地震波场数值模拟方法

简要总结了地震波场数值模拟的各种方法的基本原理及其主要特点，对最近在该领域出现的一些方法和研究结果做了简要的阐述，并对比了各种方法的优缺点。在此基础上提出了运用波动方程数值模拟作为基础．结合射线方法辅助识别波场类型，用于分析异常波的产生机理和出现特点的基本思想．这对复杂条件下的地震勘探具有指导和借鉴意义。     

利用Hartley变换模拟各向异性介质地震波场

伪谱法在地震波场的模拟中具有很重要的作用。然而，基于傅氏变换的伪谱法运算速度慢，占用计算机内存较多。Ｈａｒｔｌｅｙ变换是一种快速的变换方法，能克服傅氏变换的上述缺陷。     

波场数值模拟技术

地震波场数值模拟技术是认识地震波传播规律和检验各种方法技术应用效果的工具，是联结地震、地质、钻井、测井和油藏工程的纽带，贯穿于地震波理论研究、资料采集、处理、解释和油藏工程的各个环节。首先介绍了数值模拟技术的作用，其次介绍了发展现状，最后展望了未来几年该技术的发展趋势。     

声格固体模型地震波场模拟

ＰｅｔｅｒＭｏｒａ为模拟复杂介质中的纵波，提出了声格固体模型，即在格子Ｂｏｌｔｚｍａｎ模型基础上引入变速粒子而建立的细胞自动机模型，从而为利用这种方法模拟地震波场奠定了理论基础。文中简要介绍了Ｐｅｔｅｒ Ｍｏｒａ的声格固体模型的基本理论框架及差分算法，同时还介绿了黄联捷的插值算法。     

正交介质中地震波传播数值模拟与分析

建立了正交各向异性介质中的波动方程,应用高阶有限差分进行数值模拟,得到三分量地震波场快照,并在此基础上,分析了正交各向异性介质中地震波场特征,结果表明：在正交各向异性介质中,地震波场十分复杂,三个分量相互藕合,两个水平分量波的偏振方向与裂隙走向既不平行,也不垂直。     

梯形网格伪谱法地震波场模拟

波动方程的数值求解是地震勘探高精度成像和反演方法的核心。为保证精度,常规方法往往根据模型最小速度设置固定的空间采样间隔,易在高速区形成“过采样”,计算存在一定冗余性。由于重力引起的岩石压实效应,波的传播速度由浅入深整体增大,梯形坐标变换更契合这种速度变化趋势。为此,提出梯形网格伪谱法地震波模拟方法。利用基于梯形坐标变换的梯形网格法对介质进行剖分,在浅层低速区采用细网格、深部高速区采用粗网格,可有效减少网格点数;同时,通过伪谱法求解坐标变换后的变系数声波方程,并引入完全匹配层消除人工边界虚假反射,以兼顾波场模拟的效率与精度。Marmousi模型的测试结果表明,相较于常规固定网格剖分,梯形网格剖分的网格数可减少约69%;相较于常规网格伪谱法和高阶有限差分法,梯形网格伪谱法的计算时间分别减少约58%和60%,同时具有较小的数值频散。可见,所提方法是一种高效、高精度地震波模拟方法。     

横向各向同性介质中地震波的模拟

研究了各向性异性介质中弹性波波动方程虎谱法求解的稳定条件，应用虚谱法模拟两种常见震源在横向向同性介质中激发的波场和力源作用于横向各同性介质时的ＶＳＰ记录。结果表明，当满足稳定条件时，虚谱法可有效模拟ＰＴＬ和ＥＤＡ介质中的地震波传播，其模拟结果可帮助我们进一步认识各向异性介质中地震波的传播规律。     

虚谱法三维地震波动方程正演模拟

虚谱法三维地震正演模拟通过有限空间数据的傅立叶变换解波动力方程的空间导数，用二阶中心差商解波动方程中的时间偏导数进行地震正演模拟，给出了一个简单三维倾斜界面模型点震源沿走向和倾向的炮集记录，并给出楔状体模型沿走向和倾向的零炮距记录，模拟结果表明，该算法应用于三维地震正演模拟是可行的。     

