波场传播规律的数值模拟及其应用研究

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1、河海大学博士学位论文波场传播规律的数值模拟及其应用研究姓名：佘德平申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：吴继敏20071201摘要本文主要讨论了各向同性弹性波波场数值模拟技术及其在复杂介质波场特征分析和成像中的应用等问题，其主要内容有：①各向同性交错网格高阶有限差分弹性波波场数值模拟方法，包括2D(粘)弹性介质模拟方法、3D弹性介质模拟方法；讨论了建模和模拟计算中有关参数的选取原则，以避免数值计算中易出现的稳定性、频散、假频以及精度等问题，同时，研究了提高计算效率的并行运算问题，实现了波场数值模拟方法的高效和高精度。④边界条件的处理问题，它包括规则边界吸收边界条件

2、的构建、起伏地表条件下吸收边界条件和自由边界条件的处理等。③波场特征分析。利用一系列的理论模型，充分发挥数值模拟技术灵活多变的记录方式，从地面记录、波场快照、井间地震和(逆)VSP等多方面分析各种异常地质条件下地震波的波场传播规律，定量分析74,尺度孔洞储集体的空间尺度与地面地震响应特征之间的关系，分析了广角地震的形成机理。④复杂地质条件下的成像问题。针对玄武岩高速屏蔽层和复杂膏盐层下的深层成像问题，分析了地震信号穿透玄武岩和膏盐层的能力与信号主频之间的关系，创造性地提出了利用低频信号进行深层成像的新思路，首次实现了江汉油田陵北玄武岩地区的深层成像，同时提高了双庙地区

3、膏岩层下负向构造的成像质量；通过模型分析，率先提出了无近地表降速带所导致的反射P波和反射转换波信号在垂直分量记录中的“观测能量倒转”现象是引起复杂构造地区深层成像困难主要因素，并提出“多分量采集+P波能量补偿+叠前深度偏移”的采集处理方案是提高该地区深层成像质量的一个有效方案。关键词：数值模拟，交错网格，高阶有限差分，边界条件，起伏地表，并行，波场特征分析，成像，低频信号，能量倒转。ABSTRACTThispaperdiscussedthemethodofwavefieldnumericalmodelinganditsapplicationsinanalysisofw

4、avefieldcharacteristicsandimaging．Itcanbedividedintofourparts：①Staggered—gridhigh—orderfinite-differenceelasticwaveequationnumericalmodeling．Thissectiondiscussedthemodelingsmethodwith2-Delastic／viscoelasticmediaand3-Delasticmedium．Aspectsofnumericalmodelingsuchasselectionofparametersand

5、parallelstrategieswereinvestigated．Properhandelingofthsesproblemsavoidsdispersionandaliasing，ensuresstabilityandprecision，aswellasimprovescomputationefficiency．②Manipulationofboundaryconditions．Thissectiondiscussedtheconstructionofregularabsorbingboundaryconditions，andthemanipulationofa

6、bsorbingboundaryconditionsandfreeboundaryconditionsincaseofraggedtopography．③Analysisofwavefieldcharacteristics．Wavepropagationwasinvestigatedondifferentdatasetsuchassurfacerecord，snapshot，crosswellseismic，andVSPfromaseriesofmodels．Therelationshipbetweenseismicresponsesanddifferentcaver

7、nsinreservoirwasquantified．④Imagingstudyofcomplexmedia．Basedonanalysisoftherelationshipbetweenthecapbilityofsignaltopenetratedlayersofbasaltandanhydriteanditsdominantfrequency，theauthorputforwardaninnovativeimagingmethodbyusinglowfrequencysignals，andobtaineddesiredseismicimages