基于各向异性的复合介质弹性波场模拟与特征分析

论文摘要

基于各向异性、粘弹性以及随机性的复合型介质波场传播特征与响应特征分析是本文研究的重点。在讨论了典型的横向各向同性(VTI)、正交各向异性(ORT)、单斜各向异性(MON)介质的相、群速度Thomsen系数或刚度系数解析式的基础上,结合数值模拟分析了Thomsen系数对VTI介质、ORT介质的影响,以及裂隙参数引起的MON介质传播特性的变化。将粘滞因子引入各向异性波动方程,通过交错网格技术模拟并分析了Thmosen系数作用下的VTI介质、多观测角度条件下的裂隙型ORT、MON介质的波场传播特性;结合短时傅里叶变换与小波域瞬时特征变换对三者的地面地震记录进行分析,总结了粘滞因子、Thomsen系数、裂隙参数以及多分量与多角度观测等因素引起的时——频域特征。将随机介质理论引入MON介质的正演模拟研究中,设计了随机背景参数与随机裂隙参数两条研究主线,结合适于非平稳信号处理的高阶谱技术对结果进行分析,归纳了随机参数可能引起的波场传播特性与地震记录变化规律。在回顾了3D相干技术的基础上,重点讨论了基于特征值结构的C3算法,并根据该算法的指导思想,提出一种改进型算法。实验表明,改进算法真实有效,精度有较大提高。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外有关各向异性介质研究的发展现状
• 1.2.1 各向异性理论的发展历程
• 1.2.2 随机介质理论
• 1.2.3 地震波场数值模拟技术
• 1.2.4 高阶谱分析
• 1.2.5 基于特征值结构的相干算法
• 1.3 论文研究的内容和创新点
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要创新点
• 第2章 各向异性介质的弹性波基本理论
• 2.1 各向异性的成因与分类
• 2.1.1 成因
• 2.1.2 分类
• 2.2 基于各向异性介质的波动方程
• 2.3 各向异性介质的波动属性分析
• 2.3.1 Christoffel 方程
• 2.3.2 群速度
• 2.4 横向各向同性介质中的平面波
• 2.4.1 横向各向同性介质的Thomsen 表述式
• 2.4.2 相、群速度的精确解和近似解
• 2.5 正交各向异性介质的平面波
• 2.5.1 ORT 与TI 介质的有限近似
• 2.5.2 正交各向异性介质的Thomsen 系数表达式
• 2.5.3 对称平面外的P 波速度
• 2.6 单斜各向异性介质的平面波
• 2.6.1 单斜介质的相、群速度解
• 2.6.2 单斜介质的Thmosen 系数
• 2.6.3 裂隙参数对相、群速度的影响
• 2.7 小结
• 第3章 均匀粘弹性各向异性介质正演模拟与特征分析
• 3.1 交错网格有限差分
• 3.1.1 时间上的2M 阶差分近似
• 3.1.2 空间上的2N 阶差分近似
• 3.1.3 稳定性条件
• 3.1.4 边界条件
• 3.1.5 任意观测坐标系下的弹性系数矩阵
• 3.2 均匀各向异性介质的正演模拟
• 3.2.1 弹性、粘弹性波动方程
• 3.2.2 刚度系数的计算
• 3.2.3 横向各向同性介质（VTI）中的波场
• 3.2.4 正交各向异性介质（ORT）中的波场
• 3.2.5 单斜各向异性介质（MON）中的波场
• 3.3 小结
• 第4章 基于随机参数的单斜介质正演与特征分析
• 4.1 随机质模型
• 4.2 指数型、高斯型和Von Karman 型模型的建立及其特点
• 4.3 建立随机介质的具体算法流程
• 4.4 基于随机物性参数单斜各向异性三分量正演模拟
• 4.4.1 基于随机各向同性背景的单斜介质正演模拟
• 4.4.2 基于随机裂隙参数的单斜介质正演模拟
• 4.4.3 单道记录的高阶谱分析
• 4.5 小结
• 第5章 基于C3 算法的介质不连续检测初探
• 5.1 相干体技术的基本原理
• 5.1.1 基于互相关的相干体技术
• 5.1.2 基于多道相似性的相干体技术
• 5.1.3 基于特征值结构的相干体技术
• 5.2 C3 算法流程
• 5.3 基础应用实例
• 5.4 改进型C3 算法
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract