地震波传播的哈密顿表述及辛几何算法

地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程 ,而在实际应用中 ,常在无能量损耗假设下 ,用弹性波动方程或标量波动方程描述它 .在哈密顿 (Hamil ton)体系表述下 ,地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程 .若不计能量损耗 ,波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换 ,因而对应的数值算法应为辛几何算法 .本文首先从地震波标量方程出发 ,给出哈密顿体系下地震波传播的表述 ,即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的 .随后 ,把波场在时间和相空间离散化后 ,给出了用于波场计算的一些辛格式 ,如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式 .并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同 .然后 ,应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录 .数值结果表明 ,辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法 .在时间步长较小时 ,有限差分方法是辛算法的一个很好近似 .文中的理论和方法 。

地震波传播速度原位试验及计算

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场的顶底板中布设微震监测台网,对测区内的校验炮微震信号进行了原位采集实验。分别采用组合法、走时残差优化法、定位误差优化法、定位残差优化法和联合反演法进行了地震波速度的优化计算。通过计算结果的对比分析,认为定位误差优化法计算结果最可靠,定位残差优化法计算结果是不可靠的;这一结论对于缺少校验数据情况下的速度选取具有重要意义,也证明了在存在速度误差的情况下,走时残差最小并不能保证可靠的定位精度;在缺少原位试验数据情况下,速度和震源参数的联合反演结果,对速度参数的选取具有重要意义。通过对顶、底板地震波传播速度分析计算,认为煤层和巷道是造成底板地震波平均速度较低的原因。

叠前弹性波逆时深度偏移及波场分离技术探讨

这里探讨了Sun和McMechan提出的叠前弹性波标量逆时深度偏移方法,即在地表附近,对地表接收到的弹性波波场分量进行波场逆时延拓,然后分别对在波场延拓过程中通过波场分离得到的纯纵、横波反射波场进行偏移。在模型中,每个网格点的纵、横波成像时间,为震源到该网格点的纵波初至时间。利用纵波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对反射纵波进行逆时延拓和成像,利用横波速度模型和声波传播方程的有限差分解,对转换横波进行逆时延拓和成像,并在偏移前进行极性校正。然后,在Sun和McMechan偏移成像方法的基础上,提出了直接偏移成像方法,即对地表接收到的弹性波波场分量在整个模型范围内进行波场逆时延拓。在波场延拓过程中,对符合成像条件的网格点进行波场分离、偏移成像和转换波极性校正。最后,通过数值模拟对二种偏移成像方法的结果进行了比较。

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。

横向各向同性介质中地震波旅行时的计算

本文对 Eduardo L Faria和 Paul L Stoffa提出的在横向各向同性介质中计算地震波初至旅行时的算法做了改进。利用地震波传播的互换原理 ,将算法推广到用于计算反射纵波和反射转换横波的旅行时。本文提出的算法采用差分网格剖分介质计算区域 ,对于介质参数发生突变或介质分界面变化复杂的情况都具有很好的适用性 ,计算结果不存在阴影区 ,且具有较高的精度。本算法可以计算各向同性介质和横向各向同性介质中直达波、反射波和透射波的旅行时 ,并用来模拟地面地震勘探、VSP、井间地震。

弱各向异性介质地震波传播特征分析

随着油气田勘探精度要求越来越高,各向异性已成为不得不考虑的重要因素,因此对地震波在各向异性介质中传播特征的研究具有一定的价值。利用Thomsen提出的弱各向异性理论,通过理论模型数值计算,分析了Thomsen各向异性参数对弱各向异性VTI介质中三种体波的影响。分析结果表明:①参数ε、δ分别影响qP波大角度、中小角度传播的各向异性;②参数(ε-δ)影响qSV波中等角度传播时的各向异性;③参数γ影响qSH波大角度传播的各向异性,且群速度的各向异性要比相速度的各向异性更明显,并会出现复杂的交会区。通过这些研究分析,进一步认识了弱各向异性介质相速度及群速度随各向异性参数变化的规律。

