[科普中国]-地震模拟技术

用数学模型和物理模型代替地下真实介质，通过计算机数值计算和物理实验，模拟模型的地震响应，得到理论地震记录的方法。地震模拟一般指正演模拟，主要分为数值模拟和物理模拟。1

通过计算机数值计算实现的正演模拟。给出岩层的岩性组合及各层的厚度、密度、地震波速度等参数，计算理论地震记录。它包括一维模拟、二维模拟及三维模拟。

一维数值模拟适用于岩层水平、层内均匀、各向同性的介质，由给定的反射系数序列合成地震记录。在忽略透射损失(令透射系数为1)及多次反射(令上行波反射系数为0)的最简单条件下，反射地震记录可看成是地震子波从各反射界面反射回地表的叠加 (图1)，或地震子波与反射系数序列的褶积。反射系数序列可由声波测井或其它测井数据求得;地震子波可以假设或从实际地震记录提取。

若考虑多次反射，返回地表的上行波将是同一层介质下行波在界面上的反射波与下一层介质上行波的透射波之和; 而下行波将是上一层介质下行透射波与同一层上行波的反射波之和(图2a)。此时只能采取递推算法计算反射系数序列 (图2b)。

若进一步考虑介质的吸收作用，可以将吸收作用包含在反射系数序列或地震子波中。通常吸收作用与频率有关，在频域中进行计算要方便得多。

在岩层倾斜或构造复杂条件下，必需采用二维甚至三维模拟。当测线垂直岩层走向布置且忽略岩层的走向变化时，采用二维数值模拟。这本质上是从二维剖面模型出发的合成地震剖面(图3)。计算模拟方法分射线追踪与波动方程两大类。①射线追踪法。是一种正演方法，它以几何地震学射线理论为基础，根据给定的模型追踪反射波地下传播的射线路径，计算出从震源到接收点的旅行时，从而获得理论地震记录。它具有灵活、方便、效率高、适应性强的特点，适用于速度变化较复杂的模型。②波动方程法。以物理地震学的波动方程为基础，采用叠后波动方程偏移的方法，由地下向地面逆向延拓得到自激自收剖面，常用的方法有绕射叠加法、有限差分法及有限元法。若采用更完善的方法，还可以模拟波型转换、反射系数随入射角的变化、面波和首波等。

用已知参数的材料做成一定几何形态的模型模拟地下地质结构，用超声波模拟地震波;压电陶瓷换能器模拟震源及检波器，将野外地震勘探施工过程在实验室内重现，获得模型地震记录。为使室内模拟观测的波场特征更接近实际，要求物理模型与野外地质模型满足相似性准则，即它们在几何关系、运动学与动力学上相似。

(1)几何相似。要求模型的角度等于系统的角度，对应长度成比例。

(2)运动学与动力学相似。要求实际系统与模型的速度比、密度比相似。

地震模拟可用于研究勘探区内主要反射层的深度、反射波品质、多次波发育程度、能量衰减，预测地震方法应用的可行性，对比反射波相应的地质层位，识别多次波，提高地震资料构造解释与岩性解释的可靠性。它是地震资料人机联作解释的重要部分，无论对地震勘探的理论研究，还是指导生产都占有重要地位。2

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