地震反射波波前法射线追踪

利用有限差分法解程函方程，分别求出震源点及接收到反射界面任意点的初致旅行时，将两者相加，即可得到总旅行时与界面水平坐标关系曲线。由Ｆｅｒｍａｔ原理要，该曲线上的极值点相对应的时间为反射旅行量，相对应的水平坐标值为反射点位置。本方法不但可计算出任意检皮点能接收到的所有的反射射波的旅行时及射线路径，而且具有快速，准确，适应复杂构造模型的优点。     

伪谱法地震波传播数值模拟

介绍了建立在弹性波方程基础上的伪谱法地震波传播正演模拟及其模拟结果。伪谱法的特点是用快速傅立叶变换（FFT）求解波动方程,数值模拟效率很高,其主要研究的是各向异性介质和层状介质中地震波传播 的特征。相应的程序可用于均匀介质和不均匀介质中地震波传播的模拟。模拟结果表明,伪谱法是一种有效的地震波数值模拟方法。     

能量约束下的高斯射线束法地震波场正演

高斯射线束法同时考虑波的运动学和动力学特征,并且无需两点试射追踪,因此运算速度快、精度较高。Zoeppritz方程反映了地层界面上反射波和透射波的能量。本文将高斯射线束正演与Zoeppritz方程联系起来,将高斯射线束正演得到的波场记录赋予能量信息,并利用模型对波动方程、常规射线法和本文方法的计算精度和效率进行了对比,验证了本文方法的可行性和有效性。     

基于薄层模型的有限频率地震波射线追踪

基于Fermat原理的射线追踪方法都是假定地震波的频率为无限，从而求取最小旅行时所对应的路径。然而实际地震波的频率是有限的，地震波主要在Fresnel带内沿尽可能短的路径进行传播。为了使得到的射线路径更符合实际情况，在原弯曲射线法的目标函数中加入一项与射线长度有关的惩罚项，实现了基于薄层介质模型的有限频率地震射线近似追踪。理论例子表明，该方法简单，计算速度快，效果良好。     

地震声波有限元模拟在微机上的实现

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播过程,比较细致地再现地震图像。但由于有限元地震模型所需网格节点数很多,数据规模巨大,使得它的计算受到限制。本文采用对角线化矩阵、运用吸收边界条件等办法,使有限元计算所需的内存降低(比有限差分法所需内存还少)、计算时间减少,在微机上实现了比较复杂地质模型的有限元地震声波模拟的计算。文中还对有限元计算精度作了简单地分析,最后给出了在微机上计算的合成地震记录。结果表明:该方法精度高、计算时间比相应的有限差分法短、记录波场丰富,是一个行之有效的地震声波模拟方法。     

波动方程法井间地震成像

井间地震波场丰富，含有反射波、直达波和管波等多种波型。为实现井间地震成像，首先对井间地震资料进行波场分离，提取反射波信息；其次通过直达波层析成像估算偏移速度场；最后利用Ｇａｚｄａｇ相移方法对实际资料进行偏移处理，获取井间高分辨率成像剖面。     

地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像

为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离。以均匀介质模型、倾斜界面模型以及 Marmousi 模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理。 计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录。该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值。     

复杂山地构造综合模型建立与地震波模拟

本文基于地震、钻井、微测井、小折射等资料建立了具有典型中国西部山地特征的复杂构造模型(BGP模型), 该模型具有地表高程变化大、近地表速度横向变化剧烈和深部构造复杂等特点。基于该模型应用有限差分方法正演了3套地震波模拟记录, 可用于测试山地地震数据处理中去噪、静校正、Q吸收补偿及成像等处理方法的效果, 为西部复杂地区的地震资料处理提供参考。     

电磁波拟地震波波动方程理论及正演模拟

本文根据波动理论,论证了电磁波与地震波的统一性。基于非周期信号与周期信号数学上的变换关系,从电磁场理论出发,用映射和变换技术,将扩散电磁场变换成满足声波波动方程的波场,电磁场问题便可化为类似于地震波场问题,而扩散场实质上是波动场的叠加。文中还以变换得到的电磁波波动方程为基础,用有限元法正演模拟了二维电阻率分布响应(即电磁波场视剖面),表明电磁偏移可以类比地震偏移技术,从而证实电磁波拟地震波波动方程理论的正确性。