一般各向异性介质中qS1和qS2波波前分离

地震波在各向异性介质中传播时存在横波分裂现象,可用于研究岩石中地震波传播特征和了解地下介质各向异性参数.一般各向异性介质中计算三种地震波(qP,qS1,qS2)相速度和群速度的研究日趋成熟,但分离qS1和qS2波的波前仍然是一项具有挑战性的工作.为此,本文基于新近给出的一般各向异性介质中三种波(qP,qS1,qS2)群速度的解析计算公式,依据相速度光滑连续的条件给出相邻方向上qS1和qS2波识别方法;为避免数值计算误差造成识别错误,构建了置信度函数,并借鉴快速行进法的思想逐点进行判别以分离qS1和qS2波的波前,最终得到三种波(qP,qS1,qS2)各自独立且完整的波前面.多个数值模拟试验结果表明,该算法适用于不同类型各向异性介质,且不受波前复杂程度的影响,具有较高的稳定性,可为一般各向异性介质中多次波射线追踪、多震相走时反演以及横波分裂研究等提供算法支持.

海底四分量各向异性介质高斯束偏移方法

基于弹性波动方程的多波多分量高斯束偏移方法计算高效且成像精确,适用于复杂地质构造,目前多应用于陆地三分量数据,对于海底地震数据存在明显的适应性问题:①不完整的海底边界条件导致P波和S波无法彻底分离,上、下行波会在海底的记录方式下发生混叠,造成虚假成像;②地下介质中普遍存在的各向异性带来运动学信息误差,导致最终成像出现反射波归位不准确、绕射波收敛效果差、能量不聚焦等问题。为此,提出一种兼顾各向异性特性、直接使用包含水压分量的海底四分量地震数据进行弹性高斯束偏移成像的方法。首先,假设海底接收界面为各向同性,以弹性波波动方程和海底完整边界为基础进行波场延拓,得到四分量数据的波型分离矩阵;然后,结合各向异性射线追踪和动力学参数近似,实现了VTI介质的弹性波高斯束偏移。2D层状模型和北海Gullfaks区域模型的数值试算结果表明,所采用的海底四分量各向异性介质高斯束偏移方法抑制了不完整边界条件造成的成像假象,能够自动分离海底各向异性介质中的PP波和PS波,实现转换波的准确成像,更精确地恢复和归位地震波,提高了地震资料成像分辨率,尤其适用于复杂海底的大炮检距、宽方位地震勘探。

各向异性介质中波动方程有限元法模拟及其稳定性

利用六面体单元和三线性插值函数，推导出在任意弹性各向异性介质中三维三分量波动方程所满足的有限元方程．给出用时域有限差分求解该有限元方程时，时间、空间采样率和弹性参数应满足的稳定性条件．提出避免每一时间步都求解一大型线性代数方程组的方法．在开始求波场前，先求质量矩阵的逆的因子形式，以后每时间步只需作刚度矩阵的逆的因子形式与向量的乘积运算，可大大提高有限元素法在微机上进行波动方程数值模拟的运算速度．结合两个数值模拟算例，说明该方法的可行性，并与伪谱法作了计算速度的比较，有限元法的计算速度高于伪谱法的计算速度．

各向异性介质三维纵横波联合叠前反演方法及应用

为了提高储层预测精度,本文利用三维三分量资料及前期处理结果,以各向异性(TI)介质弹性波传播理论为基础,研究了多波精确振幅特征方程,进而推出三维各向异性介质纵横波联合叠前岩性参数反演方法。该方法利用叠前NMO道集,将5个岩性参数在同一方程联合求解,可同时获得5个反演参数。为保持反演参数的独立性,可直接反演地层纵波速度、横波速度、密度及另两个各向异性系数,进而计算出地层的弹性参数、弹性阻抗(EI)及弹性阻抗梯度(EIG)等共13个岩性、弹性参数,用于对岩性及流体的识别和描述。文中采用的纵横波联合叠前反演方法可提高反演的可靠性和精度,经实际三维多波地震数据处理证明了方法的适用性。

