姚姚-地震数值模拟
近地表速度变化对地震波传播的影响
勘 探地 球物理进展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ Ｇｅ ｐ ｙ ｉｓ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｅｘ ｌ ｒ ｔ ｏ ｈ ｓｃ ｏ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ５ １３ ， ． ０ｃ ． ２ ０ ｔ，０ ８
文 章 编 号 ：６ １ ５ ５ ２ ０ ） ５ ０ ５ —０ １７ —８８ （０ ８ ０ — ３ ７ ６
近 地 表 速 度 变 化 对 地 震 波传 播 的影 响
张 兵， 方伍 宝， 孔祥 宁， 李满树
（ 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院南京石油物探研究所， 江苏南京 ２０ １） １０４
摘要 ： 地表起伏 和近地表速度变化是影 响地震 波传播 的两个重要因素 。采用基于坐标变换 的起伏地 表弹性 波正
姚姚 等指 出， 灰岩 出露地 区， 岩 受 到溶 蚀 ， 洞 在 灰 缝
降速带对模拟记录有非常明显的影响。纵 向变速带 厚度为 ５ ０ ｍ时， 速度梯度大， 面波频散、 散射 明显，
记录 中面波 能量 非 常强 ， 地表 多次 波 和波 前 面混 合
发育 ， 裂隙、 溶洞的灰岩模型正演计算结果存在大量 因局 部非均匀性 引起 的散射 波ｆ 。我们 用随 机速度 ６ ］
演模拟方法 ， 纵向变速、 向变速 、 对 横 随机变速等一系列速度模 型进行 了正演数 值模拟 ， 分析 了起伏 地表情 况下 近地表速度的不 同变化对正演模拟记录 的影 响， 得出近地表变速带厚度较薄 、 纵向层状变速 明显 、 向块状 变速 横 剧烈以及介质速度随机变化较大时都会导致噪声严重 、 拟记录信噪 比变低 的结论 。 模
关键词 ： 起伏地表 ； 坐标 变换 ； 向变速 ； 向变速 ； 纵 横 随机 变速 中图分类号 ： ６ １４ Ｐ ３ ． 文献标识码 ： Ａ
随机介质地震波正演模拟在碳酸盐岩储层预测中的应用
（９０发展了任意阶精度的交错网格差分算法等 ； １９） Ｊｓ ａ ａｔ ｍ等ｒ］ ｒ １提出了单方向上的变 网格计算方法 ， １ 牟永 光口］２０ ） ２（０ ５在对 复 杂介 质三 维 地震 波 传 播方
程数值 模 拟进行 描 述 时 也 强 调 采用 变 网格 计算 技 术 ； 生 旺等 ［（０ ７利用 变 网格进 行 了弹性 波数 朱 ５ ２０ ） ］ 值 模拟 ； 超 等 ［］２０ ） 一 步 利 用 可 变 网格 与 黄 １ （０ ９ 进 。 局 部可 变 时 间步 长 的高 阶 差 分进 行 了地 震 波数 值 模拟 ， 有效 提高 了模 拟 的精度 和效率 。
第 ４ 卷第 ２ ９ 期 ２１ ０ ０年 ３月
石
油
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物
探
Ｖｏ＿ ９ Ｎｏ ２ Ｉ４ ， ．
Ｍ ａ ．， ０ ０ ｒ ２ １
ＧＥＯＰＨＹＳ ＣＡＬ Ｉ ＰＲ０Ｓ ＣＴＩ ＰＥ ＮＧ ０Ｒ ＥＴＲ０ＬＥＵＭ Ｆ Ｐ
文章 编 号 ：０ ０ ４ １ ２ １ ）２— １ ３ ７ １ ０ —１ ４ （０ ０ ０ ０ ３ —０
随机 介 质 地 震 波 正演 模 拟在 碳 酸 盐岩 储 层 预 测 中的应 用
刘春 园 ， 生旺 魏修 成 徐 胜峰。 朱 ， ，
（．中国石油 化工股 份有 限公 司石 油勘 探 开 发研 究院 ， 京 １０ ８ ；．中国 石 油化 工 集 团公 司 １ 北 ００ ３ ２ 国际石 油勘探 开发 有 限公 司 ， 京 １ ０８ ） 北 ０ ０３
反射特征 的影 响， 获得了规则孔洞尺度 以及随机排列孔洞 密度对地震 属性 的影响规 律 。对 于单 个 的溶 洞而言 ，
当溶洞横 向尺度小 于菲涅 尔带半径 ， 向尺度小于调谐厚度时 ， 纵 溶洞反射振幅与溶洞尺度成正 比例关 系 ； 于随 对 机分布孔洞 的碳酸盐岩储层 而言 ， 地震波能量与孔洞密度成正 比例关系 。 关键词 ： 随机介质 ； 正演模拟 ； 酸盐 岩 ； 碳 孔洞
尾矿坝地震荷载作用下的数值模拟方法
新 的分析 手段 ， 如有 限差 分法 、 边界 元法 、 子结 构法 、 振型 叠加 法和集 中质 量法 等 。 利用 有 限差分法 对尾 矿坝 在地 震作用 下进 行数 值 模 拟 ， 用有 限差分 法 软件 Ｆ Ａ 加分 析尾 矿 坝在 采 ＬＣ 地 震荷 载作 用 下 的 位 移 、 隙 水 压 力 、 效 应 力 情 孔 有
库的水位 ， 增强尾矿坝 的静力和动力抗 滑稳 定性。 另外对渗透性不高的尾矿本身应采取加速排水的措
施， 以保 障尾矿库 在 正 常 运行 及 地 震 等 特 殊情 况 下
