层状弹性介质中地震波运动学问题研究

完全弹性介质中，进行地震波射线追踪时需要确定射线的出射角；在非弹性介质中，除了确定此射线出射角之外，还需要确定另外一个角，即波前面与常振幅平面的夹角──衰减角。基于惠更斯原理，研究了确定射线出射角与衰减角的一种有效方法，进而对层状非弹性介质中地震波运动学问题进行了一定的理论研究与数值计算。     

粘弹性介质地震波传播特征及反射特征研究

理想弹性介质并不能解决许多复杂的实际问题。在实际介质中,地震波的传播过程存在吸收作用,使地震波能量发生了损耗、频带变窄、相位延迟、频率降低,尤其是高频部份。这种特性可以用传播矢量和衰减矢量来表示,衰减矢量越大,介质的吸收越强。这里通过引入广义平面波、纵横波品质因子以及衰减角,利用应力应变关系和连续性条件,推导了粘弹性介质精确的Zoeppritz方程,并通过求解精确的Zoeppritz方程,分析了粘弹性介质中传播矢量、衰减矢量、纵波反射系数、转换波反射系数与频率、衰减角、入射角、品质因子、速度等物理量之间的关系,详细地了解了粘弹性介质中地震波传播特征及反射特征,为粘弹性介质中储层预测问题的研究提供了理论基础。     

Kelvin—Voigt黏弹性介质地震波场数值模拟与衰减特征

利用高阶交错网格有限差分模拟Kelvin-Voigt黏弹性介质中传播的地震波,同时将完全匹配层吸收边界条件引入到其边界处理中。数值模拟结果表明,完全匹配层吸收边界效果好,高阶有限差分能模拟得到的黏弹性介质波场精度较高。对模拟的黏弹性波场进行分析,表明介质的粘滞性使地震反射波的能量变弱,高频衰减明显,并比低频衰减得快,主频向低频方向移动,有效频带变窄,即降低了地震波的分辨率;并且反射转换波比反射纵波要衰减得快;而且还随着传播距离的增加,其峰值频率也逐渐降低。通过数值模拟分析具有不同的粘滞系数介质对地震波的吸收和衰减,结果表明随着粘滞系数的增大,地下介质对地震波的吸收衰减更明显。     

地层衰减数据体的建立

地震波在地层中传播中的一个基本特征是随着地震波传播距离的增大，其高频成分迅速衰减，并由此引起瞬时波形变化。描述岩石对地震波传播的吸收过程需要合理地确定波场中地层的吸收变化规律。本文论述了综合使用实验室测定、声波测井资料、VSP资料及地震资料，建立地层衰减数据体的研究思路与方法，结合实际资料建立了准噶尔盆地西北缘地区地层衰减数据体，给出了该数据体的两个实用实例。结果表明，地层衰减数据对于实际工作具有重要的应用价值。     

基于频谱分析技术预测煤与瓦斯突出带

构造煤与煤与瓦斯突出密切相关,根据构造煤地质特点构建地质模型,依据黏-弹性介质中地震波场吸收衰减理论进行模拟正演。结果表明,构造煤导致高频地震信号衰减,产生频率、振幅等异常。研究区小波傅立叶变换分频解释技术显示:无论是原生煤还是构造煤,其频谱分解技术都可使反射波频率得到拓宽,但其在不同频率上表现出明显差异,且构造煤反射波高频成分衰减强烈;另外煤层厚度的增大,将导致反射波高频成分减少,低频成分增加。通过对研究区过井连线(inline2177)8煤层的频谱分解数据体的解释,确定了构造煤发育区与原生煤(或构造煤欠发育区)范围。根据与钻孔数据的对比,认为8煤层频谱分解的扫描频率在60~70Hz时,其低频分布区域与构造煤范围高度吻合。     

基于谱元法的各向异性黏弹性介质地震波场模拟和分析

基于谱元法计算理论,通过坐标旋转算法实现任意各向异性黏弹性介质中的地震波场计算,研究复合介质中地震波场特征。根据计算结果,qSV波表现为剪切滞弹性形变,qP波表现为膨胀滞弹性形变;品质因子不仅影响地震波振幅,还影响其传播频率;黏弹性介质吸收高频快,在一定频率范围内,黏弹性介质没有频散现象。     

三维黏弹性介质人工边界研究

为了得到适于分析非线性结构-地基相互作用问题的人工边界,结合弹性波理论与黏弹性理论,推导出了适于模拟三维黏弹性远场介质辐射阻尼的人工边界,并对其模拟远场地基辐射阻尼的性能及相应地震波动输入方法进行了研究。结果表明：在结构-地基动力相互作用问题中,得到的黏弹性人工边界模拟计算域外远场黏弹性介质的辐射阻尼具有理想精度;不论是简谐波还是非简谐波,地震波动输入都取得了理想结果;在黏弹性介质条件下自由地表处的总场位移幅值n是输入波幅值的 倍。     