层状各向异性介质转换波克希霍夫叠前时间偏移

在克希霍夫叠前时间偏移处理中,地震波走时的计算方法是决定大偏移距地震资料成像品质的重要因素.在常规的三维转换波各向异性叠前时间偏移公式中,走时的计算是基于等效单层各向异性介质的非双曲线方法.用这种方法处理的成像道集,在偏移/深度比超过一定阈值后,成像道集中的反射同相轴将出现过偏现象,这种偏移不平的同相轴将影响偏移叠加的最佳响应,使得偏移成像波组呈低频化特征,最终降低三维转换波偏移成像质量.我们采用层状介质的走时计算方法代替常规算法,并且利用了常规方法的转换波各向异性偏移速度模型.基于层状介质的算法能够提高大偏移距转换波走时计算精度,克服中浅地层大偏移距远道成像道集中反射同相轴逐渐上翘的问题.两个地区的三维转换波资料处理结果证实,基于层状各向异性介质的转换波克希霍夫叠前时间偏移方法,明显改善了反射成像剖面的连续性和分辨率,提高成像剖面构造的可解释性.

剪切波在双层方位各向异性介质传播中分裂参数的变化特性

以质元运动方程和应力应变关系为基础建立了各向异性介质的波动方程．从数学上对体波在各向异性介质中的传播进行了严格的数学推导，给出了各向异性介质中三种体波波速与介质弹性常数及波传播方向的数学关系．由此对剪切波在单层和双层弱方位各向异性介质中的分裂行为进行了系统讨论，给出了合成分裂参数、每一层分裂参数与入射剪切波偏振方向的数学表达式．假定每一层分裂参数之后，得到了合成分裂参数随入射方位角变化的合成地震图．研究表明，剪切波在双层各向异性介质中传播时产生的两对分裂剪切波可用一合成分裂因子来描述．由合成分裂因子确定的分裂参数随入射剪切波偏振方向的变化呈现出π／2的变化周期．其结果可用于双层各向异性介质反演研究，对进一步解释板块运移、地幔对流规模、深源地震成因、浅部地震构造及深部力源问题等有参考意义．

轴对称各向异性介质波动方程深度偏移的对称非平稳相移方法

由所建立的三维qP波相速度表示式出发,导出并解析求解各向异性介质中的频散方程,得到三维各向异性介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的对称非平稳相移方法推广到各向异性介质,发展了一个三维各向异性介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.所建立的各向异性介质对称非平稳相移波场延拓算子可以同时适应速度及各向异性参数横向变化;文中给出的算例虽然是针对二维VTI介质的,但所提出的算法同样适用于三维TI介质.

各向异性介质中地震波前面的偏微分方程

从含２１个弹性参数的各向异性介质中关于位移分量ｕｘ、ｕｙ与ｕｚ的偏微分波动方程组出发，通过假定平面波位移函数解，导出准Ｐ波、准ＳＶ波与准ＳＨ波的波前面偏微分控制方程，进而对各类特殊各向异性介质（横向各向同性介质、椭圆及立方体各向异性介质）中地震波前面偏微分方程进行了讨论．以上结果为研究各向异性介质中地震波传播规律以及进行正、反演研究奠定了理论基础．