的安 全稳 定 。当然 ， 在实 际生产 过程 中 ， 针对 不 同 应 性质 的尾 矿进行 概 化 分 区 ， 针 对 不 同地 区 的抗 震 并
方法 ； 线性 分析 发展 到非 线 性 分 析 以及 弹 塑 性分 从 析 ］ 。分 析手段 主要 为 有 限单 元 法 ， 他 还 有 一些 其
但 在 １６ ９５年 ３月 ２ ８日的 ７级 地 震 中发 生 液 化 ， 导 致 一邻 近 的老 坝溃 决 ，０ 人 丧生 。 ２０余 根 据《 筑 物抗震 设 计规 范》 定 Ｊ６度 时 ， 构 规 ， 尾
中体 积减 少增 量 △ 与循 环 剪 切 应 变 幅 值 的 关 系如 下 ：
：
１ 尾 矿 库 概 况
上 游法 尾 矿堆 积坝 由于 成本 低 ， 理方 便 ， 管 国内
一
Ｃ ｅ ｐ 一Ｃ （ １ｘ （ ２
ｙ
） ），
（） １
Ｔ
式 中 ， ｄ △ 为体 应变 ； 剪切应 变 ； Ｃ 为 常数 。 ７为 Ｃ、
取 ２ ０ｍ， 向取 ６ 其 中地基层 厚 ２ ， ５ 竖 ０ｍ， ０ｒ 初期 坝 ｎ
姚姚-地震数值模拟
（四）地震数值模拟的发展
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。
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。
逆断层射线追踪数值模拟一炮的射线路径图 正断层射线追踪数值模拟一炮的射线路径图
（一）射线追踪数值模拟的发展与应用
传统射线追踪数值模拟主要是使用两点射线追踪 的试射法和弯曲法。
目前，射线追踪数值模拟在两个方面得到发展。 一是在计算方法上，发展了适应性更强的程函方程法、 波前重建法、最短路径法等；二是在克服只能得到运 动学特征的问题上，发展了近轴射线追踪、动力学射 线追踪、高斯束射线追踪等方法。
（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。
垂直分量（左）
水平分量（右）
双层介质波动方程数值模拟一炮地面记录
射线追踪数值模拟只能模拟地震场的运动 学特征，但是运算速度快，而且提供的射线图 十分直观，在生产实际中还是很受青睐的，其 方法也比较成熟。但是它存在盲区、焦点等难 以解决的问题，特别是缺少地震波的动力学特 征，需要改进。
大尺度地震波的数值模拟与预测
大尺度地震波的数值模拟与预测地震是地球内部能量释放的一种自然现象，会造成巨大的破坏和人员伤亡。
了解地震波的传播规律以及对其进行准确的模拟与预测对于地震灾害的预防和减轻具有重要意义。
本文将探讨大尺度地震波的数值模拟与预测方法，并分析其在地震灾害管理中的应用。
地震波是地震能量释放后在岩石、土壤和水体中传播所产生的波动，其传播速度和路径受到地质构造和介质性质的影响。
数值模拟地震波传播可以通过在计算机中解析地震方程来实现。
地震方程是描述地震波传播的基本方程，通常采用波动方程形式。
通过在三维空间中离散地震方程，可以得到地震波在不同地点的振幅和传播速度信息，从而实现对地震波传播的模拟。
为了进行大尺度地震波的数值模拟，需要获取大规模的地质结构模型和地震波速度模型。
地质结构模型可以通过地质勘探和地震资料分析得到，用于刻画地下介质的层状结构和性质。
地震波速度模型则是描述地震波在不同介质中传播速度的参数，可以通过地震资料和地震勘探技术获取。
利用这些模型，可以在计算机中建立相应的数值模型，在模拟地震波传播之前对其进行预测。
在进行地震波数值模拟之前，需要进行验证和校准。
验证是指将数值模拟结果与实测资料进行对比，以验证模拟的准确性和可靠性。
校准则是通过调整模拟参数，优化地震波模拟结果，使其与实测资料吻合程度更高。
验证和校准过程的完成可以提高地震波数值模拟的可信度，并为后续的预测工作打下基础。
大尺度地震波的数值模拟可以用于地震灾害管理的多个方面。
首先，通过模拟地震波在不同介质中的传播，可以预测地震造成的破坏范围和程度。
这对于城市规划、建筑设计以及灾害应急管理具有重要意义，可以提前采取相应的措施减轻地震灾害的影响。
其次，模拟地震波传播还可以用于评估地震烈度和地表运动速度，为地震灾害风险评估提供依据。
最后，地震波数值模拟还可以帮助科学家深入研究地震过程和地震发生机理，为地震灾害的原因和规律提供科学依据。
然而，大尺度地震波的数值模拟和预测也面临一些挑战。
数学建模地震预测模型
数学建模竞赛论文题目：地震预测数学建模姓名：张志鹏学号：12291233 学院：电气工程学院姓名：赵鑫学号：10291033 学院：电气工程学院姓名：张书铭学号：12291232 学院：电气工程学院目录摘要 (3)一、问题重述 (4)二、问题的分析 (4)三、建模过程 (5)问题1：地震时间预测 (5)1、问题假设 (5)2、参数定义 (6)3、求解 (6)问题2：地震地点预测 (7)1、问题假设： (7)2、参数定义 (8)3、求解过程： (8)四、模型的评价与改进 (12)参考文献 (13)摘要大地振动是地震最直观、最普遍的表现。
