复杂地表起伏多重变加密网格有限差分法波动方程数值模拟

常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10^-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。     

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。     

粘弹性介质中跨孔波场的交错网格有限差分法正演模拟

井间地震正演模拟技术是研究地震波在井间传播规律的重要手段之一,可以帮助认识井间地震的复杂波场.从二维井间地震波传播波动方程出发,结合初始、边界条件,推导出了交错网格任意偶阶精度差分格式,阐述了非均匀差分网格的实现方法.在此基础上,编制了跨孔波场交错网格有限差分正演程序,并应用该程序对半空间粘弹性跨孔模型进行了正演计算,得到了震源在不同位置时的波场快照及地震记录图.这对于跨孔模型波传播规律的研究,具有重要意义.     

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.     

黄土塬区延安组煤层地震响应特征物理模拟研究

针对黄土塬区延安组煤层地震响应复杂问题进行地震物理模拟研究。首先,研发适用于黄土塬地表干黄土层和煤层的模型材料,经过多次试验,最终选用在硅橡胶中添加硅气凝胶粉末的混合材料模拟疏松黄土塬地表层,选用在硅橡胶中添加超细碳粉的混合材料模拟低速低密度煤层;通过模具控制层位、逐层浇筑、三维雕刻起伏地层等方法,制作黄土塬区典型地质结构的三维地震物理模型,并开展地震物理模拟及地震成像分析。结果表明,延安组煤层与围岩较大的波阻抗差异形成较强的反射振幅,对下部地层的成像有较强的屏蔽作用;较厚的多组煤层之间会形成层间多次波,影响下伏地层的成像。用地震振幅属性对煤层进行刻画时,计算时窗大于40 ms更有利于煤层识别,但由于煤层存在调谐效应,用地震属性预测煤层厚度存在一定陷阱。      

地质条件复杂地区瑞雷波勘探正演模拟

为研究复杂地质条件对瑞雷面波频散曲线的影响,采用有限差分地震数值模拟方法,对3种模型进行正演模拟,得出了某一时刻的波场快照与单炮记录。对模拟记录进行频散分析的结果表明:单层均匀介质没有频散现象;起伏地表两层均匀介质的频散曲线相速度只和介质本身的参数有关,不受地形的影响;水平地表含软夹层介质中,瑞雷波频散现象非常明显。      

黄土塬区地震勘探技术发展现状综述

黄土塬区的地震勘探技术长期以来一直被认为”世界级”难题,其主要原因有三：一是黄土塬区复杂的地貌条件,即沟、梁、塬、峁、坡、川并存;二是复杂的地表条件,即沟壑纵横施工困难;三是复杂的表浅层条件,即地震波难以激发且能量衰减严重等。在具体分析我国黄土塬区资源分布状况与勘探实践的基础上．对黄土塬区地震勘探数据采集与资料处理的一些技术难点进行了阐述,指出今后在黄土塬区开展地震勘探工作,应从粘弹介质、连续介质的角度．进行地震波激发与传播规律的研究,从地震正演模型和室内模拟的角度,进行黄土塬区的资料采集和处理方法研究,同时要注重引进新技术,加强储层物性横向变化的预测研究。     

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。     

非均匀介质中地震波传播的数值模拟

地震波场数值模拟方法多种多样,各种方法都有各自的特点.这里推出一种全新地震波场模拟方法--基于Forsyte广义正交多项式的迭积微分算子法,该方法将计算数学中的Forsyte多项式,应用到地震波传播的数值模拟中,它同时具有广义正交多项式迭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.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.将该方法的计算结果与傅氏变换伪谱法、错格高阶有限差分法相比较,结果说明,该方法在波场模拟方面具有较好的发展潜力,并具有自身独到的优越性.     

基于高阶有限差分纵横波分解的弹性波数值模拟

常规弹性波数值模拟方法得到的VSP波场信息中,P波和S波是相互耦合在一起的,波场信息复杂,在进行多波多分量地震波场特征分析时需要进行波场分离。这里采用纵波、横波解耦的弹性波波动方程高阶有限差分算法进行数值模拟,并采用PML边界条件处理人工边界条件,得到纵波、横波解耦的独立VSP纵波、横波记录,为进一步研究弹性波VSP波场特征奠定了基础。     

波场延拓法VSP正演模拟

波场延拓法模拟VSP,可以根据具体情况的需要同时对上、下行波场进行模拟,也可以只模拟上行波场或下行波场。对多次波能够有效地控制,通常在只关注一次波的情况下,可以不对多次波进行模拟。该方法相对其他波动方程正演模拟方法,有更高的计算效率。采用分步Fourier法延拓波场,既保证了延拓过程的稳定性,又不失较为复杂模型的模拟精度。模型试验表明,该方法能够有效地对VSP波场进行模拟,模拟的结果正确、可靠。     

近地表散射体波场特征分析及成像

研究近地表散射波基本特征,确定散射体的位置,有助于地震成像,进而进行勘测规划,避免地质灾害。为研究近地表异质体波场特征,利用高阶有限差分数值模拟技术和扰动理论方法,模拟了浅地表散射体的波场记录,分析了近地表散射波基本特征;通过引入逆时偏移成像技术利用散射波场作为外推波场,定位了近地表散射体。数值计算结果表明:面波散射能量强于体波散射,正向散射波能量强于逆向散射;散射波逆时偏移对近地表散射体可精确成像,近地表散射体可看作为一个二次震源,增加了近地表照明。利用散射波场可提高近地表速度反演精度和地震成像精度。     

