三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论，给出了三维双相各向异性介质应力一速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法，并对三维双相各向异性（TIH）介质中弹性波场进行了模拟。结果表明，弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2，并清楚地观测到。T横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象。快纵波在固相和流相中的相位相同；而慢纵波在固相和流相中的相位相反，即慢纵波在流相中振幅大，而在固相中的振幅较小。另外，三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的。     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力-速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟.结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象.快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的.     

地震波震源加载方式对波场特征的影响

目的地震波场数值模拟中,研究胀缩源、集中力源、剪切源在各向异性介质中引起的波场特征。方法采用MPML吸收边界,详细地分析了3种震源的加载机理,基于交错网格高阶有限差分法的波动方程进行数值模拟。结果不同震源在介质中对波场类型、偏振方向、各分量的能量分配等特征有较大的影响。结论结果对横波分裂的研究和野外观测系统的震源研究有一定的理论指导意义。     

黏弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了黏弹性HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出黏弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出:特殊分量法在给定传播方向N的情况下提供了一种更为简单的求取无约束黏弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了黏弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了黏弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在黏弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。     

裂隙介质中地震波传播特征近似

地震波传播的精确表达式能够精确表达地震波在介质中的传播特征,但由于表达式较复杂,为一些参数隐性表达式,这不利于参数反演,因此有必要研究其近似的线性表达式,以便进行参数反演,准确探测地层结构。在扰动法求解Christoffel方程,得到弱各向异性条件下qP、qS相速度、群速度近似表达式的基础上,依据介质模型坐标与观测坐标,各种介质弹性系数矩阵关系式推导出裂隙介质中地震波相速度、偏振向量及群速度的近似表达。数值计算结果表明,当各向异性系数在0.3以内时,对一般裂隙各向异性介质都适用,且具有较高的精度,在各向异性系数大于0.3时,纵波(P波)仍然具有较高的精度,但横波(S波)的误差增大到50%,主要是因为扰动解是在弱各向异性条件下推导的,因此在介质各向异性系数较小的情况下,为地震波速度分析及参数反演奠定了基础。     

三维各向异性介质中弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟

三维数值模拟是研究各向异性介质中复杂弹性波波场特征和传播规律的重要手段。根据Taylor展开式,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度有限差分近似式和相应的差分系数计算式,给出了三维各向异性介质中弹性波一阶双曲型应力速度方程交错网格任意偶数阶精度差分格式和稳定性条件,并推导出了三维各向异性介质PML法吸收层边界条件公式和相应的交错网格差分格式。对方位各向异性介质模型和正交各向异性介质模型中弹性波的传播进行的三维数值模拟结果表明,弹性波在三维各向异性介质中传播时存在拟P波、拟SV波和拟SH波,并出现横波分裂、横波分裂盲区、波面三分叉等特殊现象,另外,弹性波场在空间是变化的,其拟P波、拟SV波和拟SH波的耦合关系比较复杂。     

三维各向异性介质中弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟

三维数值模拟是研究各向异性介质中复杂弹性波波场特征和传播规律的重要手段。根据Taylor展开式，推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度有限差分近似式和相应的差分系数计算式，给出了三维各向异性介质中弹性波一阶双曲型应力-速度方程交错网格任意偶数阶精度差分格式和稳定性条件，并推导出了三维各向异性介质PML法吸收层边界条件公式和相应的交错网格差分格式。对方位各向异性介质模型和正交各向异性介质模型中弹性波的传播进行的三维数值模拟结果表明，弹性波在三维各向异性介质中传播时存在拟P波、拟SV波和拟SH波，并出现横波分裂、横波分裂盲区、波面三分叉等特殊现象，另外，弹性波场在空间是变化的，其拟P波、拟SV波和拟SH波的耦合关系比较复杂。     

任意裂隙方位双相HTI介质的地震波方程及正演模拟

基于BISQ方程的高频极限,导出了适用于任意方位角的双相HTI介质波动方程,推导了该方程在交错网格空间中求解的高阶有限差分格式和对应的完全匹配层(PML)吸收边界条件,实现了该类介质的地震波场正演模拟。模拟结果表明,该方法能准确模拟地震波在双相HTI介质中的传播过程,得到高精度的波场快照和合成记录。分析得出:在双相各向异性介质中,弹性波的传播仍表现出各向异性特征;孔隙度、粘滞系数和固液耦合密度主要影响慢纵波的振幅和形态。     