在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸。
在大陆地区发生的强烈地震，会引发滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。
对人们的生产生活成巨大影响，严重威胁人们的生命和财产安全，所以，对地震的预测是十分必要的。
本文根据从1900年以来中国发生的八级以上地震的时间和地点分析，利用合理的数学建模方法，对下一次中国可能发生的八级以上地震的和时间和地点进行合理的预测。
建模方法分为对于时间的预测和地点的预测两个方面。
问题1：对于时间的预测采用的方法为指数平滑法，它是通过计算指数平滑值，配合一定的时间序列预测模型对现象的未来进行预测。
其原理是任一期的指数平滑值都是本期实际观察值与前一期指数平滑值的加权平均。
问题2：对于地点的预测根据长久的数据表明，八级以上地震主要发生在东经70°——110°，北纬20°——50°这个范围内，据此将整个地震带划分为100个区域，按顺序进行编号。
建立时间与地震区域编号的数学模型，利用线性回归的方法对下次地震地点预测。
关键词：地震，预测，数学建模，指数平滑法，线性回归一、问题重述地震预报问题，大地震的破坏性是众所周知的，为了减少大地震带来的灾难，人们提出了各种预报地震的方法，以求减少大地震产生的破坏。
本赛题请大家用数学建模的方式预报下一次大地震发生的时间和地点。
有限差分法地震波传播数值模拟
=
kΔx
=
2π λ
Δx ≤ 1
，即只要一个波长包含几个空间步
长，随着差分精度2M的提高，上述高阶差分解法产生
的数值频散会逐渐减小。
不同差分精度空间频散曲线
不同差分精度时间频散曲线
五、边界问题
自由边界条件
内部边界条件 吸收边界条件
设计吸收边界条件的目标：
z 方程+边界条件数学上是非病态的
连续
问题 z 方程+边界条件可以近似描述无限介质中的物理过程 z 边界条件和内部点的计算方式是相容、不冲突的
-----------J.M. Carcione
地震波传播数值模拟应用领域
地震波传播理论
数据采集
理论指导 物性参数
研究传播规律
正演模拟
指导设计 观测系统
验证
地震解释
提供理论数据 试验处理流程
数据处理
提供正演方法
岩石物理
参数反演
断层下覆界面反射能量强
炮点
T=2000ms
炮点 T=2300ms
炮点位于11km处的单炮记录
?21?4?1?6?1?m?2m?1222m246333m24lllol622m32m?m4?m6??m?m?2m?m?2?c1m??m??c2?m??c3???m??cm??m??1??0????0???m????0??35?1?133335?555?135?mm?m2n?12n?12n?1?35?1llloln?2n?1?c1??1??n???3?2n?1??c2??0?n?5??0?2n?1?c??3???m??m??m?n?2n?1????2n?10???cn????ox2ox数值频散试验dxdz10mdt1ms10高阶差分为何会消除数值频散
立陡状金属矿随机介质地震正演模拟研究
均匀体 的模型。大尺度非均匀体 是介质 的平均特
性， 而小尺度非均匀体是这些平均值上 的扰动。小
尺度非均匀体数量多且无规则分布， 以从地震资 所
料中能够重新构建该模型的唯一信息 ， 就是非均匀 体的统计特性。因此 ， ． ．ｋｌ 等－ 提出把小尺 Ｌ Ｔ Ｉｅｅ ４ ｌ 度非均匀体看成一个空间随机过程。将这些具有
在 地震 勘探 中 ， 常将 介质 近 似为均 匀弹 性介 通
整地加以描述 ， 而使用统计学方法 ， 则能较为灵活、 方便且完整地描述它们 。中国地质大学 （ 武汉） 的 奚先和姚姚 研究了随机介质模型 的构建 ， 单尺 度、 平稳随机介质模型、 多尺度、 非平稳随机介质模 型、 弹性波动方程 的正演模拟， 以及二维 随机介质
４期
廉 玉广 等 ： 陡状金 属 矿 随机 介质 地震 正 演模拟研 究 立
—
３５ ６
变现象严重 ， 矿体和地层很少有像沉积地层之间发
生波 阻抗突 变 这样 一 种 简 单 的方 式接 触 。绝 大 多
（√ 一 ＋）
其中
、
（ ６ ）
数金属矿体具有复杂 的形态 ， 岩层 界面起伏不定 ， 横 向变化大 ， 地质情况非常复杂。在金属矿区采集
第３卷 第４ ３ 期
物探 化 探 计 算 技 术
２１ 年７ ０１ 月
文章编 号 ：ｌ ｏ 一 １４ （０ ）４ － ３ ４－０ ｏ ｌ ７ ９ ２ １ ０ －０ ６ － ４ １ － － －
立 陡 状 金 属 矿 随机 介 质 地 震 正 演 模 拟 研 究
廉玉广， 韩立国
（ 吉林大学 地球探测科学与技 术学院， 吉林 长春 １０２ ） ３０６
Ｚ － 方向上的自相关长度 ； 是 阶的第三类贝 塞尔函数 ， ＜ｌ ０＜ 。 根据给定 的自相关 函数 西 ， （ ，） 产生 由它描 述的平稳随机介质模型 的算法流程为 ： （） Ｉ 产生随机过程 的功率谱 函数。选择 自相 关 函数 咖 ， （ ）以及 自相关长度 口 ６， 、 对 （ ＝ ， ） 进行二维傅立叶变换 ：