地震波衰减及补偿方法

地震波在地下介质中传播时,由于地下介质的吸收衰减作用,地震波的部分弹性能量不可逆转的转化为热能而发生耗散,使得地震波的能量发生衰减,相位产生畸变,降低了地震资料的分辨率和信噪比。为了实现对地震波的吸收衰减进行补偿,国内外许多学者在这方面做了大量的研究工作。笔者简单介绍了地震波的衰减机制和影响地震波衰减的主要因素,重点概括了各种地震波衰减补偿的研究方法,如反Q滤波方法、时频分析方法和反Q偏移方法,分析了各种补偿方法的优缺点。最后用黏声波逆时偏移方法对地震波衰减进行了补偿,并预测了地震波衰减补偿研究的发展趋势。     

吸收介质中射线路径,走时与振幅计算——基于一阶扰动方法

实际地层由于波前扩散、地层吸收和散射等原因发生衰减,为得到更加详细的地下信息和分辨率更高的图像,基于波前构建法的射线追踪,实现了吸收介质中对射线路径,走时与振幅的计算。计算表明吸收介质中的波动属性是复值;当Q为5~20时,衰减是可见的,明显的;而当Q30时,衰减微弱,为弱衰减介质。对吸收介质中的射线追踪进行计算,可提高地震波的分辨率,得到更清晰的地震记录。     

VSP资料的程变反Q滤波

因为ＶＳＰ（垂直地震剖面）可在井下不同深度直接观测震源子波的变化,因此被认为是能够提供唯一有价值的地震波衰减资源的来源。利用实际地层中波的衰减测量结果,可以对ＶＳＰ记录的地震波能量损失进行补偿。目前大多数ＶＳＰ的反Ｑ滤波都是直接套用地面地震资料的反Ｑ滤波方法,我们称之为ＶＳＰ资料的非程变反Ｑ滤波法。即对ＶＳＰ经过波场分离和静态时移后得到的上行波分别进行反Ｑ滤波。但是,ＶＳＰ并不像地面反射地震记录那样射线是双程路径的,它的下行直达波是单程走时,而上行反射波的走时介于单程和双程走时之间,因此,ＶＳＰ所记录的地震波衰减程度与地面地震资料所记录的地震波的衰减程度是不同的。本文根据ＶＳＰ上、下行波各自的波场特点,推导出ＶＳＰ特有的反Ｑ滤波数学表达式。该表达式与地面地震记录反Ｑ滤波的表达式所不同的是增加了一个校正因子,该校正因子是传播路程（或传播时间）和品质因子Ｑ的函数,我们称该方法为ＶＳＰ的程变反Ｑ滤波法。经过数值模拟计算表明,该方法对ＶＳＰ的地震波振幅和频率衰减的补偿具有明显的效果。     

地震层析成像方法及其在岩体结构研究中的应用

根据岩体结构理论 ,软弱结构面对岩体变形与破坏具有优先控制作用 ,它与围岩在地震波传播性质 (波速与衰减特性 )上的差别 ,可以利用地震层析成像技术 ,对它进行空间定位 ,进而研究岩体的内部结构特征。针对岩体结构研究的特点 ,本文提出将地震波走时成像方法与地震波衰减成像方法 (振幅与脉冲宽度 )集成到一个处理流程中 ,实现了岩体结构的综合成像方法。     

深度衰减效应对大型地下洞室群强震响应的影响分析

介绍了大型地下洞室群强震反应分析所需要输入地震波的选用原则,重点考虑了场地的深度衰减效应,同时提出了一种假设来确定地震危险性分析提供的峰值加速度的所在位置。选用了两组攀枝花实测地震记录,同时利用三角级数叠加法综合考虑了深度衰减效应,合成了一组人工地震动,使用ABAQUS软件对某水电站大型地下洞室群进行了二维非线性强震动力时程数值计算分析。结果表明：生成的地震波能较好地模拟地下洞室群的地震响应,深度衰减对地震响应结果有明显影响,不同频谱的地震波相对位移-时程差距较大,但频谱参数的影响还有待于深入研究。研究成果对大型地下洞室群地震动输入问题研究具有一定的指导意义。     

Kelvin-Voigt黏弹性介质井孔声场有限差分数值模拟与波形特征

岩石介质具有黏滞性,黏弹性介质模型相对于弹性介质模型更为接近岩石介质的真实情况。根据Kelvin-Voigt黏弹性单元体模型本构关系,推导了柱坐标系下各向同性黏弹性介质时间域交错网格有限差分方程,进行了黏弹性介质井孔声场的数值模拟。模拟结果表明：品质因子和声源中心频率对黏弹性介质中的井内外声场均有影响：井外声场和井内声场的衰减均随品质因子的增大而减小,井外声波和井内反射波振幅随之增大;井外声场的衰减随声源中心频率的增大而减小,井外声波振幅随之增大,井内声场的衰减随声源中心频率的增大而增大,井内反射波振幅随之减小。     

