基于非均匀化多尺度方法的自组织介质波前愈合效应波场模拟

摘要

随机介质表征的地球介质自组织性,体现了地球内部复杂介质在大尺度背景场上附加的小尺度非均匀性和统计性特征,对理解地球内部构造和动力学演化有重要的意义.地球介质自组织性的研究,对正确认识地球内部构造、实际地震资料的地质解释与储层预测等,均具有重要的理论和实际意义.地震波的传播理论是地球介质反演的基础,主要包括波动方程理论和高频近似的地震射线理论等.波场模拟方法,是研究自组织介质的理想途径,对于小尺度的非均匀性,通常要求精细的网格划分,因此会产生巨大的计算量.采用了非均匀多尺度化波场模拟方法,可以实现整体区域粗网格化,而局部区域的精细网格划分,在保证计算精度的同时,可以大大提高精算效率.rn 地球内部小尺度非均匀体会引起地震波的散射，携带了大量的关于地球内部非均匀精细结构的信息，产生了波前愈合效应。即介质中非均匀异常引起的波前扰动，会随着传播距离的增大而减小。基于高频近似的射线理论，认为在射线路径上的波速异常体造成的震相初至扰动与震源距无关，仅与射线路径经过的介质有关。为了研究地震射线理论在自组织介质中的适用性范围，本文选取高斯型、指数型和von Karman型自相关函数来描述自组织介质，采用非均匀化多尺度方法进行大尺度地球模型的波场模拟。利用互相关方法求取背景速度场与附加自组织介质速度场之间的波场走时差，并与由射线理论得到的走时差进行比较。结果表明自组织介质相关长度越小、波长越长且传播距离越远时，波前愈合效应越强。当相关长度α、波长λ以及传播距离L之间满足时α/(λL)1/2≤0.5，波前愈合效应显著，且随着比值减小两者差异增大，波前愈合效应在增加，在该范围内射线理论计算走时的误差较大。