三維復(fù)雜介質(zhì)彈性波場(chǎng)有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法研究.pdf

1、地震勘探在能源礦產(chǎn)及工程勘查中都有著廣泛的應(yīng)用，但多為二維地震勘探及相應(yīng)的二維地震波場(chǎng)數(shù)值模擬。近年來(lái)三維甚至四維地震勘探有較大的發(fā)展趨勢(shì)，本文主要針對(duì)三維地震進(jìn)行數(shù)值模擬。地下實(shí)際具有各向異性和粘滯性等特點(diǎn)，對(duì)三維異性介質(zhì)及粘彈介質(zhì)中地震波場(chǎng)的傳播特性的模擬是地震勘探學(xué)研究的重要課題之一，可以利用三維波場(chǎng)模擬驗(yàn)證理論算法、識(shí)別波場(chǎng)特征以及對(duì)野外觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。
　　本文使用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格模擬三維一階速度應(yīng)力波動(dòng)方程，將傳

2、統(tǒng)交錯(cuò)網(wǎng)格中的速度、應(yīng)力分量和介質(zhì)參數(shù)重新分布。應(yīng)力分量、彈性模量和速度分量、密度被分別放置在單元網(wǎng)格沿對(duì)角線的兩個(gè)頂點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)角線方向上的四個(gè)導(dǎo)數(shù)值近似計(jì)算水平方向和垂直方向上的導(dǎo)數(shù)。采用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格正演模擬時(shí)，不需要對(duì)彈性模量求平均，使得在模擬地震波在粘彈介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)克服了傳統(tǒng)交錯(cuò)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定的缺點(diǎn),提高了波場(chǎng)模擬的精度。
　　文中討論了彈性各向異性介質(zhì)中的地震波場(chǎng)數(shù)值模擬，使用Kelvin介質(zhì)模擬粘彈性

3、介質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行波場(chǎng)模擬，分析了粘彈性介質(zhì)相對(duì)彈性介質(zhì)的波場(chǎng)差異。針對(duì)數(shù)值模擬中的人工邊界條件，使用CE吸收邊界和非分裂的NPML吸收邊界對(duì)波場(chǎng)在模型邊界附近進(jìn)行吸收衰減，對(duì)比了兩種邊界條件在相同情況下的吸收效果。有限差分?jǐn)?shù)值模擬時(shí)，網(wǎng)格間距、采樣間隔選取不合適時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)值頻散，引入FCT通量校正技術(shù)對(duì)數(shù)值模擬中的數(shù)值頻散進(jìn)行有效壓制，對(duì)同等規(guī)模模型進(jìn)行波場(chǎng)模擬時(shí)，可以加大網(wǎng)格間距或采樣間隔或降低空間差分階數(shù)，在一定程度上可以加快計(jì)算