2009年姚安6.0级地震强震动应急观测的数据处理及其震害启示
（ 云南省 地震局 ，云南 昆明 ６ ０２ ） ５ ２ ４
摘
要 ：对 ２０ ７ ９１云南姚 安 ６０ 地震应急流动观测 获取 的强余震记 录进行 了处理 和分析 ，包括记 录 的 ０９年 月 ３ ．级
滤波及零漂处理 ， ． 级 、 ． 级 、４６ ５２ ４７ ． 级三次强余 震 的 Ｐ Ａ Ｇ 、Ｐ Ｄ及 Ｐ Ｖ Ｓ Ｇ 、Ｐ Ｖ Ｇ Ｓ 、ＰＤ以及对应 的谱烈度 （，与 Ｓ） 相对持时 （ ） 等的计算及其分析 。结 果表明 ：这些强余震 近场 记录的滤波处理对 高频成份 影响较 大 ，对低频部 分
第２ ６卷第 ４期 ２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
灾
害
学
Ｖ０． ６ Ｎｎ 】２ ４
Ｏｅ Ｏ１ Ｌ２ ｌ
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｃ Ｉ ＯＰＨＯＬ Ａ ＡＳｍ ｌ ０ＧＹ
２０ ０ ９年 姚 安 ６ ０级 地 震 强 震 动 应 急 观 测 的 数 据 ． 处 理及 其 震 害启 示
２０ ０ ９年 ７月 ９ １云南 省 姚 安 县 ６ ０级 地 震 发 ３ ．
速 度 高 峰 值 现 象 ，以 及 地 震 动 的 峰 值 、持 时 、频
生后 ，地 震 应 急 人 员 在 震 区迅 速 布 设 了 由 ５台强 震 仪组 成 的强 震 动 流 动 观 测 台阵 ，及 时地 捕 获 了 观测 期 间 震 区 发 生 的 所 有 ≥３ ０余 震 。 截 止 ７ ．
强震流动观测使 用 了美 国 Ｋｎｍ ｔｃ 公 司生 ｉ ｅｉ ｅ ｒｓ 产 的 ５台 Ｋ ２型便 携式 强震动仪 ，该仪 器集记 录
・ 收稿 日期 ：２ １ ０ ０ １— ５—３ １ 基金项 目：中国地震 局公益性 行业 专项“ 宁洱 ６４级地震现场综合考察 ” ． 子项“ 基于强震动记录的烈度复核” ２ ０ ００ １ （ ０ ８ ８６ ） 作者简介 ：李世成（９０一） １６ ，男 ，湖北洪湖人，高级工程师，主要从事地震地质及强震动观测等工作．Ｅ ｍ ｉ：ｌｈ ｈｎ６ １０＠２ ｃ．ｏ － ａ ｉ ｉ ｅｇ８０６ １ｎｃｍ ｌ ｓｃ
基于多道震源破裂动力学模型的大地震数值模拟方法研究
基于多道震源破裂动力学模型的大地震数值模拟方法研究地震是自然灾害中最为致命的一种，它的来临往往无法预测，对人类和自然界造成重大的损失。
为了更好地了解地震的发生机理和预测其可能性，科学家们一直在开展地震数值模拟的研究，并且利用现代计算机技术不断改进该项工作。
本文将探讨基于多道震源破裂动力学模型的大地震数值模拟方法研究。
一、多道震源破裂动力学模型由于地震破裂过程的非线性和复杂性，在数值模拟中需要采用动力学模型来模拟地震的发生和演化过程。
而多道震源破裂动力学模型正是一种用于模拟地震破裂动力学过程的数值方法。
该模型是基于地球物理学研究成果和计算机模拟技术的结合，旨在模拟地震破裂过程中的断层运动、地表变形和地震波传播等现象。
多道震源破裂动力学模型采用的是弹性力学理论，通过求解弹性波动方程和动量方程，模拟地震破裂场景中断层的破裂、滑动和变形过程。
该模型考虑到了地震场景中多个断层共同作用的情况，可以模拟地震破裂区域的地表位移、应力和速度等参数的变化。
同时，该模型还可以进行地震波传播和区域震级的预测。
二、大地震数值模拟方法在基于多道震源破裂动力学模型的大地震数值模拟中，需要通过计算机程序对地震破裂场景进行模拟。
具体来说，数值模拟方法可以分为以下几个步骤：1. 收集地震数据：通过地震监测台网获取地震发生时的震源参数、震级大小和地震波数据等信息，为后续模拟提供基本数据。
2. 建立地震模型：将收集到的地震数据以及相关的地质资料进行处理，建立地震模型，包括地震破裂区域的形态、长度和宽度等参数。
3. 设定边界条件：为了保证数值计算的可行性和精确性，还需要对仿真区域进行边界条件的设置，包括地震波来自何处、边界的衰减系数等。
4. 进行数值计算：根据多道震源破裂动力学模型，对建立好的地震模型进行数值计算，求解地震波传播过程中的位移、速度和应力等参数。
5. 分析结果：通过数值计算的结果，进一步分析地震波传播的规律和区域震级等参数，为地震预测提供参考依据。
碳酸盐岩溶洞成像宽度的地震物理模型分析
溶洞绕射能量 不仅 与溶洞 尺度有 关还 与溶 洞形 态 有 明显 的联 系 ； 洞 的横 向尺 度 会 影 响 “ 溶 串珠 ” 状强短反射 的垂 向长度 ； 同时指 出时频 属性对尺 度 相 近 的 溶 洞 有 很 好 的识 别 能 力 。赵 群 等 ［］ １ 利
溶缝洞型储集体和内幕层 间岩溶缝洞型储集体 为 该地区的主力储层［ ， １ 根据储集体 的形态大小和组 ］
合方 式 ， 可将储 层 大致 分为 溶洞 型 、 洞 型 、 洞 型 孔 缝 和裂 缝 型＿ 。早 期 风 化 作 用 和 后 期 构 造运 动导 致 ２ ］
储层具有极强 的非均质性 ， 油气藏埋藏较深 ， 约为
些 较好 的研 究成 果 。
１ 溶洞地震物理模型和数据采集参数
根据 碳 酸盐岩 溶 洞尺度 和填 充物 的实际情 况 ， 设 计 了 ２个溶 洞地 震 物理模 型 ， 型 １ 模型 ２的 模 和
作用， 导致部分溶洞 同相轴没有 成像或分辨 率降
低 。胡中平等［ ０ ９］ － 基于正演模拟和实际资料 ， １ 研究 认为小道距 、 宽方位观测有益于溶洞储层 的精确成 像 。朱生旺等Ｌ］ １为提高绕射波成像精度提 出了一 １
种 适应 振 幅空 变 的信号 分 解 算 法 。董 良国等 ［ 采
垂直和水平显示如图 １ 所示 。模型与实际的尺度
中图分类号 ： ６ １ ４ Ｐ ３ ．
文献标识码 ： Ａ
塔里 木 盆地 奥 陶 系石 灰 岩 顶 面 以下 的潜 山 岩
有限差分地震波传播数值模拟方法 ， 研究 了溶洞尺
度 和溶 洞填 充物 对 反射 振 幅 和频 带 的影 响 。魏 建 新 等 Ｅ－］ １１ 利用 地 震 物 理 模 型 研 究 了不 同形 态 、 ３５ 不 同尺 度 溶洞 的地 震 响应 以及 属 性 特 征 ， 究 表 明 研
基于MATLAB的地震正演模型实现[1]
![基于MATLAB的地震正演模型实现[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b0ff2c94daef5ef7ba0d3c16.png)
基于MATLAB的地震正演模型实现贾跃玮(中国地质大学(北京) 北京100083)摘 要 人工合成地震正演模型是进行三维模型计算的基础。
针对地震勘探的原理,本文运用MATLAB强大数学计算和图像可视化功能,对一个三层介质模型制作了人工合成地震记录。
文章首先说明了地震记录形成的物理机制,然后介绍了地质模型的构造及参数选择,最后针对该具体地质模型制作了合成地震记录。
关键词 地震;MATLAB;正演0引 言 地震勘探就是利用地下介质弹性和密度的差异,通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应,推断地下岩层的性质和形态的地球物理方法。
地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段,在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面,也得到广泛应用。
人工合成二维地震模型记录是各种复杂地震模型正演计算的基础,是对地震勘探经典理论的忠实实现。
在实际工作中,针对具体地质构造进行二维地震模拟能够有效帮助地球物理工作者在地震剖面上识别各种地质现象。
MATLAB环境集编程、画图于一体,特别适合人工合成地震记录的快速实现。
因此,我们在MATLAB环境下设计了一个三层地质模型,并对该模型模拟了地震记录,旨在可视化地观察地震波场记录特征并验证地震褶积模型。
1地震记录形成的物理机制在地震记录上看到的波形是地震子波叠加的结果,从地下许多反射界面发生反射时形成的地震子波,振幅大小决定于反射界面反射系数的绝对值,极性的正负决定于反射系数的正负,到达时间的先后取决于界面深度和覆盖层的波速。
若地震子波波形用S(t)表示,反射系数是双程垂直反射旅行时t的函数,用R(t)表示,地震记录f(t)形成的物理过程在数学上就可表示为:f(t)=S(t)3R(t)=∫0T S(τ)R(t-τ)dτ地震子波和反射系数资料常常不易取得,因此计算时常做这样一些假设:(1)地质模型的建立是来自大量观察实际地质结构的经验性归纳总结。
(2)为了模型建立和计算过程中突出理论数值,去除了一些干扰因素,对一切衰减、噪声都不进行考虑。
地震波数值模拟与分析
地震波数值模拟与分析地震波是地震活动中最重要的研究对象之一。
而地震波数值模拟和分析则是地震学领域中的重要研究方向之一。
在地震波数值模拟和分析的过程中，人们可以通过计算机模拟地震波的传播过程，并从中获取有关地震特征及其引起的地表破坏和建筑物结构变形等各种信息。
这对于地震灾害的预防、预测和减轻有着重要的意义。
地震波的数值模拟方法主要有有限差分法、有限元法、边界元法和谱元法等。
其中，有限差分法是目前地震波数值模拟中应用最为广泛的一种方法。
有限差分法在解决非线性、多维度和非静态问题方面表现尤为出色。
其基本思想是将地震波场离散成网格，并利用二阶精度差分公式计算各个时刻在网格点处的地震波场值。
有限差分法的优点在于精度高、计算速度快，同时可以对复杂地质构造及其他复杂条件进行模拟分析。
地震波的数值分析方法主要有PTA和TFI等。
其中，PTA是计算地震波传播中频谱组成的一种方法。
PTA方法基于傅里叶变换，将地震波在频域中进行分析，主要考虑波振幅和频率之间的关系。
