粘弹性介质单程波法非零偏移距地震数值模拟与偏移

地震资料分辨率降低,得不到深层介质的精确信息实际上是由于大地吸收效应的影响.同时与双程波动方程相比单程波动方程避免了多次波的干扰并且计算效率高、占用内存少.本文首先基于开尔芬粘弹性介质模型将品质因子与单程波分步傅立叶法波场延拓算子相结合,实现了粘弹性介质波场延拓,从而将单程波弹性介质波场延拓推广到了粘弹性介质.然后在定位原理,数学检波器原理以及等时叠加原理的基础之上实现了粘弹性介质非零偏移距叠前正演模拟.最后将数值模拟得到的正演记录进行弹性偏移和粘弹性偏移并进行对比分析.通过数值算例可以看出,粘弹性介质叠前正演深层的反射波能量减弱,同相轴变粗,频带变窄,主频减小,分辨率降低;粘弹性偏移不但实现了振幅的恢复,而且同时偏移剖面的垂向空间分辨率也得到了提高.

粘弹性介质地震波传播特征及反射特征研究

理想弹性介质并不能解决许多复杂的实际问题。在实际介质中,地震波的传播过程存在吸收作用,使地震波能量发生了损耗、频带变窄、相位延迟、频率降低,尤其是高频部份。这种特性可以用传播矢量和衰减矢量来表示,衰减矢量越大,介质的吸收越强。这里通过引入广义平面波、纵横波品质因子以及衰减角,利用应力应变关系和连续性条件,推导了粘弹性介质精确的Zoeppritz方程,并通过求解精确的Zoeppritz方程,分析了粘弹性介质中传播矢量、衰减矢量、纵波反射系数、转换波反射系数与频率、衰减角、入射角、品质因子、速度等物理量之间的关系,详细地了解了粘弹性介质中地震波传播特征及反射特征,为粘弹性介质中储层预测问题的研究提供了理论基础。

层状粘弹性介质中SH波的反射、透射问题

处理粘弹性介质有两种方法,一种是在运动方程中加入介质的粘滞性因素,另一种是从本构方程入手,建立介质的粘弹性模型。后一种方法在研究介质物理性质上具有直接性,是目前使用较为普遍的处理方法。从本构方程的角度,以波尔兹曼(Bo ltzm ann)叠加原理为基础,建立积分型本构方程,进而建立粘弹性介质波动方程,得到二维粘弹性平面波解,并研究了层状粘弹性介质分界面处平面波的反射、透射问题,计算反射、透射系数CR、CT,同时进行了一定的理论分析。

粘弹性介质中地震波的吸收衰减补偿方法

地震波在地下介质中传播时,高频成分易被吸收。研究地震波的吸收与衰减机制可以部分地补偿被吸收与衰减的地震波成分,但是,实际地下介质的地震波吸收与衰减机制很复杂,非一个简单的数学模型可以充分描述的。尽管如此,地震波的吸收与衰减补偿对提高地质构造和岩性分布反演的分辨率仍有重要意义。地震波的吸收与衰减不但与岩性有关,而且也依赖于传播路径。因此,除了研究常规的单道吸收与衰减补偿方法外,研究沿地震波传播路径的吸收与衰减补偿方法更接近真实情况,补偿更准确。

PML边界条件下二维粘弹性介质波场模拟

在波场模拟中较多使用的有限差分法和有限元法都或多或少地存在一些缺陷,如为了提高计算精度而使运算效率降低,在泊松比变化大的界面存在稳定性问题等。伪谱法是一种计算精度高且计算效率也较高的方法,它是对空间坐标通过快速傅里叶变换在时间域作差分运算,避免了求偏导数;不存在有限差分法和有限元法对高频成分限制的问题,可以实现全频带地震波模拟;对内存容量的需求也远远低于有限差分法和有限元法。为此,采用了伪谱法进行粘弹性介质波场模拟。首先给出了开尔芬粘弹性介质中的波动方程,推导出二维粘弹性介质最佳匹配层(PML)吸收边界条件及其相应的伪谱法计算公式;然后对均匀介质模型进行了模拟,结果表明,该方法的边界吸收效果很好;最后通过数值模拟分析了具有不同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,粘弹性反射波的主频向低频方向移动,高频吸收明显,有效频带变窄,振幅降低。此外,在伪谱法中引入匹配层边界条件后,只需对空间做一维傅里叶变换,大大提高了伪谱法的计算效率。

