制. 近年来，利用同时处理这两种力学机制的BISQ(Biot-Squirt)模型，弹性波衰减和频散的问题已被广泛研究；然而基于BISQ方程的波场数值模拟尚未见到公开的报道．本文从BISQ方程出发，利用交错网格方法对横向各向同性孔隙介质中不同频率和相界情况，以及双层介质中的弹性波传播进行数值模拟，研究了在同时考虑两种流动机制作用情况下地震波和声波的传播特性及传播过程中出现的各种波动现象．