粘弹垂向各向异性介质地震波场的交错网格数值模拟方法

论文摘要

地震波场数值模拟方法不仅是地球探测的重要基础,也是地球物理勘探的重要组成部分。它具有描述模型简便,参数选择灵活的优点,对研究地震波传播的动力学和运动学规律起着重要作用。当已知地下介质的参数和结构时,可以通过数值计算的方法研究分析地震波在地下介质中的传播规律,从而得到不同时刻的波场快照以及合成地震记录,对全面深入地了解地震波传播规律及传播机理都具有重要意义。波场正演数值模拟方法主要分为三类,其中波动方程求解法是最为重要的一种方法。采用该方法得到的模拟结果可以反映地震波传播的动力学和运动学信息,为研究复杂地质构造的波场提供了基础。该方法在对地震资料进行采集、处理及解释的过程中也起到了重要作用,因此得到了广泛应用。有限差分法是其中一种较为经典的方法,具有计算速度快、内存占用小、精度高等优点。其原理就是将地下地质体简化为一个模型,将该模型区域用有限个网格进行划分;然后使用离散空间和时间来替换连续物理量,用差分和微分的近似关系,并将微分形式的波动方程改变为适合于计算的差分方程;然后给定一个初始条件,利用在空间中前时刻的波场值的分布和变化来推导现在时刻的波场值,从而模拟地震波的传播。在进行数值模拟的过程中,我们一般会假设地下介质是完全弹性的各向同性介质,然而实际的地球介质并不是理想的弹性体,它具有一定的粘性;地震波在介质中传播时能量会被吸收,同时,地震波的高频成分会衰减,振幅也会减小,以至于我们不能直接地得到详细的地下信息。另外,在研究地震传播问题时,通常以均匀各向同性介质来近似实际介质,这种简化会引起相当大的误差。因此我们模拟时采用了粘弹各向异性介质模型来模拟,这样才能更加客观准确。本文以波动理论为基础,采用的是交错网格高阶有限差分数值模拟法,得到适合于各波动方程的高阶交错网格有限差分格式。模拟时采用完全匹配层(PML)吸收边界条件,最终实现了对弹性和粘弹性各向同性介质、VTI介质、HTI介质及TTI介质的正演模拟。同时,通过对比不同品质因子下模拟结果的异同,分析Q值与介质粘弹性的关系。另外,本文对层状介质模型和断层介质模型进行了正演模拟,得到的模拟结果包含丰富的波动信息。模拟结果证明了该模拟方法的正确性和有效性,精度较高,可靠性强。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 隋竞函

导师: 刘财

关键词: 完全匹配层,交错网格,有限差分,粘弹性介质,各向异性介质

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: 74

文件大小: 2957K

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