通过对地震波的频谱进行分析，可以得出波传播路径、应变速率及层间的速度等信息。
而TFI则是通过时间域内的雷克子波分析地震波的能量分布，从而得出地表加速度和地震破坏信息。
当我们研究地震波数值模拟的同时，还要重视地震波分析的意义。
地震波的分析能够帮助我们对地震发生的原因、机制及它们对地表的影响进行研究。
同时，地震波分析也可以帮助我们评估地震对建筑物和基础设施的破坏。
这项工作通常涉及结构动力学模拟、震害评估、震害预测等研究领域。
此外，通过地震波分析，我们也可以了解地震所带来的生态影响和异常现象（如水波、地陷等）。
在地震波数值模拟和分析过程中，实际数据采集十分必要。
地震数据采集主要分为地震观测和近场强动观测两种方法。
地震观测是通过装置地震仪器等方法获得的数据。
而近场强动观测则是通过现场安装观测设备，获取地震波传播的信息。
同时，人工模拟地震波也是一种可行的方法，但其对于地震波的形态和波速等方面需进行较为精确的估计。
溶洞型储层数值模拟波场分析与识别方法
要 的地位 。碳 酸 盐岩 的基质 孔一 般 不发 育 ， 要依 主 靠 所 发育 的 有效 裂缝 和 溶洞来 形 成 产能 ， 具有 极强
的非 均质 性 。多 年 的油气 勘 探 实践 表 明 ， 裂缝 和溶
演模拟 ， 可 以得 到 比较 接 近实 际 的地 震 波场 。波 则 动方 程 的数值 计 算方 法 有 多种 ， 而使 用 最 多 的则 是
叠前 反 演方 法 的改 进 ； 利 用 频率 差 异分 析技 术 识 ⑥
别溶 洞 等 。 由于篇 幅所 限 ， 者 只对这 些 内容 作 简 笔 单 的介绍 ， 有关 细节 可参看 文后所 附 的参考 文献 。
式 中 ： 。 Ａ ， 。为背 景介 质参 数 ， 设其 为常数 或 Ｐ ， 。ｔ ｘ 假 随 空 间 坐标 缓 慢 变 化 ；ｐ， ， 为加 在 背 景 之 上 ６ Ａ
洞 型储 层进 行建 模 ， 以达到灵 活 、 便 、 整地 描 可 方 完
收 稿 日期 ：０ ２ Ｏ — ６ 修 回 日期 ：０ ２ ０ — ５ ２ １一 １ ０ ： ２ １— ２ １
第 一 作者 简 介 ： 姚 （９ ５ ）男 ， 姚 １４ 一 ， 教授 ， 士 生 导 师 ， 要 从 事 地 震 勘 探 与 开 发 的 教 学 与 科 研 工 作 。地 址 ：４ ０ ７ ） 博 主 （３０ ４ 湖北 省 武 汉 市 瑜 家 山鲁 磨 路 ３ ８号 中 国地 质 大 学 （ ８ 武汉 ） 球 物理 与 空 间 信 息 学 院 。 电话 ：０ ７ ６ ８ ４ ３ 。Ｅ ｍａｌｙｏ ａ＠ｃｇｅｕＣ 地 （２ ）７ ８ １ ０ — ｉ：ａｙｏ ｕ ． ．１ ｄ ／
中 图 分 类 号 ：６ １ Ｐ３． ４ 文献标志码 ： Ａ
０ 引 言
二维地震勘探技术在青海省八宝山地区页岩气勘探中的应用
二维地震勘探技术在青海省八宝山地区页岩气勘探中的应用摘要：为查明青海省八宝山地区页岩气目的层的空间展布和形态，在该地区通过开展二维地震勘探工作，研究了八宝山盆地的结构、区域构造样式、地层层序，三叠系八宝山组泥页岩的分布特征、埋藏深度、地层厚度以及与其有关的构造格架、构造发育史等。
结果表明：八宝山地区地覆构造展布为两个构造层系，中三叠系以下为早期的挤压构造结构，中三叠系以上为后期的沉积盆地，页岩气勘探有利层段为地震强反射同相轴连续段。
可见二维地震勘探技术在八宝山盆地页岩气甜点区预测中能够取得较好的应用效果。
关键词：八宝山盆地；二维地震勘探技术；页岩气勘探；泥页岩近年来，继美国在页岩气勘探开发方面取得了突破后，中国在焦石坝、威远气田等的志留系（龙马溪组）、寒武系（九老洞组）等海相沉积页岩气也进入了大量钻探开采期[1]。
青海八宝山地区页岩气勘查始于2014年，主要针对三叠系八宝山组暗色岩段进行评价。
在八宝山地区通过开展二维地震勘探和广域电磁法工作，查明了八宝山盆地的结构、区域构造样式、地层层序，了解了泥页岩的分布特征、埋藏深度、空间展布以及与其有关的构造格架、构造发育复杂程度、性质、延伸等情况，并预测了页岩气甜点区[2-3]，为下步页岩气压裂工作提供了依据。
1 八宝山地区地质条件研究区山系属东昆仑布尔汗布达山系，海拔一般4000～5200m，比高600～1200m，山脉走向近东西向，整体地形北高南低。
研究区内季节性河流以西南、北东向为主，一年大部分时间均有流水，每年五、六月份冰雪融化，河谷内还有大量的溶冰水。
1.1 构造特征研究区位于东昆仑东段、昆中及昆南断裂之间，构造线方向以近东西向为主，全区分为东西两个坳陷及中部隆起区，其中东部坳陷分为南北向两个凹陷。
断裂构造主要发育在研究区南北两侧，元古界老地层与侏罗系、三叠系呈断层接触，断层性质皆为逆断层。
1.2 地层特征研究区内地层主要出露中-晚元古代、三叠纪、侏罗纪、新近纪及第四纪地层。
【毕业论文】基于地震数据处理的三维地震观测系统设计_泌阳凹陷南部陡坡带三维地震观测系统设计实
