發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 19:32

【摘要】：地震波場數(shù)值模擬是認(rèn)識和研究地震波在地下介質(zhì)中傳播的重要途徑,同時(shí)也作為一種重要方法來研究復(fù)雜區(qū)域的地震數(shù)據(jù)采集、處理以及解釋。在我國西部黃土塬、沙丘及山地環(huán)境下進(jìn)行地震勘探,由于近地表地形的強(qiáng)烈起伏,加之地下構(gòu)造的復(fù)雜性,使得精準(zhǔn)計(jì)算靜校正量、客觀識別地震波、乃至實(shí)現(xiàn)精確地下目標(biāo)的地震成像,都成為具有挑戰(zhàn)性的難題。因此,研究適用于復(fù)雜構(gòu)造復(fù)雜介質(zhì)的地震波場數(shù)值模擬的算法是具有一定現(xiàn)實(shí)意義的。地震波旅行時(shí)層析成像是一種重要的反演算法,它將觀測得到的地震波旅行時(shí)和射線路徑作為已知信息,利用模型重建算法來反演地下介質(zhì)構(gòu)造、速度分布以及彈性參數(shù)等重要信息。地震初至波具有易識別,易追蹤的特點(diǎn),在井間地震或近地表速度分析以及起伏地表靜校正中有著明顯的優(yōu)勢。初至波攜帶了淺地表附近豐富的信息,能夠在一定程度上反映出淺地表附近不同深度不同位置處的構(gòu)造和速度參數(shù)分布。因此利用地震初至波旅行時(shí)層析成像可以為高精度地震成像提供更有效、更精確的淺層地震速度,這將在一定程度上提高地震勘探的準(zhǔn)確性。本文主要研究了起伏地表復(fù)雜介質(zhì)中地震波場正演和起伏地表?xiàng)l件下的地震初至波旅行時(shí)層析成像的問題。以期,為復(fù)雜區(qū)域高精度地震成像提供可靠的速度信息。為了提高在起伏地表和復(fù)雜構(gòu)造條件下地震波旅行時(shí)的計(jì)算精度和效率,對完全矩形網(wǎng)格剖分的旅行時(shí)線性插值(Linear traveltime interpolation簡稱LTI)射線追蹤算法進(jìn)行了改進(jìn),提出用矩形網(wǎng)格和不規(guī)則四邊形網(wǎng)格相結(jié)合的方法離散速度模型,對適用于矩形網(wǎng)的局部旅行時(shí)計(jì)算公式進(jìn)一步推導(dǎo),得到適用于混合網(wǎng)的局部旅行時(shí)計(jì)算公式,并證明了該公式可穩(wěn)定求解。結(jié)合分區(qū)多步計(jì)算技術(shù)將該方法擴(kuò)展為基于混合網(wǎng)的分區(qū)多步LTI方法。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,該方法不但可以靈活地處理劇烈起伏的地表和構(gòu)造復(fù)雜的速度界面,而且旅行時(shí)和射線路徑的計(jì)算結(jié)果能保持較高的精度。為了將混合網(wǎng)格的LTI算法拓展到復(fù)雜介質(zhì)中,需要對混合網(wǎng)格LTI算法中的局部旅行時(shí)計(jì)算公式進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo),從而將復(fù)雜介質(zhì)中的群相關(guān)系體現(xiàn)在局部旅行時(shí)計(jì)算公式中。首先將群速度與群角的關(guān)系式變換成插值點(diǎn)與群速度的關(guān)系式,通過推導(dǎo),得到一個(gè)關(guān)于插值點(diǎn)坐標(biāo)與群速度的隱函數(shù),不能直接求其解析解,因此利用二分法循環(huán)求解,就得到了適用于起伏地表復(fù)雜構(gòu)造的混合網(wǎng)格LTI算法的局部旅行時(shí)計(jì)算公式。將適用于起伏地表復(fù)雜構(gòu)造的混合網(wǎng)格LTI算的局部旅行時(shí)計(jì)算公式與分區(qū)多步計(jì)算技術(shù)相結(jié)合,使得該算法可以計(jì)算起伏地表復(fù)雜介質(zhì)模型中的多種類型地震波的旅行時(shí)。通過與有限差分算法、分區(qū)多步快速步進(jìn)(FMM)算法和分區(qū)多步不規(guī)則網(wǎng)格最短路徑(ISPM)算法的計(jì)算結(jié)果對比,以及復(fù)雜構(gòu)造模型的試算,說明該方案是比較準(zhǔn)確的,且對復(fù)雜構(gòu)造模型有良好的適應(yīng)能力。將混合網(wǎng)格LTI算法計(jì)算得到的地震初至波旅行時(shí)作為觀測值,利用LSQR算法迭代求解方程得到了整個(gè)模型的慢度向量,從而實(shí)現(xiàn)了起伏地表?xiàng)l件下地震初至波旅行時(shí)層析成像,經(jīng)過多組理論模型試算及結(jié)果分析,驗(yàn)證了本文提出的正演算法具有一定的實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P631.4
【圖文】：

