槽波地震勘探数值模拟及其频散曲线研究

论文摘要

地震勘探是一种常见的地球物理勘探手段,其基础为所探测目标地质体与围岩有一定的弹性差异,通过仪器收集和分析人工激发的地震波在研究区域内的变化传播规律,进而可以解决一定的问题。将地震勘探的一般方法应用于煤田开采时,由于煤田与地面情况有一定不同,会导致地震波随着传播距离增加高频成分快速衰减、层间多次波干扰严重等现象的发生。因此,寻找一种较为新型有效的探测技术成为了煤炭行业的焦点。煤炭作为我国的重要能源,近年来需求量在不断提高。但是由于我国煤田地质构造复杂,在开采过程中如果不能对地质条件进行一定的探明,则会对开采过程造成一定干扰。能够较为有效探测局部小构造、异常体及煤层厚度变化的槽波地震勘探则应运而生,而且目前看来有着极高发展前景。槽波地震勘探利用槽波的频散特性反演煤层的结构特征。为了研究槽波的频散曲线的一定规律,这里采用地震波场数值模拟的方法对Rayleigh型槽波进行了模拟,通过数值模拟的结果进行研究分析,对于槽波地震勘探的反演有一定指导意义。地震波场数值模拟可以分为积分方程法、射线追踪法、波动方程数值解法。有限差分数值模拟法作为波动方程数值解法的主要方法,具有计算效率高、精度高,且适用于各向同性介质的优点而被广泛应用。本文采用应力-波速波动方程,时间二阶、空间八阶精度有限差分数值模拟方法来进行模拟计算Rayleigh型槽波在不同介质参数条件下的传播规律,进而提取频散曲线。本文在前人工作的基础上,建立波动方程,推导波动方程的时间二阶、空间八阶的差分近似,同时给出均匀介质弹性波动方程规则网格的差分格式,详细推导和分析高阶差分交错网格下的应力-波速波动方程解法和实现过程,初步探讨了数值模拟过程中的其他问题,建立了模型进行试算。通过槽波的群速度与相速度入手,分析了槽波的频散特性。在此基础上,对不同介质参数的“围岩-煤层-围岩”模型进行了数值模拟,提取了Rayleigh型槽波的频散曲线,对结果进行了分析:煤层厚度对Rayleigh型槽波频散曲线有较大影响,其他参数对Rayleigh型槽波频散曲线的影响也进行了详细讨论。结合实际资料验证证明,Rayleigh型槽波的频散曲线在二维模拟的情况下与实际吻合较好。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题目的及研究意义
•   1.2 地震波场数值模拟研究现状
•   1.3 槽波地震勘探及数值模拟研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第二章 槽波的基本理论
•   2.1 波动方程的建立
•   2.2 槽波的形成及分类
•     2.2.1 槽波的形成
•     2.2.2 槽波的分类
•   2.3 本章小结
• 第三章 有限差分法数值模拟技术
•   3.1 有限差分法的基本原理及介绍
•   3.2 弹性波动方程交错网格的差分格式
•     3.2.1 推导时间上2M阶差分近似格式
•     3.2.2 推导空间上2N阶差分近似格式
•   3.3 数值模拟过程中的其他问题
•     3.3.1 边界条件
•     3.3.2 震源子波
•     3.3.3 差分格式的稳定性分析
•     3.3.4 数值频散
•     3.3.5 建模试运算
•   3.4 本章小结
• 第四章 槽波的频散特性
•   4.1 槽波频散的定义
•   4.2 槽波的群速度与相速度
•   4.3 频散分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 槽波勘探数值计算模拟及频散分析
•   5.1 煤层厚度对频散曲线的影响
•     5.1.1 介质参数设置
•     5.1.2 数值模拟结果
•     5.1.3 频散特征分析
•   5.2 围岩密度对频散曲线的影响
•     5.2.1 介质参数设置
•     5.2.2 数值模拟结果
•     5.2.3 频散特征分析
•   5.3 煤层密度对频散曲线的影响
•     5.3.1 介质参数设置
•     5.3.2 数值模拟结果
•     5.3.3 频散特征分析
•   5.4 围岩纵波速度对频散曲线的影响
•     5.4.1 介质参数设置
•     5.4.2 数值模拟结果
•     5.4.3 频散特征分析
•   5.5 围岩横波速度对频散曲线的影响
•     5.5.1 介质参数设置
•     5.5.2 数值模拟结果
•     5.5.3 频散特征分析
•   5.6 煤层纵波速度对频散曲线的影响
•     5.6.1 介质参数设置
•     5.6.2 数值模拟结果
•     5.6.3 频散特征分析
•   5.7 煤层横波速度对频散曲线的影响
•     5.7.1 介质参数设置
•     5.7.2 数值模拟结果
•     5.7.3 频散特征分析
•   5.8 本章小结
• 第六章 实际资料分析对比
•   6.1 模型设置及对比
•   6.2 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李晓杰

导师: 李忠生

关键词: 交错网格,地震波场数值模拟,槽波,频散曲线

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 长安大学

分类号: P631.4

总页数: 88

文件大小: 5482K

下载量: 95