横向各向同性多孔介质中的地震波传播

基于各向异性多孔介质中的广义Ｂｉｏｔ理论,导出了横向各向同性多孔介质中波传播的特征方程．指出在多孔介质中有４种类型的频散和耗散波传播：准纵波ＱＰ１（快纵波）、准纵波ＱＰ２（慢纵波）、准横波ＱＳＶ和横渡ＳＨ．文中给出了４种波速度的解析表达式．数值计算频率曲线和衰减曲线与Ｓｃｈｍｉｔｔ（１９８９）用均值处理得到的结果类似．还给出了波传播过程中３种类型准体波之间的耦合系数（或称转换系数）．     

横向各向同性多孔介质中的地震波传播

基于各向异性多孔介质中的广义Ｂｉｏｔ理论，导出了横向各向同性多孔介质中波传播的特征方程．指出在多孔介质中有４种类型的频散和耗散波传播：准纵波ＱＰ１（快纵波）、准纵波ＱＰ２（慢纵波）、准横波ＱＳＶ和横渡ＳＨ．文中给出了４种波速度的解析表达式．数值计算频率曲线和衰减曲线与Ｓｃｈｍｉｔｔ（１９８９）用均值处理得到的结果类似．还给出了波传播过程中３种类型准体波之间的耦合系数（或称转换系数）．     

横向各向同性介质中地震波走时模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质,我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广,推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率,最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质,我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法,该方法基于用射线角近似表示相角的思想,对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算,并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比,结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究.     

横向各向同性介质地震波场数值模拟研究

地震波场数值模拟是理解地震波在地下介质中的传播特点,帮助解释观测数据的有效手段,而提高计算精度和运算效率是所有波场数值模拟方法研究所追求的目标.有限差分技术是求解波动方程计算效率最高、应用最为广泛的方法之一.但传统的有限差分技术计算过程中的数值频散问题影响了该技术的计算精度与计算效率.本文通过交错网格高阶有限差分技术与通量校正传输方法（Flux|corrected transport method,FCT）相结合, 对横向各向同性介质（Transverse isotropic medium,TI）一阶速度|应力弹性波动方程组进行了数值求解研究.波场快照数值模拟结果表明,本文研究的数值模拟方法与波动方程二阶有限差分方法、交错网格四阶有限差分方法相比,在压制网格数值频散方面有明显的优势,计算精度提高,而且可以利用较大的空间步长,提高计算效率.     

横向各向同性介质中地震波场谱元法数值模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛存在的一种各向异性介质,因此为了能够更好地认识地震波在这种介质中的传播特征,用数值方法进行地震波模拟显得十分必要.本文采用谱元法对横向同性介质中的地震波进行模拟,该方法基于弹性力学方程弱形式基础之上,具有有限元适应任意复杂介质模型的韧性和伪谱法的精度.文中阐述了基于Legendre多项式的谱元法的理论和推导过程,该方法可以形成全局对角质量矩阵,在时间域使用显式的差分算法,提高运算效率,最后通过横向各向同性介质的数值计算,模拟结果表明该方法是一种有效的数值模拟方法.     

横向各向同性介质中地震波速度分析及其意义

在地震学有关领域中，地下介质的薄互层特性与裂隙的定向人布在长波长假设下会产生等效的地震各向异性特性，地震波速度随传播方向和深度发生的变化引起了广大地球物理工作者的广泛兴趣，因为速度拾取的正确与否，会直接影响到油气勘探中动校、偏移、ＡＶＯ和时深转换的结果。本文着重讨论了传统速度分析的局限性，分析了薄互层引起的横向各向同性介质中速度分析的现状和结果，实例讨论了各向异性效应对偏移处理的影响，表明各向异性     

横向各向同性介质中的地震定位

地震定位是地震学中最基本的问题之一.地震定位的精度和参考模型的准确性密切相关.目前无论是区域地震定位还是全球地震定位,所使用的参考地质模型几乎都是各向同性的,但大量的观测结果表明地球内部介质广泛存在着各向异性.     

二维横向各向同性介质界面上地震波传播角度的研究

本文通过传播矩阵法，确定地震波在横向各向同性介质中传播的水平慢度垂直慢度，进而用解析式给出入射角、透射角、转换角及折射角。     

横向各向同性(VTI)介质中非线性地震波场模拟

数值计算方法是考察非线性弹性波在介质中（如岩石）传播特征的重要手段.非线性弹性波的数值模拟存在陡峭间断面（点）、数值振荡以及误差的指数级增长等现象而破坏数值解的稳定性、收敛性,能否消减上述现象的不利影响成为制约数值方法有效与否的重要因素.文中同时引入了FCT算子和幅值限制器,采用中心差分格式对具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中的二维非线性弹性波进行数值模拟,从而克服了上述困难;介绍了适用于非线性弹性波的吸收边界条件,给出了差分方程的稳定性条件.在验证了方法的有效性后成功地获取了二维VTI介质中非线性弹性波的三分量地震正演记录,表明非线性波在传播过程中会发生波形畸变等现象.     

高阶交错网格和PML吸收边界在横向各向同性介质地震波场模拟中的应用

完全匹配层吸收边界条件通常可以很好地吸收模型边界的地震反射波,但对于横向各向同性介质的模拟效果欠佳,且尚在发展阶段。为此,文中推导了横向各向同性介质中弹性动力学波动方程,给出了施加完全匹配层(PML)吸收边界条件下时间域二阶、空间域十阶精度的高阶交错网格的有限差分形式,并分别建立了均匀的垂直向对称轴的横向各向同性介质(VTI介质)和倾斜向对称轴的横向各向同性介质(TTI介质)模型。计算结果表明,对于对称轴为任意角度的横向各向同性介质,当PML边界层厚度达到一定的数值时,可以很好地抑制人工边界所产生的地震波反射效应,且PML的吸收效果不会被入射角与入射波频率影响。     

利用伪谱法模拟横向各向同性介质中的波

介质的弹性常数为三维四阶张量的分量,共有８１个,由于应力张量和应变张量的对称性及能量密度是应变的二次函数,一般各向异常性介质的独立弹性常数可减为２１个,如果介质具有较高的对称性,独立弹性常数的数目会更少。 对于地壳和上地幔,具有５个独立弹性常数的横向各向同性介质是一个非常好的近似,本研究中横向各向同性介质的对称轴方向可以是任意的（即对称轴可以不平等于铅直方向）,在此情况下,需要进行坐标变换,如果已知介质在某一坐标系（其坐标轴平行或垂直于介质的对称轴）中的弹性常数,我们能够容易地利用变换公式得到变换后新坐标系中的弹性常数。 本文提出了一种方案,利用伪谱法既能模拟横向各向同性介质中的平面波,也能模拟点源激发的波场。在勘探地球物理和地震学中,模拟横向各向同性介拮中传播的平面波及区域源产生的波是最重要的研究课题之一。然而在一般各向异性介质中,很难或不可能确定弹性波的相速度和偏振方向,但在横向各向同性介质中,则可以通过坐标变换来实现,这里我们所提出的方法可以用于横向各向同性介质中弹性波的模拟。     

层状横向各向同性介质反问题初探

用偏微分方程组特征理论研究层状并以垂直轴为对称轴的横向各向同性（TIV）介质的参数反演问题,首先从弹性波运动方程与TIV介质的应力－应变关系导出了平面波耦合方程组的特征型．根据奇性分析与特征积分法给出了连续情形下的特征线边界条件,连续清形下的波场延拓方程即平面波耦合方程组的特征型与特征线边界条件组成了层状TIV平滑介质、弱间断介质参数反演问题的基本方程组．并导出了间断情形下的波场延拓方程与特征线边界条件,这些方程组可用于层状介质（间断情况）的参数反演．基于这些基本方程组,探讨了利用地面多分量地震资料反演层状TIV介质多个弹性参数的问题．     

