用伪谱法合成零偏移距地震记录

零偏移距地震记录是叠后偏移的基础,常用射线追踪法来制作,但当介质复杂时,射线会出现交叉现象,对三维情况计算量更大。从二维标量波动方程出发,用伪谱法研究了零偏移距地震记录的合成,给出了不同情况下的数值计算公式,并对边界吸收问题作了有效处理。数值计算结果表明了方法的正确性和有效性。该方法可用于偏移中正演模拟的快速计算,且易推广到三维情形。     

利用时间分裂的错格伪谱法模拟地震波在基于改进BISQ模型的双相介质中的传播

改进的BISQ(Biot-Squirt)模型中各参数具有明确的物理意义和可实现性,在不引入特征喷流长度的情况下可将Biot流动和喷射流动两种力学机制有机地结合起来;而高精度的地震波场数值模拟技术是研究双相介质地震波传播规律的重要手段。本文从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导了基于改进BISQ模型的双相各向同性介质的一阶速度--应力方程组;采用时间分裂错格伪谱法求该方程组的数值解,模拟半空间及层状双相介质中的地震波场。数值模拟结果表明:①与传统方法相比,时间分裂错格伪谱法波场数值模拟的精度更高,压制网格频散效果更好;②在非黏滞相界情况下,慢纵波呈传播性,而在黏滞相界情况下,慢纵波呈扩散性,以静态模式出现在震源位置;③双相介质分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可由数值模拟结果清晰展现。     

流体饱和孔隙介质模型中震电效应的实验研究

震电勘探是一种非常有前景的应用地球物理方法,特别是在油气勘探开发领域具有很大的潜在应用价值.通过大量的物理模型实验观测,成功地观测并识别出了在流体饱和孔隙介质中声波激发产生的两类主要震电信号.第一类产生于均匀介质内部、仅存在于扰动区范围的局部震电场.该类震电信号传播的视速度、频谱特征与介质中对应的声波激发信号类似;另一类震电信号产生于两种性质不同的介质分界面,可在一定探测范围内随处同时观测到.实验发现,该类震电信号强度除与分界面处超声振动激发强度有关外,还与分界面本身的物理特性(弹性和电性)有关.特别是对储层油-水界面,其震电场反映明显.     

考虑渗滤效应的砂土介质注浆扩散规律研究

在对砂土介质渗透注浆过程中,砂土骨架颗粒对水泥颗粒产生滤过作用,导致水泥颗粒发生不均匀扩散,称之为渗滤效应。采用Kozeny-Carman模型,分析了渗滤效应对砂土介质孔隙率、渗透系数及水泥浆渗流速度的影响;应用自主研发的恒压注浆装置,研究了不同颗粒级配砂样在不同注浆参数下注浆量的变化规律,然后通过多元回归获得了水泥浆扩散距离的函数关系式。试验结果表明,渗滤效应对水泥颗粒滞留封堵的影响较大,水泥颗粒质量分数是影响浆液扩散距离的主控因素。依据达西渗流定律和回归关系式分别得到了考虑渗滤效应和忽略渗滤效应时水泥浆扩散距离的理论值,并与试验值进行比对分析,结果表明,忽略渗滤效应的理论值存在较大误差。所得结论可指导注浆设计,对类似工程具有借鉴意义。     

电磁波场数值计算中时间域有限差分法与时间域伪谱法的对比研究

为提高电磁波场数值计算精度,对时间域有限差分法与时间域伪谱法进行了对比研究。时间域有限差分法是一种目前流行的电磁场时域数值计算方法,已被广泛应用于求解与时间有关的偏导数方程。对于大规模数值计算,时间域有限差分法需要较多的内存空间。时间域伪谱法基于时间域有限差分法,该方法使用快速傅里叶度换来计算麦克斯韦方程中的空间导数。由于傅里叶变换的准确性,时间域伪谱法使计算精度提高,数值计算时所需的格子数大大减少,这极大地节省了计算机内存空间,适合于大规模正反演问题的数值计算。     

双复杂介质条件下的反Q滤波偏移延拓算子研究

地下介质的非弹性吸收衰减效应造成地震资料中深层信号频带窄、能量弱、成像困难,因此需要对地层的非弹性吸收衰减进行补偿。在已有的补偿方法基础上,基于单程波方程,采用与品质因子和频率相关的复速度代替介质真实速度,将粘滞传播算子在频率-空间域采用连分式展开,得到相移项和补偿项,针对连分式的误差,在频率-波数域进行补偿校正,并用逐步累加法解决起伏地表问题。该方法提高了成像精度,有效补偿了由于地层非弹性吸收造成的振幅和频率损失。模型试算和实际资料处理表明,该方法具有一定的适应性和实用性。     

济南泉域岩溶裂隙介质的多重指示克里格法研究

本文选择研究程度较高,具有代表性的山东济南泉域的含水岩溶裂隙介质,运用多重指示克里格方法研究岩溶裂隙介质的空隙连通性能,并预测岩溶裂隙密集带和强径流带的位置.研究表明,多重指示克里格方法能够通过不同边界域值的设定,有效地克服由于非平稳区域化变量产生的参数"漂移",取得较理想的模拟预测效果.     