地球各向异性介质中地震波动理论、检测与应用研究

地下岩石的各向异性主要表现在地震波速度随传播方向发生变化，不同类型体波间相互耦合，横波发生分裂，波速度频散依赖于传播方向等。薄互层与裂隙定向分布等产生视各向异性，它在石油地震勘探、地震预测和岩石圈物理与动力学研究中有极大潜力和应用前景，并受到广泛重视。为此，文中讨论了地震各向异性研究在解决地球科学问题中的重要性与必要性；系统地介绍了中国在地震各向异性研究领域的各个方面，如波动传播、波场激发、数值模拟、偏移与反演成像，以及应用于油气资源探测、深部地球物理研究和地质灾害监测等方面所取得的新进展。结合笔者参加的第八届地震各向异性国际学术讨论会，及ＳＥＧ，ＩＡＳＰＥＩ，ＩＵＧＧ等有关学术会议情况，综述了国际上在该领域内的主要成果与发展动向，分析了国际上各国地震各向异性研究现状及存在问题，并对我国在该领域研究的进一步开展提供了主攻问题与相应建议。

各向异性介质纵波速度分析

速度分析是数据处理和解释中的重要环节,根据各向同性假设的传统速度谱技术已经得到广泛应用,但对于实际资料中存在的各向异性,则需要用各向异性的速度分析方法为各向异性的成像处理提供参数。采用垂直各向同性(VTI)介质的纵波各向异性参数和动校速度分析的方法,分别对理论记录和实际资料进行双参数速度谱扫描方法试验。针对信噪比较低的实际数据,采用先形成超道集,然后再做信号互相关速度谱分析的处理方法。经过理论数据和实际资料的计算,证明该方法可以从纵波的旅行时中同时提取出纵波各向异性参数和动校速度,还可以利用该方法产生沿界面的纵波各向异性参数的曲线图或切片图。

蒙特卡罗方法对各向异性介质辐射特性的模拟

本文提出一种计算含微粒半透明介质辐射特性的蒙特卡罗方法，考虑了微粒群的独立多次散射，直接用米氏相函数考虑微粒的各向异性性质，计算了含微粒层的双向反射率与双向透射率。与实验数据和离散座标法的计算结果比较，吻合良好。

各向异性介质中横波特征的实验研究

本文利用剪切振动的超声换能器作发射声源和接收器，在实验室内观测横波在已知弹性结构的人工复合材料和裂隙细砂岩样品中的传播特征。由实验证实：（1）横波浩复合材料层面或岩样裂隙方向传播时，存在两种速度的横波：其中快横波的偏振方向平行样品的弹性结构方向（层面或走向裂隙），而慢横渡的偏振方向垂直结构方向。（2）当入射横渡（发射器或接收器）偏振方向与样品弹性结构方向平行或垂直时，只能观测到一种横渡（快或慢横波），而在其它方位可同时观测到快、慢横波。快、慢横波的相位与发、收换能器的偏振性能有关，振幅可用方位角或偏振角的三角函数未表示。（3）比较两种样品的弹性结构特征发现，它们具有相同的速度各向异性，但快、慢横波的衰减特性不同。这表明各向异性介质的弹性结构方向控制着速度各向异性，而结构特征影响横波的衰减各向异性。

各向异性介质中褶积微分算子法三分量地震资料的数字仿真

本文通过利用逆傅氏变换技术，得出了一种设计常现微分算子的简易方法，对其截断效应引入汉宁窗加以压制；并将这种褶积微分算子用于各向异性介质中三分量弹性地震波场的数字模拟。这种锯齿状的微分其子具有高阶有限差分算子的相同形式，但较之常规有限差分算子和诸如傅氏变换法、Hartley变换法的伪谱法具有更多的优越性。微分算子节点数仅为5时仍可得到较好的结果．算法精度高于四阶有限差分法，对计算机内存需求低于傅氏变换法。理论模型计算结果表明，该算法无论是对声波还是弹性波波场模拟均为一种快速、高精度的数字仿真技术。

