本文關(guān)鍵詞：復雜介質(zhì)粘彈性波數(shù)值模擬技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在地震勘探領(lǐng)域,二維勘探獲得的地質(zhì)信息不全,不能完整的描述地震波在整個地層中的傳播規(guī)律。由二維向三維勘探發(fā)展,能有效提高地震勘探的精度。在地震波數(shù)值模擬中通常假設地層介質(zhì)是均勻和完全彈性的,但地震波在實際地層中傳播時,能量由淺層到深層是逐漸衰減的。這是因為實際介質(zhì)通常是非完全彈性、各向異性和物性參數(shù)可連續(xù)變化的非均勻介質(zhì),具有粘滯吸收衰減作用,比理想的完全彈性介質(zhì)要復雜得多。將非均勻介質(zhì)代替完全彈性介質(zhì),進行地震波的數(shù)值模擬,能更真實地反映地震波的傳播和能量變化規(guī)律。研究復雜介質(zhì)的三維粘彈性波數(shù)值模擬方法,對于油氣田勘探具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。本文首先研究粘彈性介質(zhì)地震波的數(shù)值模擬算法,通過求取優(yōu)化差分算子,實現(xiàn)三維粘彈性波交錯網(wǎng)格高階有限差分數(shù)值模擬,獲得地震記錄,并分析波場特征和能量變化。主要研究內(nèi)容和取得的研究成果包括以下幾個方面：1.研究粘彈性介質(zhì)的基本性質(zhì)以及基本模型,介紹表征介質(zhì)吸收衰減特性的品質(zhì)因子Q。2.以Viogt(?)彈性介質(zhì)為例,根據(jù)Viogt粘彈性介質(zhì)的應力應變關(guān)系,推導出三維粘彈性波方程,并進一步給出其一階速度-應力關(guān)系式。3.推導出三維交錯網(wǎng)格高階有限差分算法,對有限差分算法中常見的幾個問題進行分析討論。對于數(shù)值頻散問題,本文從條件極值方法出發(fā),經(jīng)過多次數(shù)值運算,計算得到一組新的優(yōu)化差分系數(shù),經(jīng)過分析驗證,比傳統(tǒng)的Taylor級數(shù)展開求得的差分系數(shù)能更大程度地壓制數(shù)值頻散。4.編程實現(xiàn)粘彈性波方程的交錯網(wǎng)格高階有限差分數(shù)值模擬,研究地震波在粘彈性介質(zhì)中的傳播和吸收衰減規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),地震波在粘彈性介質(zhì)中傳播時存在明顯的能量衰減現(xiàn)象,反射波波形發(fā)生畸變。進一步研究表明這種粘滯吸收衰減對高頻成分的吸收作用更強,能量衰減更嚴重,對橫波影響比對縱波強。對復雜三維粘彈性介質(zhì)進行數(shù)值模擬,能夠更全面地描述地震波在粘彈性介質(zhì)中的傳播和波場特征,算法穩(wěn)定性好,無明顯的頻散現(xiàn)象,計算精度高。5.根據(jù)統(tǒng)計學原理,建立非均勻隨機介質(zhì)模型,對模型進行正演模擬,分析地震波傳播規(guī)律和波場特征,研究地震波散射現(xiàn)象和能量衰減。研究發(fā)現(xiàn)：a.隨機介質(zhì)的隨機擾動會產(chǎn)生散射波；b.隨著介質(zhì)自相關(guān)長度的增大,地震波的能量不斷變化,同時相互干涉現(xiàn)象導致地震波的能量減弱；c.隨機擾動產(chǎn)生的散射波在整個地震記錄中都能記錄得到,而且反射波是散射波的一種特殊情況；d.由于品質(zhì)因子的粘滯吸收衰減作用,反射波的波形發(fā)生畸變。對非均勻性介質(zhì)的研究使得模擬結(jié)果更接近實際地層,為實際地震數(shù)據(jù)的處理、波場成像等提供可靠依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：粘滯吸收衰減 品質(zhì)因子 交錯網(wǎng)格高階有限差分 優(yōu)化差分算子 粘彈性隨機介質(zhì)
【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
• Abstract7-11
• 1 前言11-18
• 1.1 研究目的及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 數(shù)值模擬技術(shù)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 粘彈性隨機介質(zhì)模型數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 2 粘彈性介質(zhì)理論18-29
• 2.1 粘彈性介質(zhì)的基本性質(zhì)18-20
• 2.1.1 蠕變18-19
• 2.1.2 應力松弛19-20
• 2.1.3 恢復20
• 2.2 粘彈性介質(zhì)的基本模型20-25
• 2.2.1 麥克斯韋爾(Maxwell)介質(zhì)模型21-23
• 2.2.2 開爾芬(Kelvin)介質(zhì)模型23
• 2.2.3 三元件固體模型23-24
• 2.2.4 Burgers模型24-25
• 2.3 粘彈性介質(zhì)中的地震波25-26
• 2.4 品質(zhì)因子Q26-29
• 3 粘彈性介質(zhì)地震波的數(shù)值模擬29-50
• 3.1 粘彈性波動方程的建立29-32
• 3.2 交錯網(wǎng)格高階有限差分法32-41
• 3.2.1 差分系數(shù)的求取33-37
• 3.2.2 一階速度-應力粘彈性波方程的差分格式37-41
• 3.3 有限差分數(shù)值模擬中的幾個問題41-50
• 3.3.1 震源模擬41-42
• 3.3.2 穩(wěn)定性條件42-43
• 3.3.3 PML吸收邊界條件43-48
• 3.3.4 數(shù)值頻散問題48-50
• 4 算法的程序?qū)崿F(xiàn)及模型算例50-67
• 4.1 算法的程序?qū)崿F(xiàn)50-51
• 4.2 模型算例51-67
• 4.2.1 二維層狀粘彈性介質(zhì)模型52-56
• 4.2.2 三維單層均勻各向同性粘彈性介質(zhì)模型56-60
• 4.2.3 三維水平層狀粘彈性模型60-62
• 4.2.4 三維復雜粘彈性介質(zhì)模型62-67
• 5 隨機介質(zhì)模型的粘彈性波數(shù)值模擬應用67-83
• 5.1 隨機介質(zhì)模型的建立67-71
• 5.1.1 隨機介質(zhì)的基本理論67-68
• 5.1.2 隨機介質(zhì)模型建立的基本算法68-70
• 5.1.3 幾種不同的隨機介質(zhì)模型70-71
• 5.2 粘彈性隨機介質(zhì)模型的數(shù)值模擬71-83
• 5.2.1 單層粘彈性隨機介質(zhì)模型71-74
• 5.2.2 雙層粘彈性隨機介質(zhì)模型74-76
• 5.2.3 粘彈性隨機均勻介質(zhì)模型76-79
• 5.2.4 三維粘彈性隨機均勻粘彈性介質(zhì)模型79-83
• 6 結(jié)論和展望83-85
• 6.1 結(jié)論83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻85-90
• 致謝90-91
• 個人簡歷91
• 在校期間發(fā)表的學術(shù)論文91

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