毕设论文--粘声波正演模拟研究.doc

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本科毕业设计（论文）

题目：

粘声波正演模拟方法研究

学生姓名：

xxx

学号：

xxx

专业班级：

xxx

指导教师：

xxx

2015年6月20日

中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）

粘声波正演模拟方法研究

摘要

地球上介质的黏滞性会引起大地的吸收效应,它会影响波场所有的频率成分,尤其对于高频的影响最大,导致地震分辨率降低。

黏滞吸收作用会影响地震波波形、频带、振幅等因素。

一个高效的粘声波正演模拟方法，可以考虑到由于实际介质造成的地震波的吸收衰减作用。

可以更加准确模拟地震波在非完全弹性实际地层中的传播，在这里，本文通过编程建立不同的粘声波方程数值模拟模型跟正常的声波方程数值模拟模型进行对比分析，从而了解粘声波正演模拟方法的优越性。

关键词：

粘声波；正演模拟；有限差分；

Studyontheforwardmodelingofviscoelasticacousticwaves

Abstract

Theabsorptioneffectismainlycausedbytheviscosityoftheearthmediaitself.Theviscousstagnationcanaffectallthefrequencycomponentsofthewavefield.Andtheeffectofthehighfrequencycomponentsisbigger,whichleadstothedecreaseofseismicresolution.Theabsorptionoftheabsorptionhasagreatinfluenceonthewave,frequencyandamplitudeoftheseismicwave..Ahighlyeffectiveviscoelasticforwardmodelingmethodcantakeintoaccounttheabsorptionandattenuationofseismicwavesbyrealmedia..Accuratesimulationofthepropagationofseismicwavesintheactualstrataoftheimperfectelasticity.Here.Inthispaper,theprogram,establishdifferentviscoacousticwaveequationnumericalsimulationmodelwithnormalacousticwaveequationnumericalsimulationmodelforcomparativeanalysis,tounderstandtheviscoacousticforwardmodelingmethodofsuperiority.

Keywords：

Viscoelasticacousticwave；Viscoelasticacousticwave；Finitedifference;

目录

第1章引言 1

1.1研究意义.....................................................................................................................1

1.2正演模拟方法.............................................................................................................1

1.3国内外研究现状.........................................................................................................3

1.4本论文研究内容.................................................................................................3

第2章粘性介质基本理论 5

2.1粘性介质的基本特点 5

2.2粘性介质模型的构建 6

2.2.1开尔芬固体模型 6

2.2.2标准线性体 7

2.3品质因子 7

2.3.1定义 8

2.3.2与吸收系数的关系.....................................................................................8

2.3.3与介质速度v的关系.....................................................................................8

2.3.4与震源频率的关系.........................................................................................8

第3章二维各向同性介质粘声波方程数值模拟 10

3.1粘声波方程及其交错网格高阶差分格式 10

3.1.1粘声波方程的推导.......................................................................................10

3.1.2速度-应力方程的推导...............................................................................11

3.1.3交错网格有限差分.....................................................................................12

3.2模拟震源 16

3.2.1震源的选择...................................................................................................16

3.2.2震源的类型...................................................................................................17

3.3边界条件 18

3.3.1衰减边界条件 19

3.3.2PML边界条件 19

3.4稳定性.......................................................................................................................20

3.5数值频散问题...........................................................................................................22

3.6模型试算...................................................................................................................23

3.6.1地震波的传播规律研究................................................................................23

3.6.2粘声波的衰减规律研究.............................................................................27

第4章结论 28

致谢 30

参考文献 31

1

第1章引言

第1章引言

1.1研究意义

我国的石油天然气等资源类工业发展的非常快，随着油气资源的不断发现并且开采，现阶段所存在的油气资源越来越少，因此油气勘探工作变的越来越困难。

勘探的目标更加复杂。

而现阶段主要的勘探手段——地震勘探，它效果的好坏取决于理论模型与实际地层的符合程度。

在地震勘探中，我们通常把地下介质为看成弹性各向同性介质。

但是在实际中，地下介质存在各向异性和吸收衰减现象，并着这种现象非常的普遍。

它会产生大地吸收效应[1]。

同时，频率成分（特别是高频成分）会受到粘滞性影响，致使地震记录、地震成像的垂向分辨率降低。

造成理论上的研究结果跟实际中观测到的记录在频率、振幅等方面存在很大的不同。

因此，以前的那种将地下介质当作均匀各向同性完全弹性的理论是与实际情况差别很大的。

实际的介质更趋向于粘弹性，对粘弹性介质进行理论研究，更加的符合实际情况。

充分的顾及到了实际介质存在的吸收效应跟衰减效应，更加准确的还原地下介质中的实际情况[2]。

综上所述，粘弹介质正演模拟方法的研究对于还原地下介质的真实情况具有较强的理论意义和实际意义。

但是，粘弹性介质的正演模拟计算成本较高，计算繁琐，所以。

为了降低计算成本，本文进行了声学近似下的粘声波正演模拟方法研究。

1.2正演模拟方法

正演方法主要分为：

数值模拟、物理模拟。

数值模拟是最常用的。

它通过给出的结构模型和物理参数，模拟地震波的传播轨迹，了解其规律以及过程，然后通过计算来推断观测点的地震记录。

在勘探过程中，数值模拟的作用很大。

例如：

1、采集上，可用于设计或者优化野外观测系统；2、处理上，可以通过数值模拟来检验是否采用了正确的反演方法。

将正演反演不断的逼近，从而使结果更加准确；3、解释上，还可以检测一下解释的资料是否正确。

地震波正演模拟方法基于理论基础和表达形式可以分为三种：

1>积分方程法（基于惠更斯原理）；2>地震波方程数值解法（基于波动方程）；3>射线追踪法（基于射线理论）。

见图1-1。

根据求解方法，地震波方程数值解法可分为有限元法、伪谱法、有限差分法。

具体情况见表1-2.

由于有限差分法具有内存占用较小，精度较高等优点，因此本文主要采用这种方法进行模拟[6]。

1.3国内外研究现状

地层的吸收作地震波在地下介质中传播时会不断衰减。

为了更加准确的模拟地震波在地层中的传播，国内外相关专家学者做了大量的研究工作。

在这里，我主要介绍一下国内外关于粘弹或粘声介质正演模拟方法（主要是有限差分法）的一些发展历程。

在国外，1845年，Stocks在研究过程中，最早提出粘弹性理论，认为地层中非弹性机械能转化成热能