各向异性介质弹性波场成像的Thomsen参数影响研究与分析

基于各向同性介质假设条件的常规地震处理与反演方法已不能满足现今对高精度、微细构造勘探的要求。因此,加深对各向异性介质的研究,了解影响介质各向异性程度的各种因素的特点可以为基于各向异性介质的地震处理与反演提供有利的参考。以表征介质各向异性程度的Thomsen参数作为研究的出发点,分析各参数对地震波场的运动学和动力学特征的影响,了解在各向异性参数变化时弹性波场的响应情况,并对层状横向各向同性介质的地震正演记录与各向异性参数间的关系进行了分析与研究。通过以上数值模拟研究,可进一步加深对影响介质各向异性程度的各种参数的认识,为介质的各向异性参数反演和分析提供有力依据。

各向异性介质中反射率法波场模拟及体波辐射图案

本文从一般各向异性的弹性动力学方程出发，采用反射率法来计算任意各向异性的黏弹性层状介质中的全波场合成地震记录。系统矩阵的特征解是在三维空间计算的，考虑了偏离径向平面的波传播。时间假频由复频率技术来压制，空间假频则通过使用Filon法估计两个波数的积分来避免。文中以裂隙介质和叠层─裂隙复合介质为例，给出了各向异性介质中合成地震记录计算的实用方法，并分析了横波分裂现象及振幅特征。弹性各向异性的能量聚焦会改变入射和反射波前的能量分布，从而使AVO特征发生畸变。本文通过数值和解析方法分析了横向各向同性介质中的体波辐射图案。所给出的近似公式能方便地估计辐射图案畸变对AVO的影响。

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS。经测试,该程序代码并行效率达到87%。根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算。数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性。

各向异性介质中三分量地震记录的FCT有限差分模拟

基于声波或弹性波方程的有限差分方法是数值模拟地震波场或合成VSP地震记录的有力工具。然而传统的有限差分方法在每一波长内采样太少时，会存在严重的数值频微，降低数位结果的分辨率。本文将流体动力学方法中的通量校正传输技术（FCT）与求解各向异性波动方程组的有限差分方法结合，获得了一种适用于求解各向异性介质中二阶声波和弹性波方程的FCT有限差分算法，有效地压制了传统有限差分数值模拟中的数值频微。横向各向同性介质中的波场快照和VSP三分量地震记录合成均表明这种FCT技术和有限差分法的结合不仅能消除粗网格条件下数值频微而引起的伪波动，而且还能有效地压制大梯度变化、间断等所引起的数位解的不稳定。

层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算

在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解析表达式出发,将长导线源进行剖分,通过在每个剖分单元上构造形函数来求解积分表达式。通过模型算例对传统电偶极子叠加算法和形函数积分算法的计算精度及计算效率进行了测试。从测试结果可以看出,无论在场源中远区还是近区,形函数积分算法只需要将长导线源剖分成两个单元就能达到很高精度,而电偶极子叠加算法需要将长导线源离散成大量的电偶极子才能达到相同数值精度,相同数值精度条件下形函数积分算法具有更高的计算效率,且离场源越近计算效率优势越明显。

正交各向异性介质中地震记录的有限差分数值模拟

本文首先介绍了正交各向异性介质弹性波动方程的建立过程，然后讨论了高阶有限差分算法的实现原理、算法的稳定性和收敛性以及吸收边界条件的选取，并对正交各向异性介质作了正演模拟。通过波场快照、共炮点地震记录和ＶＳＰ模拟记录等正演分析。

各向异性介质弹性波传播的三维不规则网格有限差分方法

提出一种新的三维空间不规则网格有限差分方法 ,模拟具有地形构造的非均匀各向异性介质中弹性波传播过程 .该方法通过具有二阶时间精度和四阶空间精度的不规则交错网格差分算子来近似一阶弹性波动方程 ,与多重网格不同 ,无需在精细网格和粗糙网格间进行插值 ,所有网格点上的计算在同一次空间迭代中完成 .针对具有复杂物性参数和复杂几何特征的地层结构 ,使用精细不规则网格处理粗糙界面、断层和空间界面等复杂几何构造 ,理论分析和数值算例表明 ,该方法不但节省了大量计算机内存和计算时间 ,而且具有令人满意的稳定性和精度 .