全空间弹性波场数值模拟与逆时偏移成像方法分析.docx

中图分类号 学校代码 10290
UDC 550 密 级 公开
十一五国家科技支撑计划项目(2007BAK24B03) 十二五国家科技支撑计划项目(2013BAK006B00)
中国矿业大学
博士学位论文
全空间弹性波场数值模拟与逆时偏移成像方法研究
Study on Numerical Simulation of Whole-Space Elastic Wave and Reverse Time
Migration Imaging Method
作 者邓帅奇导 师岳建华教授
申请学位工学博士培养单位资源学院
学科专业地球探测与信息技术 研究方向应用地球物理
答辩委员会主席 吴小平 评阅人
二○一二年五月
论文审阅认定书
研究生 邓帅奇 在规定的学习年限内,按照研究生培养方案
的要求,完成了研究生课程的学习,成绩合格;在我的指导下完成本
学位论文,经审阅,论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同, 论文撰写格式符合学校的相关规定,同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。
导师签字:
年 月 日
致 谢
Acknowledgements
本论文是在岳建华教授的悉心指导下完成的,没有岳老师的指导、鼓励及资金上的大力支持,论文是不可能得以顺利完成的。从最初论文的选题、研究方案和方法的确定岳老师都指出了正确的研究方向和科学的研究途径,为后期研究工作的开展和完成奠定了基础。在后续的研究和论文写作过程中岳老师为我提供了良好的科研条件和参加工程实践的机会,并为论文初稿提出了许多良好的修改意见,使得我的论文更加充实和完整。岳老师渊博的知识,精益求精的治学态度, 一丝不苟的科研精神给学生树立了榜样,同时也起到了潜移默化的典范作用。攻读博士学位期间,在岳老师的精心指导下,我的理论水平和独立科研能力有了显著地提高,并深刻领悟了从事研究工作的科学方法,为今后顺利走上研究岗位奠定了坚实的基础。在此,谨向我尊敬的导师致以深深地敬意和由衷的感谢。
感谢刘盛东教授、刘树才教授、董守华教授、潘冬明教授、于景邨教授、杨文强副教授、姜志海副教授、陈同俊副教授和许永忠副教授在论文撰写过程中和平时的学习上对我的帮助,尤其要感谢刘志新副教授近几年在学习、工作和生活上对我的关心、指导和照顾。同时要特别感谢实验室的李海山老师、于宗仁老师和杨秀明老师在实验室工作方面对我的指导和帮助。
感谢岳蕾讲师、祁雪梅讲师、黄亚平讲师、王勃博士、李东会博士、李娟娟博士、胡明顺博士、胡博博士、中科院地质与地球物理研究所的陈世仲博士、胡昊博士,专业方面跟他的经常性探讨交流对我的论文帮助很大。同时要感谢我的师弟和师妹曹静硕士、王宇航硕士、顾辉硕士、王双双硕士、武刚硕士、赵吉祥硕士、夏暖硕士、金红娣硕士、周国婷硕士、杨彩硕士、张昆硕士、汤浩哲硕士、许云磊硕士、武俊文硕士、杨光硕士、蒋宗林硕士在论文写作和实验教学工作上对我的帮助,感谢姚歌和沈威在论文排版过程中给与的帮助。
感谢我的爱人张新硕士,正是她在学习上对我坚定地支持和生活对我无微不至的关心照顾才让我顺利的完成了学业,她的关心和支持是我完成论文的后盾。感谢我的岳父岳母从第一次见到他们到现在一直把我当成他们的亲生儿子看待, 正是他们的这份关爱解除了很多我学习的后顾之忧。
要特别感谢我尊敬的父母和姐姐,他们在我二十多年求学道路上倾注了大量的心血和无微不至的照顾,正是他们对我求学的无私付出和坚定的支持,才使得我能顺利的走到现在,感谢他们的养育之恩,感谢父母为我付出的一点一滴、感谢父母默默无闻的无私奉献。
在研究和论文的撰写过程中参考、引用了大量文献资料,在这里向文献作者和译者们表示诚挚的谢意,他们卓越的工作是我完成论文的重要保障。
最后,感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家教授。
摘 要
弹性波超前探测是预测掘进观测系统前方以及工作面内部地质异常构造的主要方法之一,与地面地震勘探相比,该方法具有分辨率高的优点,在煤矿安全生产中具有良好的应用前景。本文采用高阶交错网格有限差分法对矿井条件下的地震波场进行了数值模拟,在此基础上对基于双程波动方程的矢量波场叠前逆时偏移方法进行了研究。
从弹性动力学的三个基本方程出发系统的推导了各向同性介质波动方程,在此基础上结合散度旋度理论和平衡微分方程,推导了纵横波分离的一阶速度—应力弹性波动方程,这是应用高阶交错网格有限差分法进行数值模拟的理论基础。
理论上推导出基于一阶速度—应力波场分离的波动方程高阶交错网格有限差分格式,并对算法的边界条件进行了理论分析,表明完全匹配层吸收边界条件(PML)吸收效果良好。在压制数值频散方面运用了通量校正传输方法,获得了较好的效果,此外对数值模拟的震源和稳定性等问题也做了相关的讨论。
研究了全空间弹性