地震映像正演模拟分析及应用

摘要

地震映像法是在最佳偏移距反射波地震勘探的基础上发展起来的，具有数据采集高效、快捷，采集方式灵活和数据处理相对简单等优势，能有效的对空洞、溶洞、起伏基岩面、管线和大型混凝土构件的质量进行探测，作为浅层地震勘探的一种新方法已得到较为广泛的使用。地震映像资料中包含有时域和频域资料，目前在资料处理中主要利用时域数据，对频域资料利用甚少。利用时、频域对地震映像资料进行综合分析处理能有效提高解译的准确性。因此，对地震映像进行正演模拟，分析和总结不同模型条件下的地震映像记录的时频特征具有重要的理论和实际意义。
　　本文在有限差分理论的基础上，采用交错网格法对二维弹性波动方程进行数值求解，获取差分格式，通过分析，选取二维一阶弹性波动方程交错网格有限差分作为震源处理方法，以变系数吸收边界为人工边界，建立了各向同性半空间模型、水平层状介质模型和含有低速异常体模型。
　　在数学模型的基础上，编写相应地震映像正演模拟程序，进行数值模拟，获得了不同模型的地震映像波形记录和不同时间点的波场快照，并选取相关记录道进行S变换，得到S变换时-频分布图。
　　从时域及频域角度分别对正演模拟所获得的成果进行分析、总结，得到以下几点认识：①在各向均匀介质中，地震波由激励点呈圆弧形向四周传播，能量逐步衰减，波形记录中以直达波为主；②介质呈水平层状结构时，波场快照显示，波传播层界面时会产生反射、折射和透射现象，波型发生转换，各种波在界面附近叠加，使波场复杂化，波形记录中存在着折射波、反射波和面波三种强能量，而在时-频分布图中表现为两个能量团，折射波和反射波因波至时间相差不大，在S变换过程中无法分离，叠加形成一个能量团，另一能量团由面波形成，随时间增长频率逐步衰减；③地震波传播在过程遇到低速体时，在低速异常体的角点处将会产生绕射现象，对角点附近的波场产生干扰，地震波在低速异常体顶部界面上无法产生折射波，但在底部界面能产生折射波，使接收到折射波的波至时间较两侧大，同时面波在低速异常体位置会出现振幅偏小甚至缺失现象，在时-频分布图上显示，面波主频较均匀介质和层状介质明显偏低，且地震波传播至低速体后频率迅速下降，能量快速衰减。
　　将上述规律应用到实测地震映像资料的解释中，取得了较好的应用效果，验证了地震映像正演模拟结果的正确性，同时表明，通过正演模拟获得的不同模型条件下的时频特征对实测数据的解释具有一定的指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 地震映像法研究现状

1.3 研究方法与研究思路

1.4 本文主要研究内容

第二章 波动方程交错网格有限差分

2.1有限差分基本理论

2.2 波动方程及其差分格式

2.3 震源和吸收边界

2.4 本章小结

第三章 地震映像正演模拟及分析

3.1 地震波传播特征

3.2 S变换时频分析技术

3.3 模拟地震映像记录与分析

3.4 本章小结

第四章 实测地震映像资料的处理分析

4.1 大型混凝土构件的质量检测

4.2 基岩面起伏的探测

4.3 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

附录