汶川地震中隧道结构的震害分析

汶川地震中,地下结构特别是隧道这一长线型结构震害严重。参照汶川地震中两条严重受损隧道的地形地貌、地质构造、围岩特征、断面及支护参数等相关资料,利用隧道结构的地震破坏机理,对其破坏形态进行理论分析,研究破坏产生的原因。研究发现除了震中距、地震波入射方向、隧道结构形式、基岩交界面、施工情况等因素外,特殊地段没有采取特殊的支护或加固措施,是造成隧道破坏的关键,尤其是当隧道遇到断层破碎带、不稳定边坡、高地应力区等不良地质环境时,地震对隧道的惯性力破坏及地基失效破坏作用巨大。因此,进行抗震设计时应采取具有针对性的支护设计方案,防止由于局部破坏,影响整条隧道的正常使用。

粘弹性介质地震波传播的褶积微分算子法数值模拟研究

早期的褶积微分算子法都是基于正反傅立叶变换而实现的,其精度比四阶有限差分稍高。本文将计算数学中的Forsyte广义正交多项式微分算子与褶积算子相结合,构建了一个新的快速、高精度褶积微分算子,其计算结果非常接近实验函数微分的精确值,精度与l6阶有限差分相当。粘弹性波动方程更真实地描述了实际地下介质中弹性波的传播规律及其波场特征。本文以二维粘弹性波动方程为例,推导了粘弹性介质波动方程的离散格式,用迭积微分算子法实现了粘弹性介质的地震波场正演模拟,并对其波传播特征进行了分析。计算结果表明该算法能正确模拟粘弹性介质中的地震波,正确地反映粘弹性介质中波场的传播规律。

基于广义Radon变换的共反射面元叠加方法

传统共反射面元(CRS)叠加方法是通过数据驱动的策略,在超共中心点道集(或称为CRS道集)内通过相关分析搜索得到初始属性参数组,然后对这组参数进行优化处理实现得到实现的。但是上述实现策略导致了传统方法中计算效率比较低的问题。基于共偏移距剖面,并结合广义Radon变换与倾角分解共反射点(CRP)叠加方法,得到了一种实用的基于广义Radon变换的共反射面元(GRT)CRS叠加实现方法。基于理论数据的测试表明,GRTCRS方法有效地提高了CRS叠加的计算效率和计算精度,在理论数据上的试验证实了该方法的有效性。

二维非均匀各向异性介质中地震波运动学问题的正演模拟

在各向异性介质中,地震波的传播速度随着波传播方向的不同而存在差异。各向异性的研究对于岩性地震勘探等工作的开展是有一定的理论和实际意义的。 在本文中,作者阐述了各向异性介质波动射线方法的基本原理,并利用波动射线法研究了二维非均匀的各向异性介质中地震波的运动学问题。

用相关分析法提高波速测量精度

本文尝试利用相关分析法 ,计算回波之间的相关系数 ,以确定反射波之间的走时 ,从而提高波速测量精度 .实测表明 。

用地震定位方法研究矿山爆破中的地震波传播速度

综合叙述了地震定位方法研究地震波传播速度的3个步骤:走时方程线性化,解线性方程组以及将计算结果作为预设初始值利用Powell算法进行优化。分析讨论了3种检波器典型几何分布的观测系统,得出检波器十字型分布观测系统精度最高的结论。并将检波器十字型分布观测系统应用到野外矿区实际地震资料采集中,利用矿山施工时的爆破作为震源。此次研究,所用检波器数目多,分布范围广,所得结果精度高。

弹粘边界的平面波反射/折射系数的数值计算和分析

文章分析研究了弹粘边界的平面波的反射/折射系数,为用地震勘探数据进行反演分析以便更为准确地寻找油气藏提供了一种新方法。并在粘弹性介质边界条件的基础上,研究了入射角、介质的各向异性、粘性和平面波的频率对地震反射/传输系数的影响,以平面波在边界上位移连续和应力法向连续的两个边界条件为基础,建立了四个关于反射/折射系数的方程,解出了粘性边界条件下的反射/折射系数。利用Matlab进行了数值模拟,找出了在粘性边界条件下,影响反射/传输系数的主要因素。

