文档介绍：地震数值模拟的发展与应用
姚姚
中国地质大学(武汉)
地震数值模拟是据野外地质构造或地质体的形状和介质参数建立起数学模型,用数值求解的方法将野外地震勘探过程在数字计算机中重演的一种地震正演模拟方法。
地震数值模拟包括地质模型的数学建模和数值计算二大部分内容。
(一)地震数值模拟的定义
一、前言
在地震正演模拟中,物理模拟是一种重要的方法。但是,物理模拟由于不够灵活、参数改变困难、模型制作不易,很难广泛应用。而数值模拟可以方便地修改模型参数和形状,经济实用,高效、灵活,在地震勘探和开发中都得到了广泛应用。当然,与物理模拟相比其在真实性上也有一定的缺点,因为所有的数值模拟都必须对介质作一定的假设和简化。
(二)地震数值模拟的应用
地震数值模拟在地震勘探、开发中的应用范围非常广泛,归纳起来最主要有如下三方面的应用:
1、在地震波场和地震勘探方法的理论研究中有重要的作用,利用它可以研究各种复杂地质条件下的地震波场响应特征和验证新方法的可靠性。
2、在地震资料采集、处理和解释中均起着重要的辅助作用(如观测系统的设计、解释结果的验证、处理方法的使用等)。现在我们面临着越来越复杂的地质对象,可以说,离开它地震方法寸步难行。
3、是地震叠前偏移方法和某些反演方法的基础(如常规叠前偏移需先进行射线追踪,各种拟合反演技术都需正演先行等)。
地震数值模拟的分类比较复杂,可以从不同的方面进行。
(三)地震数值模拟的分类
1、从地震数值模拟结果只具有运动学特征还是运动学和动力学特征都具有上划分,可以分为射线追踪法和波动方程法二大类。每一大类中又可以细分为很多小类,如声波法和弹性波法、单程和全程等。
2、从数值模拟要研究的地质对象复杂程度上划分,可以分为均匀介质、非均匀介质、弹性介质、非弹性介质、各向同性介质、各向异性介质、裂隙介质的数值模拟等。
3、从地质模型的维数上划分,可以分为一维、二维和三维等几种地震数值模拟方法。
上述分类是相互穿插的,如三维各向异性介质弹性波波动方程数值模拟。
最简单的地震数值模拟就是一维合成地震记录形成。它是利用声测井资料得到反射系数序列,然后与不同的地震子波进行褶积计算得到各种一维合成地震记录。其目的主要是要进行波阻抗反演。
后来发展了射线追踪方法,然后又发展波动方程数值模拟方法。
(四)地震数值模拟的发展
大型、集群、并行计算机的使用给地震数值模拟的发展打下了基础。
目前,全三维弹性波波动方程数值模拟已经步入了实用阶段,考虑更为复杂介质情况的全三维波动方程数值模拟也有可能了。
地震数值模拟方法的发展方向是得到的结果更真实、计算的效率更快捷、计算的精度更高、由计算所带来的干扰更少。
1、射线追踪数值模拟------ 计算地震波运行的射线,以求解地震波传播旅行时为主要目的,在接收点根据计算的旅行时间与子波形成正演模拟记录。属几何地震学范畴。
2、波动方程数值模拟------ 求解波动方程的解,不仅求解地震波传播旅行时,还计算地震波的波形,在一定的观测系统条件下自动形成正演模拟记录。属物理地震学范畴。
二、射线追踪与波动方程数值模拟