發(fā)布時間：2017-10-11 04:43

  本文關鍵詞：基于層狀彈性介質的全波地震波場數(shù)值模擬

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【摘要】：地震波場數(shù)值模擬是地震學領域中一項非常重要的技術方法,其對特定地質模型做適當?shù)某橄蟛⑵浜喕癁閿?shù)學模型,采用數(shù)值計算方法獲取地震響應。地震波場數(shù)值模擬的目標就是在地下地質體特征已知的情況下,通過計算得到理論時深關系和時間切片圖。其對于地震數(shù)據(jù)的采集、地震資料的處理和解釋具有極大的輔助作用。地震波場數(shù)值模擬的方法主要包括兩大類,即波動方程法和射線追蹤法。波動方程數(shù)值模擬方法實質上是求解地震波波動方程,其模擬的地震波場中包含了地震波傳播的所有信息。射線追蹤法是將地震波波動理論簡化為射線理論,它主要考慮的是地震波傳播的運動學特征。由于波動方程法是通過對計算區(qū)域網(wǎng)格化來對方程進行求解,因而其計算量比較大,運算速度較慢,此外該方法對計算機內(nèi)存要求也非常高。故本文使用射線追蹤法對地震波場進行數(shù)值模擬。傳統(tǒng)的射線追蹤法主要解決的是P波的射線路徑問題以及其對應的旅行時問題,而對于整個地震波場的地震波衰減以及多次波、轉換波等問題都沒有進行考慮。相較于波動方程數(shù)值模擬方法,射線追蹤法在獲取較高運算速度的同時損失掉了地震波場的動力學信息。本文在使用射線追蹤法進行波場模擬的同時擬加入衰減信息以及追蹤轉換波以彌補射線追蹤法在動力學上的缺陷。論文研究層狀彈性介質模型,主要考慮了兩方面的衰減：透射損失以及球面擴散。在透射損失方面,主要引用了Zoeppritz方程計算反射系數(shù)以及透射系數(shù);在球面擴散方面,論文則結合水平層狀介質對球面擴散因子進行了推導。在射線追蹤方面,本文結合試射法以及彎曲迭代法完成傳統(tǒng)的P波射線追蹤外,考慮到了P波以及SV波在非垂直入射的情況下會產(chǎn)生轉換波。因而對每條非垂直入射的射線同時計算其透射縱波、反射縱波、透射橫波以及反射橫波,進行全波射線追蹤。同時還利用該算法進行了多次波的追蹤。全波射線追蹤改進了傳統(tǒng)的射線追蹤的算法,糅合使用試射法與彎曲迭代法確定射線入射點,同時追蹤同類波與轉換波,一次波與多次波,引入了“四叉樹”對各類波進行數(shù)據(jù)管理,豐富了所追蹤地震波的類型。在全波射線追蹤過程中,于完成射線路徑追蹤以及旅行時計算的同時,對各地層間的射線匹配其反射系數(shù)、透射系數(shù)以及球面擴散因子,完成該段射線的能量衰減的計算。在得到的合成地震記錄中涵蓋了縱橫波信息、同類波與轉換波信息。這樣在取得較高計算速度的同時也獲取了較為完整的合成地震記錄,在模型計算中取得了較好的效果。
【關鍵詞】：全波射線追蹤 透射損失 球面擴散 四叉樹
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P631.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-15
• 1.1 選題依據(jù)和意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 試射法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 彎曲迭代法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 2 射線追蹤的理論基礎15-19
• 2.1 反射定律和透射定律15-16
• 2.2 斯奈爾(Snell)定律16-17
• 2.3 費馬(Fermat)原理17
• 2.4 惠更斯(Huygens)原理17
• 2.5 轉換波17-18
• 2.6 多次波18-19
• 3 彈性波場衰減理論基礎19-26
• 3.1 透射損失19-21
• 3.2 幾何擴散21-26
• 3.2.1 均勻介質的幾何擴散因子21-23
• 3.2.2 水平層狀均勻介質的幾何擴散因子23-26
• 4 模型描述26-30
• 4.1 層狀結構模型26
• 4.2 三次樣條函數(shù)26-29
• 4.3 三維數(shù)據(jù)曲面擬合29-30
• 5 彈性地震波場數(shù)值模擬方法30-45
• 5.1 試射法31-39
• 5.2 彎曲迭代法39-42
• 5.3 全波地震波場射線追蹤方法42-45
• 6 程序設計與對應模塊算例試算45-61
• 6.1 地球物理模型模塊45-46
• 6.1.1 二維地球物理模型模塊45
• 6.1.2 三維地球物理模型模塊45-46
• 6.2 試射法射線追蹤模塊46-49
• 6.2.1 “滑動點”的設計46-48
• 6.2.2 地震道接收射線的存儲48-49
• 6.2.3 射線路徑的確定49
• 6.3 彎曲迭代法射線追蹤模塊49-55
• 6.3.1 射線路徑初值的設定49-53
• 6.3.2 彎曲迭代法修正值53
• 6.3.3 初值鏈表的制作53
• 6.3.4 迭代次數(shù)的設定53-55
• 6.4 試射法與彎曲迭代法射線路徑比較55-56
• 6.5 全波射線追蹤模塊56-58
• 6.5.1 入射點的確定56-58
• 6.5.2 全波射線追蹤數(shù)據(jù)存儲結構58
• 6.5.3 射線與地層交點的計算58
• 6.5.4 “預判”模塊58
• 6.6 波場衰減計算模塊58-61
• 6.6.1 透射損失模塊59
• 6.6.2 幾何擴散模塊59-61
• 7 模型試算及分析61-77
• 7.1 水平層狀模型(追蹤多次波)61-64
• 7.1.1 縱波射線追蹤61-63
• 7.1.2 多次波射線追蹤63-64
• 7.2 正斷層(追蹤轉換波)64-69
• 7.2.1 縱波射線追蹤64-67
• 7.2.2 轉換波射線追蹤67-69
• 7.3 逆斷層(追蹤轉換波)69-77
• 7.3.1 縱波射線追蹤70-72
• 7.3.2 全波射線追蹤72-77
• 8 結論77-78
• 參考文獻78-81
• 致謝81-82
• 個人簡歷82
• 攻讀碩士期間發(fā)表學術論文82

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