复杂模型高精度数值模拟研究

通过对声波方程采用二阶有限差分与四阶有限差分近似,进行数值模拟及波场分析,边界条件利用吸收边界和增加衰减带混合使用的方法。计算结果表明,四阶有限差分的精度明显高于二阶有限差分,并且边界吸收效果好。对于单炮记录难于模拟复杂模型的情况下,实现了单次叠加剖面和爆炸反射面的零炮检距剖面,并进行了偏移处理。地震剖面更加清晰地反映了复杂构造的信息,更好地实现了对复杂地质模型的正演模拟。     

复杂地表条件下地球物理场数值模拟方法评述

在将起伏地表、复杂近地表构造以及复杂近地表岩性的任意组合统称为复杂地表的一种广义诠释下，分别对近地表岩层或土层的数学物理模型以及对地震波场、电磁波场、稳定电流场、重力场和磁力场在复杂地表条件下的数值模拟方法进行了分析和评述。结果表明，近地表数学物理模型并不是越复杂越好。实践中，要根据计算量以及所要解决的地质问题综合考虑。目前所用到的诸多数值模拟方法，如有限差分法、有限单元法、广义有限差分法、伪谱法、积分方程法和射线法等各有千秋，只要应用得当都能得到正确的结果。作为非网格法代表的积分方程法在对复杂地表和模型内边界的精确描述方面要优于以有限差分法为代表的网格法，而网格法在对模型的适应程度上要优于非网格法。传统的几何射线法在经过一定的修改和补充后，例如加入自由界面转换系数、采用几何绕射理论和Maslov方法，即可用于解决复杂地表条件下的波场数值模拟问题。对于重力场和磁力场，其在起伏地表条件下的空间换算（转换）问题在实质上也是一种正演问题，可纳入到复杂地表数值模拟的框架内去理解和处理。虽然国内外的研究者在复杂地表数值模拟领域内已经做了大量的工作，但离实际应用还有很大的距离。     

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。     

高阶交错网格有限差分弹性波场模拟的精度分析

交错网格波场数值模拟是目前地震正演中广泛使用的方法,为对比分析不同阶数的差分格式下产生的计算效率和精度差异,重新推导了弹性波方程的4种时间4阶、空间2N阶的差分公式及系数,并计算了他们的稳定性条件。利用这4种差分格式进行弹性波场数值模拟,对比分析了波场快照、合成地震记录及CPU时间。结果表明:时间4阶、空间6+6阶精度的交错网格有限差分方法在进行地震波场数值模拟时具有较高的计算精度和计算效率。      

黄土塬区多道瞬态面波数据采集试验分析

为了将多道瞬态面波探测方法更好地应用于地质调查工作中,文中开展了黄土塬区多道瞬态面波的数据采集参数论证研究。通过采用不同的震源激发,对数据采集的接收道数,道间距,最小偏移距等参数进行对比,分析了不同采集参数对数据质量的影响,进一步给出了确定黄土塬区的多道瞬态面波数据采集方法和参数的一般原则。实际资料的处理成果较为精确地反映了工区近地表的速度结构和黄土类型特征,表明了本文数据采集参数选择方法的合理性,为该方法在黄土塬区地质调查中的应用奠定了基础。     

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

VSP高斯射线束法叠加成像

叠加是地震数据处理的核心环节,可以有效地压制噪声提高信噪比。在VSP地震勘探中,常规的叠加方法在复杂构造中成像精度受到极大的限制。文中采用高斯射线束方法对复杂构造进行正演模拟,将得到的波场特征与实际资料波场特征进行对比,调整参数获得合适的速度场;在叠加过程中采用逆高斯的思想,对实际地震资料共炮集数据进行反射波场归位,得到共反射点道集数据,选择合适的面元尺寸进行叠加获得复杂构造的叠加波场特征。通过大量模型测试,VSP高斯束叠加方法可以有效地反演地下结构特征。应用该方法对M地区进行成像研究,结果表明该方法能够准确反演地下结构特征,为数据处理与解释提供依据。     

碳酸盐岩储集层模型数值模拟与分析

碳酸盐岩储层作为油气勘探领域中的重要研究目标,其波场特征变化极为复杂,为提高对该类储集层多波地震资料的认知度,高精度数值模拟是行之有效的方法之一。这里在各向同性弹性波方程基础上,推导了纵波、横波分离方程,运用高阶交错网格有限差分技术与PML边界吸收技术,高精度模拟地震波在碳酸盐岩储层中的传播,得到了该类储层模型中的弹性波全波场,也分离出纵波信息和转换波波场信息,并保留了各自能量信息。同时结合AVO技术分析了弹性波在碳酸盐岩储层中AVO响应特征,并通过对储层理论模型进行试算,分析研究该类储层中的波场响应特征及传播规律,为碳酸盐岩储层的识别与预测提供参考依据,更能满足复杂油气田勘探开发的实际需要。