復雜介質地震波場正演模擬方法研究.pdf

1、地震數值模擬在地震勘探中具有重要作用。按照原理可分為基于射線理論的射線追蹤方法和基于波動理論的波動方程正演。 射線追蹤在復雜地表、復雜構造中的反射波追蹤是一個難點。本文通過對試射法、全局最短路徑法、常速度梯度法的研究，取得了一定的效果。首先，本文對試射法推導了透射線和反射線的傳播方向，并將其應用到起伏地表和復雜構造模型中。模型試算表明，算法穩(wěn)定，可適應復雜介質模型。然而，試射法無法適應強速度變化、難于求出多值走時中的全局最小走時

2、，為此，研究了全局最短路徑法。根據圖形理論和惠更斯原理，求得任意點的全局最短路徑，同時實現了反射波追蹤，并對誤差進行了分析，算例分析表明，全局最短路徑法能夠適應強速度變化，可以求出全局最小走時，但只適合兩點射線追蹤，且存在射線分叉問題。通過研究常速度梯度法基本原理，采用網格剖分的方法，求解一組射線路徑的解析表達式，得到了射線追蹤路徑，結合斯奈爾定律，實現了反射波射線追蹤。計算反射波路徑時需要有層位信息，常規(guī)的層位結構模型，無法適應界面起

3、伏較大或存在許多逆斷層的復雜模型，本文提出一種線性連接法和分段結構模型，使得層位模型的建立簡潔方便，并將其應用到常速度梯度法中取得了良好的效果。當模型為復雜介質時，采用普通射線法制作合成地震記錄，會存在焦散區(qū)、空白區(qū)等奇異性區(qū)域。本文采用高斯射線束代替普通射線進行正演模擬，克服了普通射線法的缺陷，通過模型試算，證明了方法的正確性，且有較高的精度。 射線追蹤計算速度快，但無法很好的反映波場的動力學特征。因此，本文對波動方程正演中的

4、非均勻介質二維聲波、粘聲波、彈性波以及粘彈性波交錯網格高階有限差分正演模擬進行了研究，并以復雜介質模型進行了試算。探討了三維聲波、彈性波高階交錯網格有限差分正演模擬，并以簡單層狀模型進行了試驗。對有限差分中涉及的邊界條件、穩(wěn)定性及頻散進行了分析。給出了透明邊界、旁軸近似邊界和PML邊界。對前人得到的幾種穩(wěn)定性條件進行了分析和試算，得到了適于本文的穩(wěn)定性條件。通過理論推導，對聲波有限差分引起頻散的幾個參數進行了定量分析。 從CRP