相空间重构克里格法的矿藏储量预测研究

为了提高矿产储量估算的精确性,减小普通克里格法的平滑效应对储量计算的影响,建立了基于相空间重构的克里格法。结合限制性克里格法的计算过程,修订了限制参数及条件并结合实例给出了对原始数据预处理的矿藏储量估计方法和结果。比较普通克里格法的相应结果后,在数值上得到该方法在抑制平滑效应方面较为理想的结论。     

非均匀介质中地震波传播的数值模拟

地震波场数值模拟方法多种多样,各种方法都有各自的特点.这里推出一种全新地震波场模拟方法--基于Forsyte广义正交多项式的迭积微分算子法,该方法将计算数学中的Forsyte多项式,应用到地震波传播的数值模拟中,它同时具有广义正交多项式迭积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性.将该方法的计算结果与傅氏变换伪谱法、错格高阶有限差分法相比较,结果说明,该方法在波场模拟方面具有较好的发展潜力,并具有自身独到的优越性.     

浅切割的高山峡谷复杂地形的地震动放大效应研究

高山峡谷复杂地形是我国西部地区常见的地形和场地条件,大量的工程(桥梁、大坝等)修建在这类场地上.实际震害调查结果表明不规则地形对地震动具有明显的放大作用,对边坡的稳定性和建筑物的安全性构成不利的影响.因此研究高山峡谷复杂地形的地震动放大效应具有重要的工程价值.本文针对浅切割的高山峡谷复杂地形(山体顶和峡谷底的高差在10...     

TTI介质拟声波方程数值模拟

TTI介质qP波数值模拟方法因为考虑了倾角因素,可以比VTI介质qP波数值模拟方法更加准确地描述各向异性介质中地震波场的传播规律。文中用拟声波方程对TTI介质中的地震波场进行了高阶有限差分数值模拟,在改进衰减函数分布方式后,通过坐标变换,利用改进的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)边界控制方程对波场边界进行吸收处理,取得了良好的效果;然后分析了拟声波方程数值模拟中的稳定性问题,并对波场中的伪横波进行压制。通过对不同模型的数值模拟,验证了文中使用的TTI介质拟声波波动方程的稳定性以及所采用的PML边界控制方程的可靠性和适用性。     

基于PML边界下的弹性及黏弹性TTI介质波场模拟

基于一阶速度-应力波动方程,采用高阶交错网格有限差分数值模拟方法,对弹性及黏弹性TTI介质进行正演数值模拟。模拟时采用完全匹配层吸收边界条件(PML)消除边界反射。同时设计了层状介质模型、断层模型,通过模型的正演计算,得到了不同时刻的地震波波场快照及合成地震记录,分析其波场运动学及动力学特征。模拟结果表明,交错网格有限差分法可以很好地完成对复杂介质的波场模拟,具有较高的精度和可靠性。     

旋转交错网格 TTI 介质波场模拟与波场分解

为了得到 TTI 介质中传播的纯纵波和纯横波波场,采用旋转交错网格高阶有限差分法对 TTI 介质中传播的地震波场进行了数值模拟,并利用 qP 波、qSV 波、SH 波的极化方向相互垂直的特性,来实现 qP 波、qSV 波、SH 波的分解。通过对均匀介质模型和复杂层状介质模型分解前后波场快照和地震记录的对比,验证了本文方法的正确性。     

Seismic wave propagation in laterally inhomogeneous poroelastic media via BIEM

This work addresses in‐plane pressure P and vertically polarized shear SV seismic wave propagation in a finite, laterally inhomogeneous, multilayered poroelastic geological region resting on the homogeneous elastic half‐space. The particular approach followed here is based on a combination of the (i) viscoelastic approximation (isomorphism) to Biot's equations of dynamic poroelasticity and on the (ii) boundary integral equation method (BIEM) using frequency‐dependent fundamental solutions of the governing wave equations. The problem is formulated under plane strain conditions and time‐harmonic motions are assumed. Validation of the viscoelastic isomorphism and verification of the BIEM is done by solution of benchmark examples. These simulation studies reveal that the proposed methodology is able to depict a sensitivity of the seismic signals recovered to the following parameters: (i) poroelastic properties of fluid saturated layers; (ii) lateral geological inhomogeneity; (iii) surface topography and (iv) frequency content and direction of the incident wave. It is concluded that the combination of viscoelastic isomorphism with BIEM software provides an effective numerical tool for evaluating site‐effect phenomena in multilayered, fluid saturated geological regions with complex geometry. The numerical results obtained demonstrate that dynamic poroelasticity interacting with other physical peculiarities of the Earth's surface layers, such as lateral heterogeneity, material properties along the wave path, local geological profile and type of elastic wave, gives rise to complex seismic signals on the free surface at the site of interest. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