·采集技术·基于地震数据处理的三维地震观测系统设计——泌阳凹陷南部陡坡带三维地震观测系统设计实例刘学伟① 尹军杰① 王德志② 贾烈明②(①中国地质大学·北京;②中国石化集团公司河南油田分公司地调处)摘 要刘学伟,尹军杰,王德志,贾烈明.基于地震数据处理的三维地震观测系统设计——泌阳凹陷南部陡坡带三维地震观测系统设计实例.石油地球物理勘探,2004,39(4):375～380,387为查明泌阳凹陷南部陡坡带内边界大断裂的位置及断裂带的内幕结构,本文针对该区的地震地质条件,从静校正、速度分析、三维DM O和偏移等四项关键处理环节对原始地震数据的要求出发,设计了三维地震观测系统。
在权衡各项处理要求和工作效率情况下,确定了每一排列片线数、满覆盖测线长度、面元尺度、纵横向覆盖次数及排列类型。
应用结果表明,采用上述观测方法所获得的地震资料质量较原资料有明显的改善,断裂位置成像清晰,目的层及其以上各反射层特征清晰可靠,分辨率和信噪比均有提高,基本达到了预期的效果。
关键词 观测系统设计 三维地震 断裂带勘探引 言工区概况南襄盆地是叠置在秦岭褶皱带之上的一个中新生代断陷盆地,泌阳凹陷是南襄盆地内发育的一个次级小型山间断陷。
泌阳凹陷的主要勘探目的层为下第三系核桃园组,其中核三段为主要的生油层段和目的层,核二段和大仓房组上部为次要的生油层段和目的层。
表层地震地质条件工区由南向北地表类型为山体段—山前丘陵—小丘陵—三夹河—平原(农田)。
北部多为平坦的农田,但也有少量的岗地,向南是三夹河冲积区,三夹河以南山前带地形起伏加大,并进入基岩出露区,高差为100m左右。
地表起伏变化影响潜水面深度的变化。
深层地震地质条件南部陡坡带是泌阳凹陷南缘与山体相接的断裂带,主断面倾角约为45°,地表有基岩出露,下盘为基岩,上盘是以上第三系为主的沉积地层,靠近物源,砂体较厚、岩石颗粒较粗,大、小断裂发育,有多组反射波,断面成像不清,核三段下部以下反射信噪比低。
缝洞型储层地震响应特征与识别方法
虱 类 号 ：Ｅ ３ ． 分 Ｔ １ ２１
文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
在 全球 的沉 积 岩 中 ， 酸 盐 碳
１ 缝 洞 型储 层 物理 模 拟 分 析
物 理 模 拟 是 地 震 波 场 正 演 模 拟 中 的一 个 重 要
１ ２ 裂 缝 型 储 层 物 理 模 拟 及 波 场 分 析 ．
裂 缝 型储 层 物 理 模 拟 的 难 点 在 于 对 裂缝 尺 度
作 者 简 介 ： 利 明 ，９ ４年 生 ， ， 士后 ， 级 工 程 师 ， 期 从 事 储 层 地震 方 法 研 究 工 作 。 地 址 ：１０ ０ ）ｔ 市 东 城 区 东 直 门北 大 街 撒 １６ 男 博 高 长 （０ ０ ７ ￣ 京
洞型 储 层 地 震 识 别 技 术 包 括 缝 洞 型储 层 正 演
技 术 、 波 多 分 量 地 震 技 术 、 波 裂 缝 检 测 方 多 纵
上 ３个洞 ） 的洞 内分别 充 填空 气 、 和油 时进 行 ３ 水 次
物理 模 拟 。 图 ２为洞 内分别 充 填气 、 和油 时 的偏 水
昙的识 别 问题 ， 简单综述 了作 者近 年 来 完成 的 若干有 关缝 洞 型储 层识 别研 究项 目的成果 ， 包括各 种 类 逢洞型储 层模 型 的物理模 拟 和数值 模 拟 、 震 波场 分析 结果 、 洞型储 层 的识 别方 法 以及 中 国西部地 地 缝
戈功 识 别缝 洞 型 油 气 藏 的 实例 。
的“ 串珠 状 ” 现 ． 可 见 洞 大 时 “ 出 且 串珠 ” 明 显 ， 较 洞 小 时“ 串珠 ” 得很 弱 ， 变 甚至无 法 检测 。
细胞自动机方法地震正演模拟
细胞自动机方法地震正演模拟
姚姚
【期刊名称】《石油地球物理勘探》
【年(卷),期】1995(030)002
【摘要】细胞自动机是一种在微观级上进行简单计算，在宏观级上模拟复杂物理现象的方法，它具有模拟复杂介质的潜力，适于在大型并行计算机上实现。
本文讨论了用细胞自动机模拟地震纵波的局部规则，初始设置及几种边界的处理等问题，并给出了若干二维正演模拟的结果，计算结果表明，用细胞自动机进行地震波正演模拟十分灵活，方便，适应性强，计算简单，是值是进一步研究的课题。
【总页数】7页(P216-222)
【作者】姚姚
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P631.443
【相关文献】
1.地震正演模型应用(Ⅰ):用叠后地震正演模拟方法精确解释东河砂岩尖灭点 [J], Ben;F;Mclean;戴金星;罗平
2.地震正演模型应用(Ⅱ):用地震正演叠前炮集记录模拟方法定量解释薄砂岩的各向异性 [J], Ben F Mclean;戴金星 ;姚蓬昌
3.流固边界耦合介质高阶有限差分地震正演模拟方法 [J], 吴国忱;李青阳;吴建鲁;梁展源
4.大庆长垣油田断层阴影地震正演模拟及校正方法 [J], 姜岩;程顺国;王元波;李操