层状横向各向同性介质反问题初探

用偏微分方程组特征理论研究层状并以垂直轴为对称轴的横向各向同性（TIV）介质的参数反演问题，首先从弹性波运动方程与TIV介质的应力－应变关系导出了平面波耦合方程组的特征型．根据奇性分析与特征积分法给出了连续情形下的特征线边界条件，连续清形下的波场延拓方程即平面波耦合方程组的特征型与特征线边界条件组成了层状TIV平滑介质、弱间断介质参数反演问题的基本方程组．并导出了间断情形下的波场延拓方程与特征线边界条件，这些方程组可用于层状介质（间断情况）的参数反演．基于这些基本方程组，探讨了利用地面多分量地震资料反演层状TIV介质多个弹性参数的问题．     

横向各向同性介质和斜方介质各向异性参数的约束条件

Thomsen提出的横向各向同性(TI)介质各向异性参数(α0、β0、ε、δ、γ)是各向异性理论研究和实际资料处理中的常用参数,Thomsen参数的取值必须符合物理学定律和实际地学情况,随意的取值可能导致无意义乃至错误的结果.本文根据热力学定律和弹性常数的物理意义,结合大量的实测数据,提出常见TI介质的Thomsen参数需要满足以下约束条件:1/4f=1-β02/α02ε>-f/2; 1/2f-1δf-1); -1/2γε)/4(1-f)-1/2.Thomsen参数ε、δ、γ的取值区间主要受P、S波参考速度比β0/α0的约束,其值可正可负,实测参数中ε和γ正多负少;δ、γ、β0/α0的取值范围都有上下界,而ε没有上限;γ与ε正相关且取值上限受到ε的限制;ε、γ与δ之间不存在明显的约束.鉴于椭圆各向异性介质和薄互层等效TI介质在实际应用中的普遍性,专门给出了这两种介质各向异性参数的附加约束条件.一些在实际资料中可观测到的P波特殊偏振方向和SV波三叉现象也能为各向异性参数提供额外的约束.之后,我们将TI介质弹性常数和各向异性参数的约束条件扩展到对正交各向异性介质弹性常数和各向异性参数的约束.本文提出的各向异性参数约束条件简单实用,为各向异性理论研究和数值模拟中参数的选择提供依据,为实际资料的各向异性参数反演提供约束,既能避免出现无物理意义的研究结果,又能加速反演的搜索过程,提高生产效率,具有理论指导意义和实际应用价值.     

横向各向同性介质拟声波方程及其在逆时偏移中的应用

地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.     

横向各向同性介质弹性波多分量叠前逆时偏移

随着油气勘探程度的提高,隐蔽油气藏在增储上产方面起到了重要作用,因此发展基于各向异性介质的多分量偏移方法是非常必要的.本文基于横向各向同性（VTI）介质,从二维弹性波速度\|应力方程出发,通过在时间上的二阶差分和空间上的交错网格高阶差分对方程进行离散,得到弹性波交错网格高阶差分的多分量逆时偏移算子.在激发时间成像条件的应用过程中引入Poynting矢量进行成像并消除逆时偏移所引起的低频干扰,在此基础上实现了VTI介质中二维弹性波叠前多分量逆时深度偏移.理论模型的偏移处理表明,该方法能够对地层进行准确成像,并可以消除逆时偏移所引起的低频噪声.     

粘弹性介质中的地震波

给出了三元件的标准线性粘弹性固体在半平面内传播的地震波的解析解，它是由已知的弹性半平面内的解析解迭粘滞性解而得，从而克服了视地壳为二元件粘弹性体的Voigt模型或Maxell模型的缺点。     

横向各向同性介质二维格林函数的F-K算法

采用算子表示法，在Ｆ-Ｋ域内将横向各向同性介质中的波动方程进行算子分解，然后利用留数定理求出格林函数的解析解。并给出了一个算例，得出时空域中ｑＰ波、ｑ（ＳＶ）波和Ｑ_ｓＨ波的格林函数剖面。     

横向各向同性介质二维格林函数的F-K算法

采用算子表示法,在Ｆ-Ｋ域内将横向各向同性介质中的波动方程进行算子分解,然后利用留数定理求出格林函数的解析解。并给出了一个算例,得出时空域中ｑＰ波、ｑ（ＳＶ）波和ＱｓＨ波的格林函数剖面。