VTI介质多波射线追踪及各向异性参数分析

摘要

地震波正演和介质参数的分析是地震勘探的主要内容。均匀各向同性模型是传统地震勘探的基本假设,然而地球介质是复杂的,是各向异性的,各向异性介质中地震波的传播比在各向同性介质中更为复杂。因此,如何对各向异性介质中地震波的传播进行模拟及对参数进行分析是目前研究的重要课题。速度分析是地震数据处理过程中非常重要的环节之一,要实现高精度速度分析,必须充分考虑介质的各向异性所带来的影响,对地震资料进行各向异性参数分析,以获得地层的各向异性参数特性。
　　 论文从各向异性介质的基本理论出发,分析了横向各向同性介质中相速度和群速度的传播规律,讨论了地震波在各向异性介质中射线传播的特征,并引入了二维VTI介质中反射系数、透射系数的近似解。针对具有垂向对称轴的横向各向同性介质,采用射线追踪法追踪PP波和PSV波合成地震记录。在追踪二维VTI介质中的多波旅行时的同时,通过反射系数、透射系数的计算,实现了能量的分配,更客观完整地模拟了地震波在各向异性介质中的传播规律。
　　 介质的各向异性在纵波的传播过程中表现不是很明显,而横波在传播过程中对各向异性影响的反应非常敏感。因此在各向异性介质参数分析时,进行纵波和转换波的多波联合勘探是是非常必要的。目前对于各向异性参数分析的研究已成为非常热门的研究课题,然而,各向异性分析的方法及参数谱的精度还存在有待提高的空间。论文讨论了VTI介质中纵波和转换波各向异性参数分析方法,在对PP波仍使用单参数法速度和参数分析的同时,通过更有效地利用多波联合勘探的信息的方式改进了PSV波参数分析法,减少了人为给定初始各向异性参数值时的盲目性,并将Larner提出的选择性相关法引入到各向异性参数谱分析中,提高了参数谱分析的效率和精度。
　　 FORTRAN是底层的数值计算语言,计算速度快,VC++提供了强大的交互式界面系统的开发功能。论文通过VC++和Fortran语言的混合编程,实现优势互补,将VTI介质正演模拟与速度、各向异性参数分析模块,以及各向同性介质中地震波场多波正演模拟和速度分析模块,集成于一个软件中,开发了一套较为完整的多波合成地震记录及参数分析软件。该软件已申请并受理计算机软件著作权登记。
　　 论文取得的主要创新性成果有:
　　 (1)在二维VTI介质PP波和PSV波射线追踪中,将各向异性介质中反射、透射系数理论引入正演计算中,通过反射系数,透射系数等参数来实现地震波传播过程中的能量分配,使模拟的地震记录更为客观合理。
　　 (2)将用于速度谱计算的选择性相关法引入到各向异性介质中各向异性参数谱的计算中,用于提高参数谱的分辨率,进而提高了参数谱分析的精度。
　　 (3)提出了改进的二维VTI介质转换波单参数分析法。对VTI介质进行转换波各向异性参数分析时,借助PP波的已知信息,对各向异性介质中PSV波参数先进行估算,然后计算参数谱,提高了计算的速度,减少了不必要的计算过程,达到进一步提高转换波各向异性参数分析的精度和效率的目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 各向异性介质研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 介质的各向异性研究现状

1．2．2 地震波正演模拟

1．2．3 速度分析和各向异性参数分析

1．2．4 多波多分量地震勘探

1．2．5 各向异性介质多波模拟及参数分析的问题

1．3 论文主要内容

1．4 论文的创新性成果

第二章 各向异性介质的基本理论

2．1 本构方程

2．2 各向异性介质的分类

2．3 Thomsen参数

2．3．1 Thomsen参数的表征形式

2．3．2 弹性系数用Thomsen参数表征

第三章 VTI介质多波射线追踪合成地震记录

3．1 VTI介质正演的基本理论

3．1．1 群相关系

3．1．2 反射、透射与折射

3．1．3 地震波的能量

3．2 射线追踪法合成地震记录

3．2．1 PP波记录射线追踪法

3．2．2 PSV波记录射线追踪法

3．3 二维介质建模方法

第四章 VTI介质速度分析及各向异性参数分析

4．1 多波多分量时距曲线方程

4．1．1 各向同性介质下多波时距曲线

4．1．2 各向异性介质下PP波时距曲线

4．1．3 各向异性介质下PSV波时距曲线

4．2 VTI介质转换点计算公式

4．3 速度谱和各向异性参数谱

4．4 多波速度分析和各向异性参数分析

第五章 数据测试

5．1 各向同性与各向异性模型反射波追踪对比

5．2 各向异性参数对PP波和PSV波的记录的影响

5．3 选择相关法参数谱与常规参数谱的比较

5．4 PP波模型及速度、参数分析

5．4．1 水平单层模型射线追踪及参数分析

5．4．2 弯曲界面模型射线追踪及参数分析

5．4．3 断层模型射线追踪及参数分析

5．4．4 地堑模型

5．5 多波数据射线追踪及参数分析

5．5．1 水平界面PSV波模型及速度、参数分析

5．5．2 多波断层模型

5．5．3 与经典三层模型多波记录分析及比较

5．6 实际数据处理

第六章 各向异性介质建模及参数分析系统设计

6．1 软件开发平台

6．2 数据可视化

6．3 关键技术及其实现过程

6．3．1 混合编程

6．3．2 图形实现

6．4 系统构架及界面设计

第七章 结论与下一步工作计划

7．1 主要结论

7．2 下一步工作计划

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