5.利用地震正演模拟方法研究地层结构——以鄂尔多斯盆地合水地区延长组三段为例 [J], 王文枫; 岳大力; 赵继勇; 王武荣; 李伟; 王博
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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。
地震数值模拟的发展与应用
姚姚 中国地质大学（武汉)
一、前 言
（一）地震数值模拟的定义 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。
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）。
（三）地震数值模拟的分类
地震数值模拟的分类比较复杂，可以 从不 同的方面进行。
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。
程函方程法是利用有限差分求解地震波运
动学理论中的基本方程 ---- 程函方程：
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以求解射线和旅行时的方法。
二维差分网格可以取为多种形式。如
取自李文杰文（石油地球物理勘探，2008，V.43，No.5）
垂直分量（左）
水平分量（右）
双层介质波动方程数值模拟一炮地面记录
射线追踪数值模拟只能模拟地震场的运动 学特征，但是运算速度快，而且提供的射线图 十分直观，在生产实际中还是很受青睐的，其 方法也比较成熟。但是它存在盲区、焦点等难 以解决的问题，特别是缺少地震波的动力学特 征，需要改进。
多层水平介质射线追踪数值模拟一炮的射线路径图 多层倾斜介质射线追踪数值模拟一炮的射线路径图
逆断层射线追踪数值模拟一炮的射线路径图 正断层射线追踪数值模拟的发展与应用
传统射线追踪数值模拟主要是使用两点射线追踪 的试射法和弯曲法。
目前，射线追踪数值模拟在两个方面得到发展。 一是在计算方法上，发展了适应性更强的 程函方程法、 波前重建法、最短路径法 等；二是在克服只能得到运 动学特征的问题上，发展了 近轴射线追踪、动力学射 线追踪、高斯束射线追踪 等方法。
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。
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。
二、射线追踪与波动方程数值模拟
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。
（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。
高斯射线束是波动方程在射线附近的高频 近似解，可以看作是一条从震源出发以射线为 中心的能量管，其能量随离中心射线的距离呈 指数衰减。
高斯射线束示意图
高斯束法先进行常规射线追踪，再作动力 学射线追踪求高斯射线束的动力学参数，最后 将对检波点有贡献的高斯射线束叠加形成合成 记录。除能增加动力学信息外，高斯束法还可 避免二点射线追踪的多次迭代，提高了效率。
波前重建法是据一定密度的射线形成波前，
利用射线追踪系统进行波前面外推，同时得到
旅行时的一种方法。
射线追踪系统的公式为：
dx
d?
?
v2 px
dz
d?
?
v2 pz
dp x
d?
?
? v?1 ?v ?x
dp z ? ? v? 1 ? v
d?
?z
最短路径法是利用图论的思想，在众多的 相邻网格节点间连线中逐步追踪具有最小时间 的路径作为射线路径，同时得到射线和旅行时 的方法。
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。
双层介质射线追踪数值模拟一炮的射线路径图
双层介质射线追踪数值模拟一炮的理论记录
z (m) x (m)
z (m) x (m)
双层介质波动方程数 值模拟不同时刻的波 场快照
（四）地震数值模拟的发展
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。
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。
最短路径法搜索路径示意图
例如 最短路径法之一 ---- LTI 法的计算步骤：
(1) 向前处理:
(2) 向后处理 有时还需要进行多次向前、向后处理得到更精确的结果。
虽然我们可以在进行射线追踪的基础上增 加反射、透射、扩散等内容，但一般的射线追 踪方法结果还是缺少动力学信息。近轴射线追 踪、动力学射线追踪、高斯束射线追踪 都是在 传统射线追踪的基础上，补充一定的振幅、波 形等动力学信息的方法。其中，高斯束射线追 踪是最为先进的射线追踪方法。
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。