复杂地表相控震源正演模拟与照明分析

震源作为地震资料采集的重要组成部分,直接影响地震勘探效果。在实际勘探过程中,地表情况通常十分复杂,因此,研究复杂地表条件下相控震源的定向理论十分必要。本文基于复杂地表相控震源激发原理、有限差分数值模拟方法和波动方程照明分析理论,对简单的理论模型和地表起伏的Marmousi模型进行了相控震源地震波场的正演模拟和照明分析。模型试验结果表明：相控震源在复杂地表条件下可以定向激发地震波,改变震源的激发延时可以调整波场的传播方向,起到改善目标数据信噪比的作用;该方法对于简单的水平层状模型、楔形构造模型以及复杂的Marmousi模型均适用。     

天然源槽波勘探的可行性研究

常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此,开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验,论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型,即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机,成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算,结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在,且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验,成功采集到天然源槽波三分量数据,对实测数据进行频散谱计算,结果表明3个分量均具备频散特征,其中X分量频散曲线能量脊较为清晰,达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说,数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的,现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在,该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。     

利用时间分裂的错格伪谱法模拟地震波在基于改进BISQ模型的双相介质中的传播

改进的BISQ(Biot-Squirt)模型中各参数具有明确的物理意义和可实现性,在不引入特征喷流长度的情况下可将Biot流动和喷射流动两种力学机制有机地结合起来;而高精度的地震波场数值模拟技术是研究双相介质地震波传播规律的重要手段。本文从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导了基于改进BISQ模型的双相各向同性介质的一阶速度--应力方程组;采用时间分裂错格伪谱法求该方程组的数值解,模拟半空间及层状双相介质中的地震波场。数值模拟结果表明:①与传统方法相比,时间分裂错格伪谱法波场数值模拟的精度更高,压制网格频散效果更好;②在非黏滞相界情况下,慢纵波呈传播性,而在黏滞相界情况下,慢纵波呈扩散性,以静态模式出现在震源位置;③双相介质分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可由数值模拟结果清晰展现。     

TTI介质拟声波方程数值模拟

TTI介质qP波数值模拟方法因为考虑了倾角因素,可以比VTI介质qP波数值模拟方法更加准确地描述各向异性介质中地震波场的传播规律。文中用拟声波方程对TTI介质中的地震波场进行了高阶有限差分数值模拟,在改进衰减函数分布方式后,通过坐标变换,利用改进的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)边界控制方程对波场边界进行吸收处理,取得了良好的效果;然后分析了拟声波方程数值模拟中的稳定性问题,并对波场中的伪横波进行压制。通过对不同模型的数值模拟,验证了文中使用的TTI介质拟声波波动方程的稳定性以及所采用的PML边界控制方程的可靠性和适用性。     

二维层状VTI介质试射射线追踪方法

地震波场正演模拟是研究地震波传播规律的有效手段,为地震勘探提供基本的理论依据。为提高地震勘探的精度及勘探能力,研究复杂介质中地震波传播问题显得尤为重要。针对各向异性介质中的地震波场正演问题,基于各向异性介质和试射射线追踪方法的基本理论,分析了横向各向同性(VTI)介质中存在的群相关系,研究了VTI介质中的Snell定律及角度转换关系,并引入了透射系数和反射系数,具体讨论了试射射线追踪算法,通过数值模拟实现了地震波场正演,客观合理地模拟了地震波在VTI介质中的传播。     

地震波的有限差分法正演模拟

基于波动方程的地震波正演模拟能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率与相位变化,真实地反映出波的动力学特征。有限差分法因其精度高、计算效率高而成为波场数值模拟的一个重要方法。根据地震波的近似方程———声波方程,采用二阶有限差分网格数值算法,利用透明边界条件,设计典型地质模型,进行地面波场的地震记录模拟。通过稳定性条件分析、震源子波优选以及频散抑制,成功合成了倾斜地层模型与正断层模型的地面共炮点波场记录,直观地显示出直达波、反射波、绕射波等丰富的波场信息,获取各模型的波场快照。结果表明,有限差分法结合透明边界条件对于获取介质丰富的波场信息具有很大的优势。     

城市地下孤石的地震波场响应特征及其在地震层析成像中的应用研究

城市浅层地质条件复杂,地下孤石是常见的地质灾害体.为降低城市地下空间开发过程中孤石造成的安全隐患,本文通过构建城市地下孤石的数值模型,分析地震波在含孤石介质中的传播特征,根据地震波的传播特征利用层析成像技术对孤石进行速度成像,并通过工程实例进行验证.研究表明:(1)地震波场的数值模拟是研究地球物理勘探的有效方法,能高效...     

