地震波场模拟与应用的硕士论文研究

简介：
本篇硕士论文聚焦于地震波场的数值模拟及其在地质勘探中的应用研究。通过构建高效算法和模型来准确预测地震波传播特性，旨在提升地震灾害预警及资源探测技术。 本段落将深入探讨地震波场模拟及其应用中的关键技术，特别是涉及地震射线追踪正演方法与技术、地震波场模拟与分离技术以及多震相走时联合反演方法与技术。 ### 地震射线追踪正演方法与技术 #### 分区多步最短路径算法 (Multistage Modified Shortest Path Ray Tracing, Multistage MSPM) 该算法是论文中的一个重要创新点，旨在解决复杂层状介质中多次波（反射、透射、转换波）的追踪计算问题。传统的射线追踪方法往往难以处理复杂的地质结构，而Multistage MSPM算法通过将计算区域划分为多个子区域，并在每个子区域内单独求解最短路径，从而提高了计算效率和精度。 与当前国际上流行的有限差分解程函方程算法——分区多步快速行进法（Multistage Fast Marching Method, Multistage FMM）相比，Multistage MSPM在计算精度和CPU时间消耗方面均表现出更佳性能。这主要是因为Multistage MSPM能够更有效地处理复杂的速度模型，特别是在存在透镜体、背斜、向斜等地质特征时。 为了进一步提高追踪效率并解决多值射线的问题，还提出了一种基于最短路径下的极值算法。这种算法特别适用于计算复杂速度构造中的多值射线追踪。此外，论文还介绍了一种基于最短路径下的界面元法，这种方法可以有效追踪多次波的射线，并且具有计算时间上的优势。 ### 地震波场模拟与分离技术 在地震波场模拟与分离技术方面，论文采用了高阶有限差分方法来实现一阶波动方程的波场模拟与分离。这种方法通过提高数值精度，减少了数值色散现象，使得模拟结果更加准确。此外，还介绍了交错网格下的一阶波动方程伪谱法波场模拟与分离技术，以及基于相同思路的二阶波动方程波场模拟与分离技术。 这些方法的成功实施表明，利用高阶有限差分和交错网格伪谱算法可以有效地模拟地震波场，并且能够在一定程度上实现波场的分离。这对于理解和解释地震数据具有重要意义。 ### 多震相走时联合反演方法与技术 多震相走时联合反演方法是一种先进的地震成像技术，它结合了分区多步最短路径射线追踪正演算法与子空间反演法，实现了初至波与反射波的联合反演成像。这种方法不仅能够提高成像分辨率，还能够更准确地恢复地下结构的细节。 具体而言，通过将Multistage MSPM算法应用于射线追踪正演过程，可以获得更精确的走时信息。然后，结合子空间反演法，利用这些信息进行反演成像，从而得到更加清晰和准确的地层结构图像。这种方法的应用证明了在处理复杂的地质构造时，联合反演技术的有效性和实用性。 本段落详细介绍了几种地震波场模拟及应用的关键技术，包括地震射线追踪正演方法与技术、地震波场模拟与分离技术以及多震相走时联合反演方法与技术。这些技术的发展对于提高地震勘探的准确性、解析复杂地质结构等方面具有重要的理论意义和实际应用价值。