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基于MATLAB的地震正演模型实现485316994

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基于 MATLAB 地震 模型 实现 485316994
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总第237期2009年第7期计算机与数字工程7 132基于跃玮"杨锐2’(中国地质大学地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室" 北京100083)(J 成都610059)摘要人工合成地震正演模型是进行三维模型计算的基础,在地震勘探领域具有重要意义。针对地震勘探原理,作者运用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二维人工合成地震记录。文章说明地震记录形成的物理机制,介绍了地质模型的构造及参数选择,针对具体地质模型制作合成地震记录,成功验证了褶积模型原理。关键词地震A 00083)(10059)剐: is D on of to a of a he is at of of n of of on ge—is ey m'63】.41 引言地震勘探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。用于工程科学计算的高效率编程语言[且图形可视化和图像处理能力也毫不逊色[4~6],特别适合人工合成地震记录的快速实现。因此,本文在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。2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·收稿日期:2009年3月23日,修回日期:2009年4月21日作者简介:贾跃玮,男,硕士研究生,研究方向:地震资料解释。杨锐,研究方向:勘察地球物理。万方数据第37卷(2009)第7期 计算机与数字工程 133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[1]。若地震子波波形用S(£)表示,反射系数是双程垂直反射旅行时R(£)表示,地震记录,(£)形成的物理过程在数学上就可表示为:,(f)一s(t)*R(£)一l S(r)R( 0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。3)地层在横向上均匀,纵向上是由大量具有不同弹性性质的薄层构成。4)地震子波以平面波形式垂直入射到界面,各薄层的反射子波与地震子波形状相同,只是振幅及极性不同。5)所有波的转换、吸收及绕射等能量损失都不考虑。基于以上假设条件进行地震记录合成就必须已知地震子波以及地层的反射系数,而反射系数又主要由地层的波阻抗反映,所以必须首先获取地层的速度和密度资料。速度资料可通过连续速度测井获得,密度资料可从密度测井获得,得不到密度资料时,可近似假定密度不变,以速度曲线代替波阻抗曲线来计算反射系数。加德纳根据实际资料提出了一个由速度推算密度的经验公式:.23俨25(速度单位:ft/s)或p—O.31俨25(速度单位:m/s)没有速度测井资料时,若有电阻率测井曲线,则可用法斯特公式:y=是速度,是电阻率,知地震子波是合成地震记录的一个很重要的前提条件。在已有的地震记录上选取地震子波的具体方法如下:1)在地震记录上识别出单波,做出单波波形,再反复试验,检查找出符合实际的子波。2)根据已总结出的地震子波特点,采取具有特殊数学表达式的波形表示,如雷克子波等。3)使用非炸药震源时记录的震源子波波形。4)利用实际地震记录,采取数字处理方法在一定的假设条件下求取地震子波。5)在拥有井中观测初至纪录时,可考虑使用初至波做子波波形。6)在拥有声波测井资料和井旁地震记录X(f)时,反射系数曲线R(£),地震子波S(£),可由X(厂)=S(厂)*R(厂)得子波的谱S(厂)=X(厂)/R(,),再对上式作反傅氏变换得地震子波波形S(£)。3地质模型的建立地质及地球物理学研究表明,地表之下的地质结构是极其复杂的。地质构造是指地壳中的地层在岩层地壳运动的作用下发生变形与变位而遗留下来的形态[1J。本文中采用的是一个三层水平层状均匀介质模型,即假设有发育在三个不同时期的水平层状沉积岩层。同时,为了体现地震勘探在石油、天然气勘探领域的应用效果,作者结合实际地质资料模拟了地下储层含有石油的情况。一般情况下,随着埋藏深度越来越大,岩石的地震波传播速度会越来越大。深层的岩石地震波传播速度通常要大于浅层岩石的传播速度。而流体的传播速度较岩石的传播速度要小很多。比如,砂岩的地震波传播速度一般在1800 n∥s~4000 m/s,石油的传播速度一般为1300 m/m/s。在模型建立的过程中,作者参照了实际地质构造及各种岩石的速度资料,确定了三层水平层状均匀介质的速度及深度参数。