二维有限差分地震波场数值模拟研究

• 作 者: 张世斌
• 机 构: 桂林理工大学
• 出 处: 桂林理工大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 有限差分 地震波场 数值模拟 波动方程 时间切片 地震勘探 特征波

地震波场数值模拟是地震学领域中一项非常重要的技术方法，在地震勘探和天然地震研究中都有着广泛应用，贯穿于地震资料的采集、处理和解释的全过程中。　　
地震波场数值模拟主要有射线追踪法、积分方程法和波动方程法3大类方法，其中的波动方程法既能得到波场的运动学特征，也能得到动力学特征，具有波场信息丰富的优点。　　
有限差分法是波动方程法中基于差分原理的一种计算方法，以波动理论为基础，利用泰勒级数展开式推导出波动方程的有限差分格式。具有适用性强、算法容易实现、计算速度快、模拟结果与理论吻合良好等优点，应用前景广泛。　　
本文应用有限差分法求解声波波动方程，推导出时间域二阶空间域四阶的递推公式，同时对波场数值模拟过程中初始条件的给予、震源子波的选择、边界吸收的实现、稳定性的保证及频散的压制等问题进行了探讨和研究，为应用有限差分法进行波场数值模拟提供理论指导。　　
之后用程序实现了二维声波有限差分波场数值模拟，计算了大倾斜、小断层、起伏界面、溶腔体等典型地质模型，利用差分算法对这些地质模型做了波场数值模拟，对模拟所得的单炮记录和波场快照进行进行分析对比，得到了这些地质特征体对对地震波传播的影响，为今后的处理解释工作提供科学依据。　　
在对波场特征分析时采用单炮记录与时间切片相结合的方式，通过对时间切片的跟踪分析，可以很容易的划分各波组成分，方便对地震波场的了解。通过分析对比可知：在大倾斜地区，应当根据目的层的空间位置和倾角大小设置合理的观测系统；断层面产生的绕射波对于了解地下断层大致结构和特征有重要意义；凸界面的扩散波和凹界面的回转波是识别弯曲界面的特征波，在解决弯曲界面问题时应加以重视。