人机交互地震正演模拟系统建立与应用

摘要

地震勘探过程主要包括数据的采集、处理、解释三个环节。地震正演模拟是在假设地下地质模型的条件下，研究地震波场的分布规律的一种数值模拟手段。地震正演在地震勘探的这三个环节中，可以提供理论依据和准确的评估方法。采集设计的合理与否，处理和解释成果的可靠性以及反演方法和结果的正确性等，都可以通过地震正演模拟来检验。因此，正演模拟在地震勘探中起着非常重要的作用，是地震勘探方法中不可缺少的重要技术之一。
　　正演模拟将地质模型与地震响应有机地联系起来，使得地震反射特征具有明确的地球物理和地质意义。通过正演模拟，可以更清楚地了解复杂介质中传播的地震波的运动学和动力学特征，并准确分析反射地震波的波场特征。基于实际资料的地质模型正演模拟可以增加人们对地下地质体的认识，给提供一定的规律，为实际地质问题提供一定的解决方案。地下复杂的地质条件使实际地震资料中地下地质体的地震反射特征变化复杂，难以正确识别，而地震正演模拟是正确理解复杂条件下地震波传播机理，规律和波场特征的有效方法。正演模拟研究可以很好地理解地震波的传播规律从而建立不同地质体的地震响应识别模型，还可以利用反射地震特征直接预测某些目标，为了避免解释过程出现多种解决方案，提高地震资料解释的准确性，增加隐闭油藏勘探成功率。
　　本文首先回顾了正演模拟方法的研究现状及波动方程法正演模拟的理论进行了详细的阐述。通过对波动方程地震正演方法及当前常用的地震正演软件的比较和分析，确定了人机交互地震正演模拟系统软件开发思路和开发方案。基于Visual Studio2010环境，用C＃开发用户界面，用C++实现计算，并采用交错网格有限差分实现了地震二维正演系统的基本算法和软件。结合渤海实际地震资料开展了方法软件的初步应用，取得一定效果，证明了方法的正确性和事实用性。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及研究思路

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究思路和方法

1．4 所取得的主要研究成果和认识

第2章 地震波场正演方法理论

2．1 正演模拟基本原理

2．2 数值模拟常用算法概述

2．2．1 射线追踪法

2．2．2 波动方程法

2．3 数值模拟假设条件及原理

2．3．1 基本假设条件

2．3．2 Huygens原理

2．3．3 Fermat原理

2．4 地震波在层状介质中的传播规律

2．4．1 Snell定理

2．4．2 反射与透射

2．4．3 地震波在多层介质中的传播规律

第3章 数值模拟的有限差分实现

3．1 有限差分的基本概念

3．2 基本差分格式的建立

3．3 建立声波方程有限差分

3．3．1 二维声波方程的差分形式

3．3．2 二维声波方程的(2，4)阶差分求解法

3．4 有限差分网格的实现

3．5 地震正演模拟问题分析

3．5．1 震源以及加载方式

3．5．2 边界条件

3．5．3 稳定条件

3．5．4 频散问题

3．6 程序设计中的问题

3．6．1 关于开发环境与开发语言的选择

3．6．2 关于开发过程中图像模型转变为物理模型问题的解决

第4章 正演模拟建模交互系统设计

4．1 建模设计的基本思想

4．2 手绘位图转化为正演模型

4．2．1 位图模型的绘制

4．2．2 位图模型的读取

4．2．3 地球物理模型的参数化

4．2．4 地质模型反射序列剖面的形成

4．2．5 核心技术及代码

4．3 函数拟合法储存模型

4．3．1 模型转换示意及原理

4．3．2 核心技术代码

5．1 概述

5．2 系统的界面和交互部分

5．3 部分功能及成果展示

5．3．1 水平层状模型

5．3．2 向斜模型

5．3．3 背斜模型

5．3．4 水平层状模型

5．4 渤海潜山储层地震响应特征分析

结论

致谢

参考文献