储层含油地质模型如图1所示:第一层H=1000_1200m 含油层H=1200m 第二层H=1200000 m/s t"=2000 m/4002500 000500 m/200000 m/400500 m/者设计了一个含油层,并使该含油层包裹在砂岩环境中,各层的速度及深度参数如模型中所示。此外,为了更加直观地显示地震勘探的效果,本文提供了—个参照圈2对比地质模型模型,该模型中没有设计含油速万方数据134 贾跃玮等:基于37卷度突变层,在地震模拟记录参数不边的条件下用来比照含油模型的效果。模型构造及参数如图2。4地震模型正演根据褶积理论,结合地质模型,作者在先,为了最大可能的与实际情况相符合,地震模型中使用的子波是稳定可实现的子波[8],如图3。图3子波该子波是最小相位子波,有时称为前载子波,其能量集中在整个波形的前端。由于大多数脉冲地震震源(如炸药震源)产生的原始脉冲是接近最小相位的,因此在地震正演模型中的地震子波选取一般都选择最小相位型子波[7|。二维地震正演模型实现的主要程序及关键步骤注释如下:采样点数0; 道间距.002; 采样间隔I 界面数m=80; 道数,,o=500 2000 25003; 第1层速度1000 1500 1300 2500]; 第2层速度500 2000 2500], 第3层速度h(1,1)=800;h(2,1)一1200;h(3,1)=1800; 该模型为各层平行,无倾角)*dx;坐标范围p=2; 图像中显示数字以下部分为子波采样f=200;b=30} 子波参数:aO*’pi*f**b* 视速度h(3,:).*:h(3,:)./:h(3’:).*:h(3,:)./:h(3,:).*:h(3,1)./:i=2:i)=i)+i)=i)+i)=i)+i)=i)+i)=i)+i)=i)+)=))=))一)i=1:定反射面深度:mh(i,j)=h(i。m/2); 炮检距111‘)一0:1:m)*dx,1:m)*dx;1:m)*dx,射系数tO(i)=3*(vO(i+1)一、,o(i))/(vO(i+1)+vO(i));rl(i)=3*(vl(i+1)一v1(i))/(vl(i+1)+vl(i))‘r2(i)=3*(v2(i+1)i))/(v2(i+1)+v2(i))n,m);b=80; 划分网隔次反射波:80if j 80地震对甘肃景泰2003年中、俄、蒙交界果表明,这几次强震在被触发地震上产生的动态应力峰值都超过地震触发阈值。第二,被触发地区小震突然增强。我们利用小地震频度变化探讨了1990年以来部分地震在南北地震带上的触发作用,并以2001年昆仑山口西肃等地地震活动的触发作用为例进行了分析。总的看来,南北地震带易于被触发地震活动,但是不同地区的地震对南北地震带的触发作用不同,这可能与地质构造有关系。地震动态应力研究之所以复杂,因为它还受到很多因素影响:主震参数和被触发地区构造,同时还有时间延迟问题。在计算主震在被触发点的应力张量时,主震的参数影响非常大。改变断层三要素(走向、倾角、滑动角)、破裂时间以及破裂时的上升时间对最终计算的动态应力大小和变化趋势都有很大影响;改变主震地震矩和发震断层的大小只是影响了计算结果的大小,其趋势没有改变。大部分主震参数的变化都会影响到最后的计算结果,所以在计算地震产生的动态应力变化时,应该获得更准确的主震参数。构造区对地震动态触发影响也非常大,研究结果表明,大部分被触发的地震活动发生在地热或火山区及扩张性块体上,同时也在挤压性块体上发生动态触发的少量证据。动态应力对走滑和正断层地震触发更明显。强震面波到达后被触发地区不久可能触发当地地震活动,但是还是很多被触发的地震具有时间延迟,延迟时间从几天到几个星期不等。总之,通过论文研究,改进了动态应力触发计算方法和程序,计算了南北地震带几次被触发地震的动态库仑应力变化,同时深入探讨了主震参数、触发地区构造特征对地震动态应力触发的影响,还初步研究了地震动态触发时间延迟问题,在研究过程中也发现了一些值得今后进一步研究的问题。工程抗震与加固改造2005,27(6)本文介绍了用这些方法可以方便地求解多自由度结构的自振频率、振型和动力方程以及结构的地震响应,于008本文以实际台阶爆破工程为例,采用由外弹道学理论确定的爆破飞石的外弹道抛曲线模型和爆破地震速度的在此基础上利用发了具有交互式界面的爆破飞石预测系统和爆破地震速度的用本系统,用户不需要了解复杂的编程语言,只需在系统界面上输入相应参数,计算机便会自动完成爆破飞石飞散距离的预测、飞石运行轨迹的动画演示及爆破地震速度的有效预测。此外,结合实际爆破工程相关设计参数和监测数据,介绍了该系统在实际工程中的应用,论证了该系统的可行性。该系统对优化爆破设计、控制爆破飞石和爆破地震有着重要的指导作用。防灾减灾学报2010,26(2)地震图件作为地震工作者研究地震的主要工具之一,在地震预测,震害防御方面有着不可替代的作用,文介绍如何使用通过实例绘制来表现其优点. 本文链接::电子科技大学(授权号:3010年12月1日
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