单程波法地震波衰减特征数值模拟分析

在非均匀粘弹性介质中,地震波衰减研究能够有效揭示地层吸收特性对地震波的影响。这里从单程波方程出发,结合粘弹性介质中的复波数理论,考虑介质的横向变化,采用分步傅立叶波场延拓技术,推导出适用于横向变速介质的带Q地震记录计算公式,最后将此方法应用于四个不同含Q地层模型。试验表明：单程波法计算速度快,波场信息简单清晰,易于深入分析和反演算法的建立。并且,Q值对地震波波形、能量、频率等都产生了较为明显的影响,对实际资料能量补偿、地震资料分辨率的提高,以及利用衰减特征进行储层识别有一定指导价值。     

改进的FCT方法在粘滞各向异性介质地震波模拟中的研究

在地震勘探中,粘弹性各向异性介质相比弹性介质更能实际表征地下介质的性质,这里主要针对Kelvin模型从本构方程、几何方程和运动微分方程,推导其一阶应力速度方程,运用交错网格有限差分法对其进行数值模拟,研究该介质中地震波的波场特征与传播规律。同时分析了品质因子Q对地震波在振幅以及频率上的衰减、吸收作用的影响。在数值模拟中,使用交错网格算法必然会造成数值频散或假频现象,从而干扰数值模拟结果的正确性。为了提高数值模拟效果,对常规FCT(通量校正传输法)方法进行优化来压制频散,模拟实例证明,优化后的FCT方法要比常规FCT方法在消除频散方面更加有效,能有效地改善数值模拟精度。     

华北盆地Lg波衰减及台站场地响应特征

华北盆地是中国大陆地震活跃区之一,通过地震波衰减及场地响应参数研究该区构造介质属性及台基属性对地震预测预报、灾害评估具有重要意义.基于Lg波谱比的联合反演方法是获得地震波衰减参数及场地响应的有效方法,通过随机重采样方法可以检验解的稳定性.使用华北盆地68个台站记录的2004—2008年的149次地震,震级M_L为1.7~5.3的震中距为100~600 km,按信噪比大于2的标准挑选有效垂向记录1 000多条,地震射线较好地覆盖了华北盆地38°N~41°N、114°E~120°E区域.采用2.60~3.65 km/s的速度窗截取Lg波形并转化为频谱,研究频率范围为1~7 Hz,频率间隔0.2 Hz.计算得到的地震波衰减品质因子Q(f)与频率f的关系可表示为Q(f)=125±4.4f0.86±0.03,研究区为低Q₀(对应频率1 Hz),高频率依赖性的构造活跃区.基岩台站对地震波没有表现出明显放大作用,黄土沉积台站低频端比高频端明显放大;场地响应波动较大台站其解的标准偏差也大,说明场地响应的不稳定性体现了台基属性的非稳定性特征.      

二维非均匀介质移动网格的射线追踪算法

１９８５年Ｌａｎｇａｎ等人提出的方法是一个非均匀介质射线追踪的有效算法，它广泛用于地震层析成像的正演过程中。计算时它需要对非均匀介质进行网格划分，射线追踪时需要确定追踪的下一个网格的编号，这使程序复杂化且耗费机时。在Ｌａｎｇａｎ方法的基础上，本文提出了一种移动网格的射线追踪算法，这种方法实际上不需要对介质进行网格划分，理论和实算均表明，该方法程序简单，节约计算机内存，在保证计算精度的条件下，提高了计算效率。     

基于二维粘滞性波动方程的地震波衰减理论研究

地震波在传播过程中的能量衰减特征一直是地球物理学研究的重点和难点,它直接和地层的岩性、粘滞性、内摩擦密切相关.由于地层的含流体,粘滞性和内摩擦都相对较大,使得地震波的衰减变得明显.如何才能合理地模拟出地震波在岩石中传播时其能量的衰减关系,如何有效地运用地震属性因子较准确地预测复杂地层的含流体油气特性,是本文研究的重点.品质因子可以表征地层中岩石的相关特性,但却不能从岩石的物性上解释地震波传播过程中的频率衰减情况.在基于常规波动方程正演理论的基础上,添加了弥散～粘滞性特征,从岩石的内摩擦和粘滞系数上模拟地震波的能量衰减变化特征,分析由于含流体地层的吸收衰减现象,有利于在实际处理中的应用.     

垂向不均匀介质中射线追踪及等时线构造的VC实现

作为一种模拟地震波走时的传统途径，射线追踪不仅对地震波理论研究具有重要意义。而且也可直接应用于地震波反演及偏移成像等过程。在一般条件下，射线追踪只能用数值方法来实现，但当介质上具有垂向不均匀性时，射线路径及其走时可以由解析式给出。根据适当的解析公式，可建立反射点和射线路径以及走时之间的关系，并用VC^ 6．0编制了基于图形界面的计算程序。这些工作对于逐步开发地震波的偏移和反偏移程序具有基础性的意义。     

二维介质中的空间变量分离速度成像技术

二维介质速度成像的新方法是基于地震波的旅行时间，由射线路径沿线的速度分布特征所决定的，将二维介质中的速度分布用两个分别以二维空间坐标为自变量的勒让德多项式的线性组合来描述。根据走时积分方程，即可建立地震波走时与其射线路径沿线的速度分布之间的对应关系，进而重建出地震波射线覆盖区域的速度结构。该成像技术是一个迭代过程，且适用于折射波及反射波。