复杂介质中地震波传播的数值模拟

提出了复杂介质中地震波传播数值模拟的有限体方法,有限体方法具有与有限元方法相同的网格剖分的灵活性,但计算工作量和存储量少得多。数值结果表明了算法的有效性。

横向各向同性介质中地震波的模拟

研究了各向异性介质中弹性波波动方程虚增法求解的稳定条件，应用虚谱法模拟两种常见震源（压力源和剪切源）在横向各向同性介质（ＰＴＬ，ＥＤＡ）中激发的波场和力源作用于横向各向同性介质时的ＶＳＰ记录。结果表明，当满足稳定条件时，虚谱法可有效模拟ＰＴＬ和ＥＤＡ介质中的地震波传播，其模拟结果可帮助我们进一步认识各向异性介质中地震波的传播规律。

含油水各向异性孔隙介质中地震波传播方程

油气勘探的重点是寻找油气储层的分布 ,而地下油气的存在必然对地震记录产生影响。传统的地震波理论是建立在纯弹性固体基础之上 ,没有考虑固体中所含的流体 ,因此 ,它难以研究含油水岩石的物理性质 ,如岩石的渗透率和孔隙度、油水粘度。从固、液介质系统能量和本构方程出发 ,推导出固体、油相和水相的动力学方程 ,进而建立起含油水两相流体各向异性孔隙介质的地震波传播方程。该方程包括有岩石和油水的物理参数 ,更适合于油田的勘探和开发。

永3区块油藏模型粘弹性波方程正演模拟研究

针对永3区块砂泥岩互层、小断层及微幅构造等地质特征,设计了相应的地质模型,利用粘弹性波动方程数值模拟方法进行井间地震波场模拟。模拟数据的上行反射波成像剖面与地质模型吻合较好。

山地地震资料处理方法研究及应用

因山地地表复杂，地震采集难度大，原始资料品质差，地震成像的质量严重制约了山地地区的勘探。山地地表的特点包括：①地表起伏较大，山体陡峭，沟壑纵横；②表层地质结构复杂，横向变化快。资料采集存在的主要问题包括：①信噪比低，干扰波发育；②低降速带横向变化快，静校正问题严重，这都给地震成像带来了较大的困难。文中以广西桂中山地地震资料为例，针对低信噪比和静校正这两大关键问题，首先采取叠前多域迭代去噪的思路，其次采用适合该地区的层析反演静校正，消除长波长静校正的影响，最后采用多种剩余静校正的组合方法和速度分析相结合的思路．来不断提高速度分析的精度。并逐步消除静校正的影响。实际资料处理效果表明，该方法是合理、有效的。

运用Hartley变换模拟地震波在正交各向异性介质中的传播

在地震传播理论中,地震波场的正演数值模拟一直是研究的热点。而在正演数值模拟方法的研究中,计算精度和计算效率是评价此方法的有效性及优越性的二个关键问题。伪谱法在计算精度与计算效率方面优越性十分明显,常用的有Fourier变换法和Hartley变换法;虽然Hartley变换法在求取导数时较Fourier变换法复杂,但由于Fourier变换法的计算同时涉及复数的实部与虚部,在计算速度和占用内存方面不如Hartley变换法。这里详细地阐述了利用Hartley变换求解正交各向异性介质波动方程的数值方法,并模拟了多种正交各向异性介质模型,对比分析了地震波在各向同性介质与正交各向异性介质中的传播差异。结论表明,该方法能正确、高效、直观地反应地震波在正交各向异性介质中的传播规律。

双相介质和弹性介质混合模型的有限差分声波模拟

实际的油气藏是由致密的盖层、基底(理想弹性介质)和储集层(含流体多孔介质)组成。本文给出了一种混合有限差分算法,用声波方程描述波在弹性介质中的传播特性,用 Biot 的 P波方程描述波在含流体多孔介质中的传播特征。数值模拟结果表明,该算法既能精确地描述实际油气藏中的波的传播特性,又能节省计算机内存和机时。