基于波动方程模拟的组合震源地震定向照明分析

论文摘要

地震数据采集是地震勘探的重要环节,是地震数据处理、解释的基础,近年来,随着勘探程度的不断深入,新勘探区域地表条件和地下构造变得越发复杂,如沙漠、山地、高原等区域,由于聚焦、散焦以及高速层屏蔽等因素的影响,导致野外采集的数据信噪比低,严重影响成像质量,传统的共中心点(CMP)野外数据采集方式已经不再适用,为了降低野外地震勘探成本,减少风险,需要采用一定的方法技术事先对勘探区域的采集参数进行模拟和分析,通过反复不断地论证和应用研究,为观测系统的设计提供理论指导和技术支持,找到一种最优的观测系统设计方法,进而提高野外勘探的精度,改善成像质量。地震照明分析是研究地震波场能量在复杂构造地区分布、指导观测系统的设计的重要手段,组合震源通过调节相邻两个震源的激发延迟时间来产生定向的地震波场,进而实现对目标区域的定向照明分析。为了研究地震波传播的波场特征,正演是不可或缺的,地震数值模拟方法主要分为射线追踪法和波动方程法两大类,由于射线理论本身的缺陷,致使在复杂程度较高的区域照明效果很差,而基于波动理论的数值模拟由于用到了运动学和动力学的全部信息,波场信息丰富,模拟精度高,对任何地质条件复杂的区域都有很好的照明效果,因此本文选用的是基于波动理论的波动方程地震照明分析。本文在前人工作的基础上,对波动方程的时域有限差分离散化的过程展开了详细的研究,采用有限差分的方法进行二阶声波方程数值模拟,利用完全匹配层吸收边界条件消除边界反射的影响,就有限差分格式的空间导数、时间导数的有限差分离散化过程进行详细的推导,通过对不同的空间差分精度、空间网格间距、时间步长、衰减系数、频率以及不同地质模型的声波波动方程正演模拟来证明正演的准确性。从组合震源定向激发理论出发,给出了组合震源方向因子与各参数之间的关系式以及激发延迟时间表达式,系统的研究了组合震源地震波方向图与震源数目、延迟时间、地层速度、震源间距之间的关系,给出了定向地震波主瓣、副瓣和栅瓣的定义,通过对上述各参数的研究,进而指导组合震源野外工作参数的选择。基于波动方程照明分析理论,给出了二维空间组合震源地震波场和照明度的计算方法。通过数值算例,分析了组合震源地震波场与震源数目和延迟时间之间的关系,震源数目越多,波场传播方向越集中,延迟时间越大,波场传播方向与垂向夹角也越大,最后通过高速异常体模型、水平层状介质模型、逆冲推覆构造模型和二维复杂的marmousi模型组合震源波场能量分布与各个参数之间的关系,给出了最佳的炮点设计方法。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 地震波场正演模拟研究现状
•     1.2.2 地震定向照明研究现状
•   1.3 研究内容
•   1.4 研究成果和创新点
• 第2章 声波方程有限差分数值模拟
•   2.1 二维常密度声波方程
•   2.2 二阶常密度声波差分方程的建立
•     2.2.1 时间、空间二阶导数的2L阶差分精度算法
•     2.2.2 时间、空间一阶导数的2N阶差分精度算法
•     2.2.3 二阶声波方程差分格式
•   2.3 稳定性条件
•   2.4 震源函数
•   2.5 边界条件
•   2.6数值实验
•   2.7 本章小结
• 第3章 组合震源地震波定向理论
•   3.1 组合震源定向波场激发原理
•   3.2 组合震源定向地震波方向图
•     3.2.1 地震波方向图与震源数目之间的关系
•     3.2.2 地震波方向图与延迟时间之间的关系
•     3.2.3 地震波方向图与地层速度之间的关系
•     3.2.4 地震波方向图与震源间距之间的关系
•   3.3 定向地震波的主瓣、栅瓣和副瓣
•   3.4 组合震源的工作参数选取原则
•     3.4.1 震源数目的确定
•     3.4.2 震源间距的选择
•     3.4.3 观测系统的确定
•   3.5 本章小结
• 第4章 地震照明基本理论
•   4.1 概述
•   4.2 地震照明的分类
•   4.3 波动方程照明分析理论
•   4.4 数值算例
•     4.4.1 高速异常体模型
•     4.4.2 水平层状介质模型
•     4.4.3 逆冲推覆构造模型
•     4.4.4 二维复杂Marmousi速度模型
•   4.5 本章小结
• 第5章 结论及建议
•   5.1 结论
•   5.2 建议
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯浩宇

导师: 刘财

关键词: 波动方程,有限差分,组合震源,定向波场,地震照明

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

分类号: P631.4

总页数: 69

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