面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法

组合震源技术通过调节延迟激发时间和震源埋藏深度能够实现地震波场的定向传播,提高地震波的照明能量和地震数据信噪比.然而,目前国内外对基于特定目标的组合震源最佳聚焦方向的选取以及起伏地表组合震源定向理论的研究相对较少.在聚焦方向选取方面,目前基本是利用多种不同延时参数的组合震源分别进行试验,从而确定较好的组合震源延时参数.本文则利用爆炸反射面原理,在目的层界面上均匀布置震源同时激发地震波,能够产生垂直于地层界面传播的平面波,当初至波传播至地表时进行地表方向统计.根据互易性原理,以初至波传播方向的反方向为聚焦方向,激发产生的地震波主波束方向将垂直入射到目的层界面上,从而精确的计算出组合震源的最佳聚焦方向.在组合震源定向方面,目前主要是利用组合震源方向因子公式进行计算,但该方法要求震源布置在同一条直线上,并不能满足起伏地表的应用要求.本文以惠更斯-菲涅尔原理为理论基础,提出通过炮点向量在聚焦方向上的投影来确定组合震源传播至虚拟波前的走时,从而确定任意起伏地表组合震源的延迟激发时间.该方法不仅能够计算出沿给定地质模型的目的层界面垂直入射的组合震源聚焦方向,也能够确定任意起伏地表情况下形成沿该聚焦方向定向传播地震波场的组合震源延迟激发时间.因此,本文提出的面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法对组合震源数据采集具有理论与实践意义.     

基于正交贴体网格的VTI介质地震波数值模拟

为了解决规则网格有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时需进行复杂坐标转换和插值运算的问题,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假散射波问题,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入到起伏地表下VTI介质的网格剖分中,采用基于同位网格的DRP/opt MacCormack有限差分法模拟起伏地表下VTI介质中的地震波场。网格的正交性使实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明,本文提出的网格剖分法能够有效消除阶梯状网格产生的虚假散射波,从而提高起伏地表下VTI介质地震波数值模拟精度。     

SH波地表散射的局域边界元模拟

本文提出了一种计算不规则起伏地形中SH波散射的有效方法——局域边界元法.本方法基于传统边界元法,为计算复杂地表散射问题提供了一种更加高效的解决方案.根据地震波满足的边界积分方程中牵引力格林函数的特性,我们将自由边界分解成水平部分和起伏部分.通过公式推导,可将水平部分的位移由起伏部分的位移通过格林函数线性叠加表示,因此只需对起伏部分的位移进行直接求解,从而极大地减少了待求解的未知数个数,显著提高了计算效率.通过与半圆形山谷SH波平面波入射的解析解比较,验证了方法的正确性.数值模型比较显示,局域边界元模拟结果与传统边界元数值解完全吻合,但是大幅提高了计算效率.因此,局域边界元法可以作为模拟不规则地形中地震波散射的有效工具.     

起伏地表下P-SV转换波动校正

P-SV转换波勘探是一种行之有效的地震勘探技术。基于地表一致性假设,P-SV转换波动校正过程中将地表假设为平坦地形。而随着地震勘探向复杂地区的深入,地表起伏大、高速老地层出露的问题,使得地震数据难以满足地表一致性假设。因此,现行的基于地表一致性的P-SV转换波动校正处理方法不能很好地对P-SV转换波进行动校正,影响转换波勘探的准确性。为此,本文从转换波的运动学特征出发,建立了起伏地表下P-SV转换波动校正方程,并构建了起伏地表条件下转换波动校正方法。通过理论模型模拟计算了起伏地表下P-SV转换波动校正方法,结果表明采用起伏地表下的转换波动校正方程能够取得较好的动校正效果,为P-SV转换波速度分析提供了一种行之有效的方法技术。     

利用质心Voronoi图对地形自适应简化的算法

地形简化算法利用少量有效的地形信息表达整体地形,能很好地解决海量地形数据与计算机硬件之间的矛盾,同时满足多尺度地形应用需求。针对现有地形简化算法难以兼顾局部地形起伏与地形整体特征的问题,提出一种基于质心Voronoi图的地形自适应简化算法。首先,利用质心Voronoi图的特点,以地形起伏度作为密度函数生成质心Voronoi图;然后,利用分布在地形起伏较大区域的质心Voronoi图种子点及大多分布在地形特征线上的Voronoi区域顶点重构地形;最后,通过原始地形与重构地形的特征线验证地形简化的效果,并与三维道格拉斯-普克（3D DouglasPeucker,3D DP）算法进行精度对比。实验结果表明,从简化地形中提取的山脊线、山谷线、等高线等地形特征线与原始地形的重叠度均较高,算法能较好地保持地形整体特征;且在相同的简化级别下,算法的简化误差小于3D DP算法,具有较高的地形简化精度。     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

分段光滑曲线边界波动方程数值模拟研究

矩形网格有限差分法在地震波传播数值模拟方面具有计算速度快的显著优势,但该方法在处理复杂边界问题上存在着效率低的严重缺陷.本文针对分段光滑曲线边界定义了尖点处的一种正则导数,给出了矩形网格情形分段光滑曲线网格边界点法向导数的一种插值计算方法.采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟,并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律.模拟结果表明：法向导数插值计算方法为矩形网格有限差分法处理复杂边界提供了有效途径,采用波场系列快照技术可以清晰地展现地震波在反射界面的反射和透射规律、在尖点的绕射规律以及在自由表面的直达波和多次反射规律.     

起伏地表弹性波传播的间断Galerkin有限元数值模拟方法

间断Galerkin有限元法（DG-FEM）作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔（SSP Runge-Kutta）算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层（NPML）的思想,基于复频移（CFS）拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件（简称为CFS-NPML）,该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果.     

起伏地表条件下各向异性地震波最短路径射线追踪

在地震波正反演研究中,考虑起伏地表和地震各向异性具有非常重要的理论意义和实际应用价值.本文在前人研究的基础上,将最短路径追踪算法引入到起伏地表各向异性介质模型的地震波走时计算中.模型剖分时,整体模型划分成正方形单元,起伏边界附近以不规则网格逼近,进而采用非规则节点布置实现非规则网格处的最短路径计算.追踪计算中采用Sena群速度近似公式,得到各向异性地震波的走时,实现了复杂地表情况下各向异性介质模型中地震波的射线追踪.理论模型计算结果显示,本文方法能够可靠地应用于复杂各向异性介质模型,具有较高的计算精度.     

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。