方位各向异性介质的多尺度有限差分法波场模拟

采用以裂缝走向为方位角的方位各向异性介质模型可以较好地描述裂缝性油气藏的实际情况,对弹性波在此介质中的传播过程进行准确的数值模拟有助于提高油气开采的准确程度。该文采用紧支集正交小波基对空间域进行多尺度离散,采用二阶精度有限差分算子对时域离散,推导得到了多尺度有限差分方法正演模拟的递推公式,并实现了相应的波传过程数值模拟。数值结果准确地反映了方位各向异性介质中波场的变化过程,可以清晰地观察到横波分裂和方位特征差异等现象。     

沙漠区地震资料近地表吸收补偿方法研究

西部沙漠区地震勘探中,松散的近地表沙层导致了地震波能量,特别是高频成份严重吸收衰减,对此缺少针对性地震处理技术。为了消除近地表对地震波传播的影响,探讨了一种利用黏弹性波动方程波场延拓进行吸收衰减补偿的技术。通过微测井测量数据确定适合于工区的近地表黏弹介质模型,利用初至约束层析反演建立近地表速度模型;并根据近地表速度与品质因子的关系转换为近地表品质因子模型。最后通过基于黏弹介质的波场延拓将地表接收到的地震波下延到高速层顶,从而达到恢复地震波高频信息及拓宽有效频带的目的;该技术在实际资料应用后能有效拓宽频带10 Hz以上,取得了明显的效果。     

基于双孔模型的含流体各向异性介质地震波场数值模拟

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝密度、有效压力和频率均有重要联系。基于衰减各向异性理论,推导了含流体各向异性介质二维三分量应力-应变关系,结合旋转交错网格有限差分法,通过数值模拟给出了双孔介质中地震波的传播规律,结果表明裂缝密度的增大能够显著地增强介质的各向异性,使得q P波和快慢q S波垂直或平行于裂缝面的波前面均更接近椭圆,且流体的存在能够对q P和q S波相速度造成较为显著的衰减。     

利用非线性最优化方法构建近似常Q黏弹模型

目前通常采用的黏弹模型在描述介质品质因子对频率的依赖关系方面存在不足。基于广义标准线性固体,利用黏声或黏弹介质的品质因子公式建立超定非线性方程组,采用属于非线性最优化方法的Levenberg-Marquarat算法求解方程组来拟合近似常Q模型,并模拟二维均匀模型的地震响应,简要考察黏弹性的影响。该方法不用任何近似或假设,所得结果更精确,而且可以求解病态问题。拟合及模拟结果表明:Levenberg-Marquarat方法可以较精确地构建近似常Q模型,采用两个组元就已足够;黏弹性对地震波的振幅和频谱有显著影响,实际应用中应当考虑。     

粘弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了粘弹性HTI介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出粘弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出：特殊分量法在给定传播方向 的情况下提供了一种更为简单的求取无约束粘弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了粘弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了粘弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在粘弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。     

粘弹性波动方程正演和偏移

理论和实际研究均表明大地介质属于非完全弹性介质,它是具有粘滞性的粘弹性体,地震波在大地中传播时,质点的震动能量转化为其他各种形式的能量,这种能量的转化使地震波在粘弹性介质中传播时,其高频成分很容易被吸收,振幅近似按指数规律衰减,波形和相位失真.作者从二维粘弹性波动方程出发,在频率波数域内导出了粘弹性波动方程的正演和偏移算法.根据设计的地质模型,分别对粘弹性介质和弹性介质中的点状绕射源进行正演模拟,模拟结果表明介质的粘滞性对地震波予以吸收和衰减;将粘滞性介质中点状绕射源的正演结果,分别用粘弹性波动方程偏移算法和弹性波动方程偏移算法进行偏移模拟,并予以对比分析,其结果进一步说明了对实际介质中地震波的吸收和衰减作用的处理效果,证明了所得算法的准确性和有效性.     