用改进的摄动理论研究各向异性弱粘弹性介质中的非均匀平面波

提出了慢度和偏振的摄动完全是由平面波非均匀性参数D引起的观点,改进了Cerveny和Psencik提出的计算各向异性弱粘弹性介质中非均匀平面波慢度和偏振的摄动公式,给出了在形式上更为简单的摄动公式。与原有的公式相比,新的摄动公式对均匀平面波是精确的,并且在形式上更加简洁。对一个二维横向各向同性弱粘弹性介质模型,根据新的摄动公式与原有的摄动公式及精确公式,用数值方法分别模拟了平面波(qP,qSV,qSH)沿传播向量方向的慢度虚部Im(σ)和质点振动。比较发现,用新的摄动公式得到的qP和qSV波的慢度虚部Im(σ)和质点振动比原有的摄动公式更精确,而对qSH波两种方法近似效果相差无几。经过综合比较,可以断定新的公式要优于原有的公式。

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。

具有水平对称轴的横向各向同性线性粘弹性介质波场特征

根据具有水平对称轴的横向各向同性 (HTI)线性粘弹性介质特征 ,推导出了本构关系式。使用平面均匀简谐波的方法 ,得到了Christoffel方程 ,利用此方程推导出纵波及快、慢横波的慢度和复速度方程。在此基础上 ,对粘弹性各向异性砂岩和页岩进行了模拟 ,得到相速度、衰减系数和品质因子随频率、方位和入射角的变化规律。模拟结果显示 ,3种波的品质因子和相速度在大于 10Hz的地震频带内随频率的变化基本保持不变 ;而在低频带 ,品质因子趋于无穷大 ,介质基本上接近弹性。纵波的衰减系数在地震频带内基本上呈线性变化 ,而横波的衰减系数在地震频带内除低频外基本保持稳定。

粘弹性介质中输流碳纳米管的动态稳定性分析

应用非局部粘弹性夹层梁模型分析粘弹性介质中输送脉动流碳纳米管的动态稳定性。在经典的欧拉梁模型中考虑了由管道内、外壁上的薄表面层引起的表面弹性效应和表面残余应力,同时考虑纳米管道的非局部效应,得到了改进的欧拉梁模型。用平均法对其控制方程进行求解,得到了管道稳定性区域。数值算例揭示了纳米管的壁厚、粘弹性特性、表面效应及两个介质参数对管道动态稳定性的复杂影响,结论可为纳米流体机械的结构设计和振动分析提供理论基础。

桩在粘弹性介质准静态分析的简便积分方程法

提出桩在垂向力作用下粘弹性准静态分析的积分方程法。该方法在Laplace空间中应用Betti互等定理,分别建立起桩和介质的两组一维非奇异积分方程,运用位移相等和应力平衡条件,求解联立方程,得到应力和位移,再应用Koizumi反演技术获得时域的解。对于常单元插值方案导出了所有积分的解析表达式。与其他方法比较,具有省时和高精度的优点,是分析桩土相互作用的一种有效方法。

延长药包爆炸应力波在线粘弹性介质中传播规律的解析解

采用Laplace积分变换和Miklowitz围道积分法 。

粘弹性介质地震波聚焦成像技术

在复杂地质条件和深层油气资源的勘探中 ,基于声波方程的常规地震勘探技术的局限性日益突出 .作者在以大地介质为粘弹性介质的前提假设下 ,推导出基于三阶波动方程的波场外推公式 ,分析了上行波随传播距离的增加而逐步丢失其高频成分的原因 .并以小波分析为工具 ,提出了粘弹性介质地震波聚焦成像技术 .这种方法不同于Bleistein的线性化方法 ,是通过 1个虚拟的中间波场用多尺度方法去重建真实的地下波场 ,进而成像 .同时 ,利用小波分析的时频局部性特征和优良的去噪功能 ,提高了成像的质量 .通过用常规的处理技术和聚焦成像技术对塔里木盆地实际地震资料进行对比实验 ,结果表明采用新方法取得了较理想的成像效果 ,能够较好地解决沙漠、戈壁等厚低速层覆盖下的地震勘探高品质成像问题 .

