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近地表介质对勘探地震波场的影响研究

作　者: 张立
导　师: 孙成禹
学　校:
专　业: 固体地球物理
关键词: 近地表低速带品质因子点源自由表面球面波
分类号: P631.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近地表以及地下地质构造的复杂性加剧了地震波场的多样性，严重的影响地震记录的质量，为地震资料的处理和解释带来了诸多困难，主要表现在以下几方面：(1)震源压力脉冲会通过近地表介质与自由表面相作用，产生面波和其它次生干扰，使地震波场复杂化；(2)近地表的低速层的低速度和高吸收会引起地震波在传播方向、波形、相位、频谱、能量等方面的变化；(3)起伏地表会引起面波、体波等波型之间的相互转化，产生能量很强的散射波。这些因素都严重影响了地震资料的分辨率和信噪比，因此研究地震波在近地表介质中的传播规律很有必要。本文以地震波在弹性、粘弹性介质中的传播理论为基础，首先研究了自由边界条件下点源激发的波场的解析解，并利用高阶有限差分方法对含自由边界的半空间均匀模型进行了数值模拟，然后将两者进行对比分析；其次给出了球面波在弹性介质分界面上的直达P波、反射P波、反射SV波、透射P波和透射SV波的首项近似公式，并利用VSP观测系统对点震源产生的球面波在界面上反射和透射进行了数值模拟，然后根据球面波理论，利用半解析方法分别给出了四类AVO模型(弹性和线性粘弹性)的球面P-P波反射系数，与精确Zeoppritz方程得出的平面波PP波反射系数进行对比分析，讨论两者的区别以及适用性，并根据菲涅尔带原理给出四类弹性AVO模型的有效反射系数，然后与平面波反射系数进行对比分析；最后主要从两方面研究了近地表因素对接收波场的影响，一方面给出了SH波和P-SV波在近地表的多层低速介质中传播波场的精确计算方法，其中模拟SH波可用递推法和传递矩阵两种方法，模拟P-SV波更适合传递矩阵法，并建立符合某地区近地表特性的模型进行数值模拟，定量的分析了近地表多层低速介质对地震反射波的影响，另一方面研究了自由表面上纵横波的能量分配，考虑纵横波波场的极化特点和耦合效应。论文的创新点在于以二维Lamb问题为切入点，建立波动方程的初边值问题，应用积分变换方法推导了任意方向点源压力脉冲产生的地震波场的解析解，并对弹性球面波首项公式进行了理论研究。综上所述，本文将理论结果和数值模拟结果进行对比分析，致力于弄清这些因素的影响机理及其相互关系，这将为发展基于地震波动力学特征的地震资料处理技术、提高地震解释精度，具有重要的理论价值和现实意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章前言  9-14
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 研究现状与发展趋势  10-12
  1.3 本文主要研究内容  12-14
第二章地震波传播的基础理论  14-35
  2.1 地震波前的平面近似及平面波反射理论  14-22
    2.1.1 三种平面极化波  14-16
    2.1.2 平面纵波在弹性介质分界面上的反射和透射  16-20
    2.1.3 平面 SH 波在弹性介质分界面上的反射和透射  20-22
  2.2 球面声波的反射透射理论  22-35
    2.2.1 球面波的复变函数积分  22-30
    2.2.2 球面声波在界面上的反射与透射  30-35
第三章点源激发波场的构成及其传播规律  35-104
  3.1 任意角度激发震源的波场组成的解析解研究  35-57
    3.1.1 问题的数学描述及其双积分变换  35-38
    3.1.2 位移函数的积分变换解  38-45
    3.1.3 自由表面上各波的位移解  45-51
    3.1.4 算例分析— -脉冲压力下自由表面的位移解析解  51-55
    3.1.5 自由表面上位移的数值解分析  55-57
  3.2 点源波场在弹性介质中的传播规律  57-93
    3.2.1 球面波在弹性界面上的反射与透射  58-74
    3.2.2 VSP 观测系统下的数值模拟  74-76
    3.2.3 半解析方法计算球面 PP 波反射系数  76-86
    3.2.4 有效反射系数法(ERCs)计算球面反射系数  86-93
  3.3 点源波场在线性粘弹性介质中的传播规律  93-104
    3.3.1 平面 P 波入射到线性粘弹性界面上的反射和透射  93-97
    3.3.2 线性粘弹性介质中球面 PP 波 AVO 反射系数的计算  97-104
第四章近地表因素对接收波场的影响  104-149
  4.1 近地表地层对地震反射波的改造作用理论研究  104-116
    4.1.1 SH 波在近地表低速层中传播的理论研究  105-109
    4.1.2 P-SV 波在近地表低速层中传播的理论研究  109-116
  4.2 近地表地层对地震反射波的改造作用的数值模拟分析  116-139
    4.2.1 低(降)速带模型的建立  116-117
    4.2.2 低(降)速带对入射 SH 波的影响研究  117-126
    4.2.3 低(降)速带对入射 P 波的影响研究  126-139
  4.3 自由表面效应  139-147
    4.3.1 自由面的位移响应  140-145
    4.3.3 自由面的偏振特性  145-147
  4.4 小结  147-149
第五章研究总结  149-152
  5.1 完成的主要工作  149-150
  5.2 取得的主要结论  150-152
参考文献  152-158
攻读硕士学位期间取得的学术成果  158-159
致谢  159-160

近地表介质对勘探地震波场的影响研究

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