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地震波场模拟及应用

作　者: 唐小平
导　师: 白超英
学　校: 长安大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 分区多步最短路径算法分区多步快速行进法极值和面元法高阶有限差分算法交错网格伪谱算法地震射线追踪地震波场模拟与分离多震相走时联合成像
分类号: P631.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 209次
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内容摘要

本文内容包括三大部分：(1)地震射线追踪正演方法与技术；(2)地震波场模拟与分离技术；(3)多震相走时联合反演方法与技术。地震射线追踪正演方法与技术中首次提出了分区多步最短路径算法(Multistage MSPM),实现了复杂层状介质中多次(反射、透射、及转换)波的追踪计算；同时与目前国际上流行的有限差分解程函方程算法--分区多步快速行进法(Multistage FMM)进行了对比研究与分析,其结论是无论从计算精度,还是CPU时间,Multistage MSPM算法均优于Multistage FMM算法。为了解决多值射线的追踪问题,提出了最短路径下的极值算法,适应于复杂速度构造(如：透镜体、背斜、向斜、塌陷等)中多值射线的追踪计算；为了解决地震勘探的实际问题,提出了最短路径下的界面元法,可进行多次波的射线追踪,其最大的优势在于计算时间。地震波场模拟与分离技术方面,运用高阶有限差分实现了一阶波动方程波场模拟及分离,交错网格下一阶波动方程伪谱法波场模拟及分离,并运用相同的思路实现了二阶波动方程波场模拟及分离,并取得较为理想的效果。多震相走时联合反演方法与技术方面,成功的将分区多步最短路径射线追踪正演算法与子空间反演法相结合,实现了初至波与反射波的联合反演成像,取得了较好的效果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题研究的背景及意义  10
  1.2 地震波场模拟方法及其特点介绍  10-11
    1.2.1 最短路径法和快速行进法  10
    1.2.2 高阶有限差分和伪谱法波场模拟  10-11
  1.3 子空间法  11
  1.4 论文的研究思路  11-12
  1.5 论文的创新点  12
  1.6 论文的主要内容  12-14
第二章分区多步最短路径法多波模拟  14-36
  2.1 改进后的最短路径算法(MSPM)  16-17
  2.2 分区多步思想  17-18
  2.3 二维多次反射、反射及转换波模拟  18-26
    2.3.1 方法原理  18-20
    2.3.2 数值模拟实例与结果分析  20-25
    2.3.3 误差分析  25-26
  2.4 三维多次反射、反射及转换波模拟  26-34
    2.4.1 基本原理及实现  26-27
    2.4.2 MSPM简述  27
    2.4.3 模型分区和多步计算的实现  27-29
    2.4.4 模拟实例  29-30
    2.4.5 地震入射及反射波波前模拟  30-31
    2.4.6 多次透射及反射波射线跟踪  31-32
    2.4.7 多次透射、转换及反射波射线跟踪  32-33
    2.4.8 计算误差分析  33-34
  2.5 结论  34-36
第三章快速行进法  36-51
  3.1 快速行进法的基本原理  36-39
  3.2 FMM算法的空间传播过程  39-41
  3.3 FMM中的三角网格计算  41-42
  3.4 分区多步FMM  42-44
  3.5 分区多步FMM多波模拟模型测试  44-46
  3.6 分区多步FMM与分区多步MSPM算法的对比分析  46-50
  3.7 结论  50-51
第四章分区多步最短路径极值法与界面元法射线模拟  51-68
  4.1 方法原理及实现步骤  51-53
  4.2 模型测试  53-59
    4.2.1 透镜体模型  54
    4.2.2 塌陷构造反射波模拟  54-56
    4.2.3 分区多步最短路径下极值法求取多值多次反射波  56-57
    4.2.4 多次覆盖下的反射波模拟  57-58
    4.2.5 分区多步最短路径下极值法模拟三维多值反射波  58-59
  4.3 极值法下的快速行进法  59
  4.4 误差分析  59-60
  4.5 极值法的小结  60-61
  4.6 界面元法  61-66
    4.6.1 最短路径下的面元法  62
    4.6.2 层状介质中的最短路径下的面元法简化  62-63
    4.6.3 分区多步最短路径下的界面元法  63-66
  4.7 极值法下的界面元法  66-67
  4.8 界面元法误差分析  67
  4.9 本章小结  67-68
第五章高阶有限差分与伪谱法波场模拟  68-94
  5.1 高阶有限差分的基本算法  69-72
  5.2 稳定条件及边界处理  72-73
  5.3 模型测试与分析  73-78
    5.3.1 均匀模型及边界测试  73-74
    5.3.2 层状介质中的高阶有限差分波场模拟  74-75
    5.3.3 面波模拟  75-77
    5.3.4 块状模型中的面波模拟  77-78
  5.4 高阶有限差分波场分离  78-79
  5.5 一阶交错网格下的伪谱法  79-82
    5.5.1 均匀空间的伪谱法模拟  80-81
    5.5.2 层状介质中的交错网格伪谱法模拟  81-82
  5.6 伪谱法下一阶波动方程波场分离  82-86
  5.7 常规网格下的伪谱法模拟二阶波动方程  86-92
    5.7.1 均匀介质中的波场模拟  87-88
    5.7.2 均匀空间的波场分离  88-89
    5.7.3 层状介质中波场分离  89-92
  5.8 误差分析  92-93
  5.9 本章结论  93-94
第六章最短路径下子空间反演算法  94-105
  6.1 反演的基本知识  94-99
    6.1.1 梯度法  95-97
    6.1.2 子空间法  97-99
  6.2 最短路径下子空间初至波反演  99-101
  6.3 反射波成演和联合成像  101-103
  6.4 透镜体构造成像  103-104
  6.5 本章结论  104-105
结论与下一步工作  105-107
参考文献  107-115
攻读学位期间取得的研究成果  115-116
致谢  116

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