基于层状弹性介质的全波地震波场数值模拟

发布时间：2017-10-11 04:43

  本文关键词：基于层状弹性介质的全波地震波场数值模拟

  更多相关文章： 全波射线追踪 透射损失 球面扩散 四叉树

【摘要】：地震波场数值模拟是地震学领域中一项非常重要的技术方法,其对特定地质模型做适当的抽象并将其简化为数学模型,采用数值计算方法获取地震响应。地震波场数值模拟的目标就是在地下地质体特征已知的情况下,通过计算得到理论时深关系和时间切片图。其对于地震数据的采集、地震资料的处理和解释具有极大的辅助作用。地震波场数值模拟的方法主要包括两大类,即波动方程法和射线追踪法。波动方程数值模拟方法实质上是求解地震波波动方程,其模拟的地震波场中包含了地震波传播的所有信息。射线追踪法是将地震波波动理论简化为射线理论,它主要考虑的是地震波传播的运动学特征。由于波动方程法是通过对计算区域网格化来对方程进行求解,因而其计算量比较大,运算速度较慢,此外该方法对计算机内存要求也非常高。故本文使用射线追踪法对地震波场进行数值模拟。传统的射线追踪法主要解决的是P波的射线路径问题以及其对应的旅行时问题,而对于整个地震波场的地震波衰减以及多次波、转换波等问题都没有进行考虑。相较于波动方程数值模拟方法,射线追踪法在获取较高运算速度的同时损失掉了地震波场的动力学信息。本文在使用射线追踪法进行波场模拟的同时拟加入衰减信息以及追踪转换波以弥补射线追踪法在动力学上的缺陷。论文研究层状弹性介质模型,主要考虑了两方面的衰减：透射损失以及球面扩散。在透射损失方面,主要引用了Zoeppritz方程计算反射系数以及透射系数;在球面扩散方面,论文则结合水平层状介质对球面扩散因子进行了推导。在射线追踪方面,本文结合试射法以及弯曲迭代法完成传统的P波射线追踪外,考虑到了P波以及SV波在非垂直入射的情况下会产生转换波。因而对每条非垂直入射的射线同时计算其透射纵波、反射纵波、透射横波以及反射横波,进行全波射线追踪。同时还利用该算法进行了多次波的追踪。全波射线追踪改进了传统的射线追踪的算法,糅合使用试射法与弯曲迭代法确定射线入射点,同时追踪同类波与转换波,一次波与多次波,引入了“四叉树”对各类波进行数据管理,丰富了所追踪地震波的类型。在全波射线追踪过程中,于完成射线路径追踪以及旅行时计算的同时,对各地层间的射线匹配其反射系数、透射系数以及球面扩散因子,完成该段射线的能量衰减的计算。在得到的合成地震记录中涵盖了纵横波信息、同类波与转换波信息。这样在取得较高计算速度的同时也获取了较为完整的合成地震记录,在模型计算中取得了较好的效果。
【关键词】：全波射线追踪 透射损失 球面扩散 四叉树
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-15
• 1.1 选题依据和意义12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 试射法的国内外研究现状13
• 1.2.2 弯曲迭代法的国内外研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 2 射线追踪的理论基础15-19
• 2.1 反射定律和透射定律15-16
• 2.2 斯奈尔(Snell)定律16-17
• 2.3 费马(Fermat)原理17
• 2.4 惠更斯(Huygens)原理17
• 2.5 转换波17-18
• 2.6 多次波18-19
• 3 弹性波场衰减理论基础19-26
• 3.1 透射损失19-21
• 3.2 几何扩散21-26
• 3.2.1 均匀介质的几何扩散因子21-23
• 3.2.2 水平层状均匀介质的几何扩散因子23-26
• 4 模型描述26-30
• 4.1 层状结构模型26
• 4.2 三次样条函数26-29
• 4.3 三维数据曲面拟合29-30
• 5 弹性地震波场数值模拟方法30-45
• 5.1 试射法31-39
• 5.2 弯曲迭代法39-42
• 5.3 全波地震波场射线追踪方法42-45
• 6 程序设计与对应模块算例试算45-61
• 6.1 地球物理模型模块45-46
• 6.1.1 二维地球物理模型模块45
• 6.1.2 三维地球物理模型模块45-46
• 6.2 试射法射线追踪模块46-49
• 6.2.1 “滑动点”的设计46-48
• 6.2.2 地震道接收射线的存储48-49
• 6.2.3 射线路径的确定49
• 6.3 弯曲迭代法射线追踪模块49-55
• 6.3.1 射线路径初值的设定49-53
• 6.3.2 弯曲迭代法修正值53
• 6.3.3 初值链表的制作53
• 6.3.4 迭代次数的设定53-55
• 6.4 试射法与弯曲迭代法射线路径比较55-56
• 6.5 全波射线追踪模块56-58
• 6.5.1 入射点的确定56-58
• 6.5.2 全波射线追踪数据存储结构58
• 6.5.3 射线与地层交点的计算58
• 6.5.4 “预判”模块58
• 6.6 波场衰减计算模块58-61
• 6.6.1 透射损失模块59
• 6.6.2 几何扩散模块59-61
• 7 模型试算及分析61-77
• 7.1 水平层状模型(追踪多次波)61-64
• 7.1.1 纵波射线追踪61-63
• 7.1.2 多次波射线追踪63-64
• 7.2 正断层(追踪转换波)64-69
• 7.2.1 纵波射线追踪64-67
• 7.2.2 转换波射线追踪67-69
• 7.3 逆断层(追踪转换波)69-77
• 7.3.1 纵波射线追踪70-72
• 7.3.2 全波射线追踪72-77
• 8 结论77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 个人简历82
• 攻读硕士期间发表学术论文82

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10 韩，

本文编号：1010579