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加粘滞性解而得 ,从而克服了视地壳为二元件粘弹性体的Voigt模型或Maxwell模型的缺点。

基于孔隙粘弹性介质的AVO正演模拟及衰减分析

岩石的孔隙度、含流体饱和度、地层品质因子等参数是影响地震波振幅随偏移距变化(AVO)的重要因素。从孔隙介质的基本理论出发,在孔隙介质反射率法弹性波正演模拟的基础上,引入粘弹性介质模型,推导了孔隙粘弹性介质的频率-慢度域反射系数和透射系数表达式,建立了孔隙粘弹性介质反射率法正演模拟方法;采用反射率法求取了孔隙介质中快、慢纵波的反射系数和透射系数,分析了孔隙粘弹性介质的AVO特性和孔隙度、流体类型、品质因子等因素对AVO响应的影响。研究表明:通过慢度/角度转换,采用反射率法得到的反射系数和Zoeppritz方程精确解得出的反射系数基本吻合;气藏模型中的孔隙度和含水饱和度对储层顶、底的AVO特征都有影响,相比之下孔隙度的影响更大;由于粘弹性引起的振幅衰减只与介质本身的粘滞性有关,与顶、底界面的波阻抗差异无关;孔隙介质的参数和粘弹性参数都对AVO响应特征产生影响。

基于声管测量的粘弹性介质动态力学参数辨识方法

提出一种通过声管测量粘弹性覆盖层反射系数,识别粘弹性动态力学参数的方法。分别设计实心覆盖层和圆柱空腔覆盖层,测量实心覆盖层的反射系数可以计算得到粘弹性介质的复纵波声速,测量圆柱空腔覆盖层的反射系数、并结合求解粘弹性圆柱管的特征方程可以获得粘弹性介质的复剪切波声速,进而计算复杨氏模量和复泊松比。最后,对某种橡胶材料进行了声管测试,并对粘弹性动态力学参数的识别结果进行了分析和讨论。

粘弹性介质中波的逆散射问题

本文综合近年来的研究成果 ,评述了InvariantImbedding方法在粘弹性波的逆散射问题中的应用 ,系统地介绍了具有代表性的粘弹性介质中波的逆散射问题及其求解过程 ,特别介绍了对以粘弹性介质的传播算子为基础的反演方法及此方法在非均匀介质的逆散射问题中的应用 .

层状粘弹性介质参数反演的同伦方法

以介质的动态时域位移响应作为参数反演的依据,利用大范围收敛的同伦方法对层状粘弹性介质的材料参数进行了反分析研究.动态时域位移响应比拟静态和频域位移响应含有更丰富的信息,而且在实际工程中所测得的信息也多为动态时域信号,因此将时间全过程的位移信息用于层状粘弹性介质参数反分析,将使反演的结果更合理,更接近实际.为保证迭代稳定性、削弱观测噪声的影响,同伦参数的修正采用了连续化修正方法.以三维层状粘弹性半空间介质为例进行了数值模拟,结果表明,反演结果不依赖于初始值的选取,反算过程稳定收敛,说明对反演参数连续修正的同伦反演方法对于层状粘弹性介质的动态参数反演是适用、有效的.

横向各向同性粘弹性介质中的地震波

在地震波正演计算中,常假设地下介质是各向同性的理想弹性介质或声学介质,而实际介质通常是各向异性和非完全弹性的。本文将讨论在横向各向同性粘弹性介质(TIVM)中传播的地震波波动方程,地震体波的相速度、群速度、能速度、极化角和品质因子等性质。理论与计算结果都表明:各向异性粘弹性介质中的地震波特性比理想介质复杂,且有其独特的性质。

粘弹性介质中逆散射问题的求解方法

本文讨论了一维粘弹性介质中的逆散射问题,给出了两种反演粘弹性介质松弛模量的方法。这两种方法只利用了介质层一侧波的反射数据,其中一种方法只需已知一个走时来回时间内的反射数据就可以确定介质的松弛模量在任意时刻的值。文中最后给出了数值算例,可以看出,数值反演的结果与初始给定的松弛模量吻合得很好。

具有不规则自由表面的粘弹性介质中声波模拟的有限差分算法

声波在具有不规则自由表面的粘弹性介质传播的数值模拟工作在地震勘探,地震预测中非常重要,特别是当模型有起伏的自由界面和较强的衰减特性时更是如此。基于镜像方法和直接方法,本文发展了一种二维有限差分算法,可以模拟不规则自由表面引起的声波散射问题。该方法将自由表面条件与速度应力方程结合求解粘弹性波动方程,在垂直和水平自由段及拐点处设置相应的边界条件。该方法假设自由表面穿过剪切应力和相应参数的网格点。为了提高计算精度,分别计算了水平和垂直方向上应力镜像值,而对质点速度,采用先水平方向后垂直方向分析进行镜像计算和更新。将粘弹性水平自由表面镜像方法和不同倾斜度平滑自由表面的改进方法的数值结果进行对比,并验证了算法的精度。