行 P 波波前在第四個(gè)分區(qū)內(nèi)傳播；（f）表示層間多次波射線路徑圖 3.18 給出了在圖 3.17(a)的模型中模擬的單炮合成記錄。在合成記錄中可以看到初至波、分別來自于第 I、II 波阻抗界面的一次反射 P 波和圖3.17(f)所示的多次反射 P 波。

圖 4.8 單炮合成記錄4.4.4 帶地形的 VTI 介質(zhì) Marmousi 模型多次波模擬圖4.9顯示了在人為劃定劇烈起伏地表和兩條反射界面(圖4.9(a)中加粗的黑色實(shí)線)的 Marmousi 模型和 Thomsen 參數(shù) 、 和 γ（如表 4.3 所示），構(gòu)成的一個(gè)帶地形的 VTI介質(zhì) Marmousi 模型。在(2500m，-500m)處單炮激發(fā)，101 接收(圖 4.9 中僅顯示了 11 道)的的多次反射 P 波波前在各個(gè)分區(qū)中的擴(kuò)展過程以及射線路徑(紅色等時(shí)線和射線路徑為在 VTI 介質(zhì)中所計(jì)算，黑色等時(shí)線和射線路徑為在各向同性介質(zhì)中所計(jì)算)。從圖4.9(b)～4.9(e)可以看出，地震波波前在 VTI 介質(zhì)中和各向同性介質(zhì)中傳播時(shí)，每一個(gè)時(shí)刻的波前總在垂直方向上相切的，這是由于 VTI 介質(zhì)的對稱軸與垂向的夾角為 0

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 崔巖;王彥飛;;基于初至波走時(shí)層析成像的Tikhonov正則化與梯度優(yōu)化算法[J];地球物理學(xué)報(bào);2015年04期

2 趙后越;張美根;;起伏地表?xiàng)l件下各向異性地震波最短路徑射線追蹤[J];地球物理學(xué)報(bào);2014年09期

3 侯爵;張忠杰;蘭海強(qiáng);馬婷;王們;徐濤;滕吉文;;起伏地表下地震波傳播數(shù)值模擬方法研究進(jìn)展[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2014年02期

4 桑運(yùn)云;孫軍曉;焦淑萍;金艷萍;陳院生;;起伏地表下基于拋物插值的最短路徑射線追蹤[J];石油物探;2014年02期

5 李曉玲;白超英;胡光義;;起伏層狀TI介質(zhì)中多次波射線追蹤[J];石油地球物理勘探;2013年06期

6 李慶春;葉佩;;初至波與反射波旅行時(shí)多尺度漸進(jìn)聯(lián)合層析成像[J];石油地球物理勘探;2013年04期

7 葉佩;李慶春;;旅行時(shí)線性插值射線追蹤提高計(jì)算精度和效率的改進(jìn)方法[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版);2013年01期

8 白海軍;孫贊東;王學(xué)軍;;基于波前構(gòu)建法的TTI介質(zhì)射線追蹤[J];石油地球物理勘探;2011年S1期

9 馬德堂;朱光明;范廷恩;;二維TTI介質(zhì)中初至波旅行時(shí)的搜索算法[J];石油地球物理勘探;2011年05期

10 黃國嬌;白超英;;二維復(fù)雜層狀介質(zhì)中地震多波走時(shí)聯(lián)合反演成像[J];地球物理學(xué)報(bào);2010年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 黃雪源;基于波動方程的地震層析成像應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2016年

2 孫章慶;起伏地表?xiàng)l件下的地震波走時(shí)與射線路徑計(jì)算[D];吉林大學(xué);2011年

3 張鐵強(qiáng);地震屬性及其對實(shí)際數(shù)據(jù)的應(yīng)用[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

本文編號：2770268