起伏地表地震波场定向照明方法

基于惠更斯-菲涅尔原理和组合震源理论,提出了起伏地表情况下地震波场定向照明分析方法。该方法根据地表起伏形态和给定的照明方向进行坐标系变换,在新坐标系中计算组合震源的激发延时并模拟起伏地表定向的地震波场,从而得出地震波场源-检定向照明度。简单的二维起伏速度模型和起伏的Marmousi模型数值试验验证了该方法的有效性,表明通过坐标变换进行地震波场定向照明分析在地表起伏的勘探区域具有较大的适用性和灵活性,可以用来分析地下复杂构造对照明能量分布的贡献。     

裂隙各向异性介质2.5维弹性波场数值模拟

研究地震波在各向异性介质中的传播规律是勘探地震学领域的一个重要内容。本文首先讨论了２．５维波动方程，其次，在２．５维空间，用有限元数值模拟方法模拟了裂隙各向异性介质波场，结果用波场切片做了显示。最后对模拟结果做了基本分析，这里讨论的模拟方法也适用于其它类型的得各向异性介。     

炸药震源激发近区介质的粘滞性分析

在我国陆地石油勘探中,炸药震源依然是地震勘探的主要震源,炸药爆炸后会产生不同的分区,包括空腔、过渡区和弹性区。如今对地震子波产生机理的分析主要是基于等效球腔模型,忽略了过渡区对波传播特征的影响。为了定性描述过渡区的岩石破碎和永久形变对地震波传播特征的影响,将模型简化为粘弹性介质。这里在Kelvin粘弹性模型基础上推导了地震波传播的相速度和品质因子Q的表达式,并对Kelvin粘弹性模型进行数值模拟,从振幅、相位及频率的角度,分析品质因子Q对地震波传播特征的影响。结果表明,地震波在粘弹性介质中传播时,振幅、频率及相位特征是有变化的,这为研究炸药震源激发产生地震子波的机理提供了理论方向,为实际介质中的地震记录特征分析提供了理论基础,同时对补偿粘滞性因素的影响、提高地震资料的品质具有重要的实际意义。     

煤矿巷道内地震勘探波场特征

为了研究巷道内地震波的波场特征,识别出波场中的各种波,利用交错网格高阶有限差分正演方法模拟了煤矿巷道内点震源激发及平面波震源激发产生的弹性波场。通过波场分析得出煤矿巷道内的共炮点道集中除了有常规地面地震中的各种波外,还有在巷道内上下界面的多次反射波和多次折射转换波,是巷道内地震勘探的主要干扰波。利用平面波震源在巷道内激发产生的波场中,巷道下方的空洞在平面波震源激发的地震记录上,其多次反射绕射波互相叠合在一起,表现为“糖葫芦”状的明显异常特征。这些都为巷道内地震勘探资料处理和解释提供了重要依据。      

波动方程模拟PML吸收影响因素分析

地震数值模拟中,完全匹配层(PML)边界能有效地吸收衰减地震波,得到无边界反射干扰的波场快照和地震记录。在前人研究的基础上,进一步分析了分裂完全匹配层(SPML)的衰减机制,通过波动方程模拟,分析了震源主频、空间网格间距、介质速度等参数对SPML边界吸收衰减特征的影响。得到了不同条件下,PML边界对地震波的吸收效果。通过分析对比,得出了震源主频对PML吸收效果无直接影响,空间网格间距与PML吸收效果成反比,高速层PML吸收效果缓慢等结论。并通过Marmousi2模型测算,对结论进行了验证。最后给出了复杂模型、不同尺度数值模拟中SPML参数的选取方法,为地震数值模拟中SPML边界参数的定量选取奠定了基础。     

