孔隙流体介质波动方程正演模拟与参数反演

论文摘要

孔隙流体介质较传统的单相弹性介质的假设更接近于实际,更能真实反映地震信息与地下岩石的力学性质之间的关系,以此为基础发展起来的正演、波场特征及反演研究具有较好的应用前景。本文首先研究了孔隙流体介质的波动方程理论,并推导了孔隙流体介质波动方程各参数与Gassmann方程中各参数的相互转化关系。然后,采用伪谱法模拟了孔隙流体介质中的波场。通过数值模拟,比较了诸如地面、井间及VSP等不同机制下的模拟效果,并着重分析了岩石耗散系数、岩石孔隙度与所含不同流体对地震波传播的影响,得到了弹性波在孔隙流体介质中传播规律的有关认识和结论,揭示了孔隙流体介质波场的复杂性。最后,采用遗传算法进行了孔隙流体介质的双参数反演。不同的初始模型得到的反演结果虽然会存在一定的差别,但反演结果也表明该算法反演精度较高,总体实用性与抗噪性较强,具有较好的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究和发展现状
• 1.3 主要研究内容和研究思路
• 第二章 孔隙流体介质弹性波基本理论
• 2.1 孔隙流体介质弹性波的波动方程
• 2.1.1 孔隙流体介质中的位移、应力和应变
• 2.1.2 孔隙流体介质的三大基本方程
• 2.1.3 孔隙流体介质的弹性波动方程
• 2.1.4 弹性波动方程的退化
• 2.2 矢量波场的纵波和横波波场的分解
• 2.2.1 无旋位移场的波动方程分解
• 2.2.2 无散位移场的波动方程分解
• 2.3 相速度特征方程及其相速度
• 2.3.1 横波传播的相速度和波函数
• 2.3.2 纵波传播的相速度和波函数
• 2.4 Biot-Gassmann 理论
• 2.4.1 Gassmann 方程基本理论
• 2.4.2 Biot 波动方程与Gassmann 方程物性参数间的关系
• 第三章 地震波场伪谱法数值模拟
• 3.1 伪谱法的基本原理
• 3.1.1 中心差分的时间导数
• 3.1.2 傅立叶变换与空间导数
• 3.1.3 空间导数的计算
• 3.2 各向同性孔隙流体介质波动方程的伪谱法递推公式
• 3.3 边界条件
• 3.4 波场数值模拟中的震源
• 3.4.1 震源子波
• 3.4.2 激发方式
• 3.4.3 几种震源激发的波场
• 3.5 孔隙流体介质弹性参数的计算与分析
• 3.6 孔隙流体介质数值模拟
• 3.6.1 地面地震模拟
• 3.6.2 井间地震模拟
• 3.6.3 VSP 地震模拟
• 3.7 波场特征分析
• 3.7.1 耗散系数对各类波的影响
• 3.7.2 孔隙度与所含流体对各类波的影响
• 第四章 含孔隙流体介质波场的参数反演
• 4.1 遗传算法的基本理论
• 4.1.1 遗传算法的基本概述
• 4.1.2 标准遗传算法的描述
• 4.1.3 标准遗传算法的基本实现方法
• 4.2 遗传算法在叠前反演中的应用
• 4.3 模型试算
• 4.3.1 双参数反演
• 4.3.2 扩大取值范围的双参数反演
• 4.3.3 加入随机噪音的双参数反演
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