VTI介质隐式有限差分平面波偏移

这里研究了VTI（Vertical Transverse Isotropy）介质隐式有限差分（IFD）波场外推算子和VTI介质平面波偏移。在文中设计了VTI介质IFD波场外推算子,将Taylor分析法求得的差分系数,作为初始解,用非线性优化方法迭代求得算子系数。将设计的外推算子频散曲线和偏移脉冲响应与理论解进行了对比分析,验证出外推算子有较高的精度。从各向同性介质平面波偏移理论出发,结合VTI介质IFD波场外推算子,将平面波偏移推广到VTI介质中。对Hess VTI标准模型拟合数据进行偏移,偏移结果验证了平面波偏移在VTI介质中的有效性,以及在加强特定陡倾界面成像方面的优势。并且,与常规VTI介质叠前深度偏移相比,VTI介质平面波偏移在保证成像质量的前提下,大大减少了计算量,为各向异性偏移成像研究提供了新的技术思路。     

双相介质瑞雷面波有限差分正演模拟

为了研究双相介质瑞雷面波的形成机制及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展。文章根据弹性波动方程,采用交错网格有限差分算法,对二维各向同性弹性介质做解析解与数值解的对比,在此基础上,将PML吸收边界条件,改进的镜像法应用于双相介质波动方程中,并作了稳定性分析,对双相介质水平层状、起伏分界面等典型模型瑞雷面波及体波在内的全波场进行研究。结果表明:基于弹性介质解析解与数值解的对比,在误差接受范围内,研究双相介质是可行的;把稍作改进的镜像法应用于双相介质中,能够有效地处理瑞雷面波自由边界问题;通过详细分析双相介质瑞雷面波及体波在内的全波场的信息,对以双相介质为基础的地震波勘探有一定的指导作用。     

Instability of wave propagation in saturated poroelastoplastic media

In the present work, stationary discontinuities and fluttery instabilities of wave propagation in saturated poro‐elastoplastic media are analysed in the frame of Biot theory. The generalized Biot formulations are particularly employed for simulating non‐linear coupled hydro‐mechanical behaviour of the media. Inertial coupling effect between the solid and the fluid phases of the media is also taken into account. The non‐associated Drucker–Prager criterion to describe non‐linear constitutive behaviour of pressure dependent elasto‐plasticity for the solid skeleton of the media is particularly considered. With omission of compressibility of solid grains and the pore fluid, the critical conditions of stationary discontinuities and flutter instabilities occurring in wave propagation are given in explicit forms. It is shown that when the stationary discontinuity is triggered at the surface of discontinuity there still may exist real wave speeds. The wave speeds across the stationary discontinuity surface entirely cease to be real only in non‐associated plasticity, certain ranges of value of Poisson's ratio and when compression stress normal to the surface of discontinuity dominates the stress state at the surface. It is also indicated that the fluttery instabilities, under which some wave speeds cease to be real even in strain hardening stage, may occur prior to stationary discontinuities only for non‐associated plasticity under certain conditions. These conditions are: (1) both the porosity and the Poisson's ratio possess relatively low values and (2) the deviatoric part of the effective stress normal to the surface of discontinuity is compressive. A region in the porosity–Poisson's ratio plot, in which fluttery instabilities are possible to occur, is given. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

运用Hartley变换模拟地震波在正交各向异性介质中的传播

在地震传播理论中,地震波场的正演数值模拟一直是研究的热点。而在正演数值模拟方法的研究中,计算精度和计算效率是评价此方法的有效性及优越性的二个关键问题。伪谱法在计算精度与计算效率方面优越性十分明显,常用的有Fourier变换法和Hartley变换法;虽然Hartley变换法在求取导数时较Fourier变换法复杂,但由于Fourier变换法的计算同时涉及复数的实部与虚部,在计算速度和占用内存方面不如Hartley变换法。这里详细地阐述了利用Hartley变换求解正交各向异性介质波动方程的数值方法,并模拟了多种正交各向异性介质模型,对比分析了地震波在各向同性介质与正交各向异性介质中的传播差异。结论表明,该方法能正确、高效、直观地反应地震波在正交各向异性介质中的传播规律。     

裂缝介质中不同震源横波分裂现象的数值模拟

采用TTI介质中二维三分量一阶交错网格应力-速度弹性波方程,模拟胀缩源、垂直集中力源、剪切源在垂直裂缝介质中的井间地震波场,分析了不同方位角情况下波场的传播特征,并讨论了横波分裂时的能量分配情况。结果表明：地震波从各向同性介质进入各向异性介质时会观测到快慢横波;在一定方位角的情况下,垂直裂缝介质中会得到快慢横波,这为进一步分析横波分裂特征和地震实际数据提供了依据。     

简谐波在黏弹性介质中波动传播的应力场研究

得到了简谐波在具有Kelvin模型黏弹性介质中的外行扩散波与内行入射波应力场表达式。将波动在介质中的传播分为外行扩散波与内行入射波两部分,先得到简谐波在弹性介质中波动传播时外行扩散波与内行入射波各自的应力场,结合弹性波理论与黏弹性理论,分别得到了波动在Kelvin模型黏弹性介质中外行扩散波与内行入射波两部分的应力场,并将外行扩散波与内行入射波两部分的应力场分别表示为外行扩散波与内行入射波位移与速度场的表达式,其结果有利于波动理论在黏弹性介质中的应用