隧道地震预报波场的有限元数值模拟

在勘探地球物理领域中,能快速、有效地数值模拟2D和3D的地震全波场,包括同时模拟P波、S波、面波多分量波场特征的软件并不是很多;但在结构力学领域中,已有多种成熟的多波多分量有限元数值模拟大型商用软件用于求解弹性本构方程,如ANSYS,PLAXIS等。从方程结构来看,弹性本构方程与完全弹性波动方程相比,只多一项对时间的一阶微分项--阻尼项。因此,调整合理的介质参数--Rayleigh系数,令阻尼项近似为0,弹性本构方程就蜕化为完全弹性波动方程。隧道地震波场是在岩体中传播,具有弹性参数较好、无常规地震勘探中覆盖层等低速带干扰等的优点,采用ANSYS软件对隧道地震波场进行数值模拟,研究了频散、阻尼与吸收边界等数值模拟的相关技术。针对介质吸收,比较了数值模拟中有无阻尼的时间记录和波场快照,对隧道地震预报来说,将阻尼系数设定为0是一种合理的假设;比较了实例中不同网格长度与频散的关系,当网格长度小于波长的1/π倍时,才能消除频散;通过由波方程的推导,引入了黏弹性边界条件,通过实例计算证明它可以有效地吸收边界反射;最后对隧道地震预报进行了实例计算,算例表明采用ANSYS软件可以有效地模拟隧道复杂地质条件下全波场的激发传播过程。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

多尺度随机孔洞介质地震波正演及其逆时成像

常规地震勘探理论无法完全解释复杂多变的地质特征,较难达到高精度地震资料处理的目的,因此必须发展适应复杂非均匀介质的地震波场传播理论,以更好地刻画真实的复杂构造、岩性、裂隙油气藏的特点。根据实际火山岩样的随机特征,构建了相应的多尺度组合型随机孔洞介质模型,并进行了高精度地震波正演数值模拟和逆时成像研究,制作了在不同频率条件下的自激自收剖面和逆时偏移剖面,计算结果表明,构建的多尺度随机孔洞介质模型可以有效模拟真实的地质变化特征,同时指出准确区分由地层随机非均匀性引起的散射波场响应和干扰信号是实现高分辨率地震勘探的前提。     

旋转交错网格TTI介质波场模拟与波场分解

为了得到TTI介质中传播的纯纵波和纯横波波场,采用旋转交错网格高阶有限差分法对TTI介质中传播的地震波场进行了数值模拟,并利用q P波、q SV波、SH波的极化方向相互垂直的特性,来实现q P波、q SV波、SH波的分解。通过对均匀介质模型和复杂层状介质模型分解前后波场快照和地震记录的对比,验证了本文方法的正确性。     

不同煤岩介质模型的波场特征研究

准确和形象地分析煤矿微地震波在不同介质中的传播规律,能够为煤矿主动地震勘探以及反演煤矿不同区域内部介质结构提供有效的理论依据。基于二维介质模型,以煤矿典型的煤、岩单一均匀介质模型、煤岩组合多层介质模型、含断层煤岩介质模型以及含水煤岩双相介质模型为例,利用高阶有限差分法对不同煤岩介质进行了波场模拟,分析不同介质的波场特征。研究结果表明,高阶有限差分法可以准确、形象地得到煤岩不同介质条件下的纵横波的波场特征;不同介质模型的波场特征各不相同,在多层煤岩介质中不同介质的分界面会发生纵横波的反射、透射和转换,产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波;在含断层煤岩介质中断层处不仅可以产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波,还可以发生绕射产生绕射波;在含水煤岩双相介质中不仅有快纵波和横波,也会产生慢纵波。不同时刻的波场快照可以进一步形象地描述波场动态特征,都为矿山微震波场分析打下了理论基础。     

裂缝介质中不同震源横波分裂现象的数值模拟

采用TTI介质中二维三分量一阶交错网格应力-速度弹性波方程,模拟胀缩源、垂直集中力源、剪切源在垂直裂缝介质中的井间地震波场,分析了不同方位角情况下波场的传播特征,并讨论了横波分裂时的能量分配情况。结果表明:地震波从各向同性介质进入各向异性介质时会观测到快慢横波;在一定方位角的情况下,垂直裂缝介质中会得到快慢横波,这为进一步分析横波分裂特征和地震实际数据提供了依据。      

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。     

裂隙(EDA)介质P波地震记录数值模拟及波场特征分析

通过对潜山面和内幕EDA介质地面地震记录数值模拟及其波场特征分析,在了解地震波场的动力学特征对裂缝介质的敏感性基础上,确定主要以振幅,其次是频率的地震波动力学特征为裂缝检测被检参数,以均方振幅与中心频率作为检验检测结果正确与否的评价参数,为建立裂缝检测方法奠定了理论基础.