二维粘弹介质五点八阶超紧致有限差分声波方程数值模拟

本文首次将五点八阶超紧致有限差分格式(CCD8)用于粘弹介质声波方程的数值模拟中。此文根据泰勒级数展开粘滞声波方程,建立了位移场时间二阶离散格式,将CCD8用于对位移场空间导数的求取。然后,对CCD8格式进行稳定性研究,频散的压制效果对比分析,及截断误差对比。将CCD8格式运用于均匀介质模型以及水平层状介质模型中进行数值模拟,最后运用于对Marmousi模型的数值模拟中。研究结果表明：(1)CCD8与普通八阶紧致差分相比,具有更小的截断误差、更高的模拟精度以及低数值频散的优势；(2)CCD8具有较高稳定性；(3)采用完全匹配层(PML)对人工边界进行处理后对均匀介质、含有层状介质以及Marmousi模型进行粘弹声波方程的数值模拟,发现模拟效果不错,从而验证了方法的实用性和有效。     

波动方程双程地下方向照明分析

根据地震数据采集系统，对炮点和检波点位置上的波场分别应用波动方程波场传播和波场局部角度域分解方法得到角度域波场，提出一种在角度域进行双程地下方向照明分析的定量方法，并把它应用于SEG（Society of Explomtion Geophysicists）-EAGE（European Association of Geoscientists ＆ Engineers）二维盐丘模型．地下方向照明的定量信息是入射和反射地震波能量在地下各种构造倾角方向上分布的反映．通过这些信息不仅能评价采集系统对地下目标体的效率，而且还能分析地下结构对地震波传播路径的影响，并可对波动方程叠前深度偏移成像效果进行综合评价．     

基于波动方程的Ansys模型黏弹性边界条件研究

 研究了应用Ansys 有限元软件进行地震波场数值模拟的边界条件问题,提出一种基于波动方程的Ansys 模型黏弹性边界条件构建方法。由波动方程推导并建立了黏弹性边界条件的理论基础,在Ansys 模型中选用带阻尼的Combin14 单元作为加载有限元,采用APDL 代码成功地将黏弹性边界条件施加于Ansys 模型中。对模型进行实例计算,在模型边界设置虚拟检波器,加载Ricker 子波震源,提取计算后的波场快照和时间记录进行对比,结果显示,所施加的黏弹性边界条件可以很好地吸收边界反射波,表明了该方法所构建的Ansys 模型黏弹性边界条件的有效性。     

碳酸盐岩生物礁地震响应特征的数值模拟

针对碳酸盐岩生物礁储层具有较强非均质性的特点,利用叠前黏弹性波动方程正演数值模拟方法,模拟了碳酸盐岩生物礁、滩的地震响应特征,为地震资料识别生物礁储层提供依据.模拟结果显示,在生物礁两侧出现上超反射,礁顶明显见披覆现象,在礁体内部产生S形前积反射、弱反射或杂乱反射,在礁前缘斜坡相外形呈楔状且礁底为下超反射终止.此外,礁体顶底界反射产生极性反转,底部反射同相轴可能出现上凸或下凹现象,而深度域成像剖面可以消除上凸或下凹现象.     

低频伴影技术在生物礁油气储层预测中的应用

含油气岩石对地震波的能量有衰减作用。当地震纵波穿过含油气地层时,波的能量将产生较大的频率衰减,在储层下方会出现低频强振幅的"低频伴影"现象。在低频率段,"低频伴影"特征明显,"低频伴影"的地震波反射能量较储层的地震波反射能量强。在高频率段,"低频伴影"的地震波反射能量较储层的地震波反射能量弱并随着频率升高逐渐减弱。选择川东北SYB1井区对"低频伴影"技术在生物礁油气储层预测中的应用进行研究,通过SYB1井和SYBc1井两口钻井的应用特征对比,有效结合"低频伴影"技术在含油气储层预测中的识别标志,得出"低频伴影"技术进行生物礁油气储层预测的适应性,证明了方法的正确性,为同类型油气储层预测工作提供参考依据。     

复杂目标浅层地震反射法观测技术

系统地研究了复杂介质条件下浅层地震反射法探测中,多次覆盖、最佳时窗、最佳偏移距及极小偏移距等观测技术在探测复杂目标特别是小目标时存在的局限性;研究了如何获取和识别浅层特别是超浅层介质中复杂目标的有效反射波、提高分辨率的问题．此外,针对水平层状介质模型的理论时距曲线,分析了最佳时窗技术应用中最佳偏移距选择的问题,对水平薄层模型的3种等偏移观测曲线进行了比较分析．针对浅层反射法探测的特点,提出了一种新的反射波观测技术--多偏移距等偏移观测方法。以提高浅层反射波法分辨复杂目标的能力,这对于增强浅层地震反射法解决浅层特别是超浅层介质探测的适应性有重要的理论意义和实际意义．实践结果表明,这种方法是行之有效的．