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1、项目编号：吉林大学“大学生创新创业训练计划”创新训练项目申请书项目名称 复杂深海海底粘弹性介质地震波的传播规律与响应特征研究 项目负责人 常丁月 所在学院、年级、专业 地探学院 2010级 勘查技术与工程（应用地球物理）专业 联系电话 18744024627 电子邮件 指导教师姓名1 王雪秋 职称 讲师 指导教师姓名2 职称 填表日期 2012 年 5 月 10 日 吉林大学教务处制表填表须知一、本表适用于创新训练项目.本科生个人或团队，在校内导师指导下，自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写等工作.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。二、申报书请按顺序逐
2、项填写，实事求是，表达明确严谨.空缺项要填“无”.三、申请参加大学生创新训练项目团队的人数不得超过5人.四、申请项目，必须聘请教师作为指导老师，并请指导教师在申请书中的指导教师意见栏中签署意见.五、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式不变；不得随意涂改；A4纸打印，左侧装订.六、本表由项目负责人报所在学院初审，学院签署初审意见后报送教务处实习与实验教学科（一式3份原件）.七、“项目编号”由教务处填写.八、申报过程有不明事宜，请与教务处实习与实验教学科联系，电话85166413.项目名称复杂深海海底粘弹性介质地震波传播规律与响应特征研究项目起止时间 2012 年 6 月 至 2014 年
3、 4 月负责人姓名年级学院专业教学号联系电话E-mail常丁月2010地探学院勘查技术与工程（应用地球物理）项目组成员徐秀绒2010地探学院勘查技术与工程（应用地球物理） 蔡佳琪2010地探学院勘查技术与工程（应用地球物理） 谢越越2010地探学院勘查技术与工程（应用地球物理） 指导教师1姓名王雪秋职务/职称讲师所在单位吉林大学地球探测科学与技术学院联系电话13504419860E-对本课题相关领域研究情况指导教师一直从事地震波传播理论与成像技术的研究工作，先后参加了国家自然科学基金面上项目成像原理与成像过程对地震波动力学特征的改造（40374042）和高保真反偏移（40574052）的研究，
4、作为研究骨干参与了高等学校骨干教师资助计划项目复杂条件下的地球物理正反演理论.目前主要进行三维复杂地表地震波场模拟研究.并在海深水区油气勘探地球物理关键技术子课题2008ZX05025-001-05中负责对南海区的地质和地球物理资料的收集、整理工作;负责实施南海深水区数值模拟建模和2.5维声波数值模拟的实施工作，因此，对海洋地震波传播有一定的研究经验.指导教师2姓名职务/职称所在单位联系电话E-mail对本课题相关领域研究情况项目性质小发明、小创作、小设计开放实验室或实习基地中的创新性实验或新实验开发基础性研究 应用性研究社会调研项目选题来源自主立题教师科研课题的子项目项目学科类别勘探地球物理
5、学，海洋物理学项目受其他渠道资助情况（填“无”或具体资助来源和经费，包括获奖情况）无一、 立项背景和依据（包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义，应附主要参考文献及出处）海洋油气勘探目前是油气勘探的热点问题.目前海洋油气勘探开发范围已从浅海半深海延伸到深海，探井水深最大已达到2970m（2002年加州联合石油公司在美国墨西哥湾深水地区钻探）近期水深达2187m 的卡姆堡西尔斯气田已投入开发.美国墨西哥湾深海、北海、北非海上、西非深海、滨里海地区近年油气勘探不断取得新发现1.已成为诸多跨国石油公司勘探开发的热点2.而我国深海的主要研究区包括东海一小部分和南海.水深的影响加上海底地形，海
6、底地质构造所形成的复杂海底研究环境，导致研究地震波的传播规律面临诸多难点，如：1.水深的影响，密度盐度不均，海水分层，洋流等多重因素的影响.2.海底的复杂地形与地质构造，如：海沟，大洋中脊，海槽，海底火山等对地震波传播的影响.3.海底有很深的软泥层3，对波的传播有很大的的吸收而导致能量衰减，因此相当于是一种特殊粘弹性介质.本课题的主要目的就是解决后两个问题，即解决复杂海底的问题和地震波能量衰减问题，综合起来，就是研究复杂海底粘弹性介质地震波传播规律与响应特征.在常规的地震资料处理中，一般把地层介质看成是均匀和完全弹性的，而实际研究表明软泥层更接近于粘弹性介质.粘弹性与弹性体相比，一个重要的区别
7、在于本构关系上不再是简单的瞬时关系，而与应变的弛豫时间有关.经典弹性波理论是对精确遵守虎克定律的理想介质建立的,其中并未考虑因为磨擦而产生的能量耗散.实际上，软泥层的粘滞性会损耗地震波能量，使其振幅衰减并且使频率逐渐降低，最终导致在其中传播的地震波会被吸收而能量衰减.地震波的这种能量衰减和频散，影响了地震勘探的效果，使得不能直接从地震数据上得到准确的地下信息和分辨率更高的图像.4因此，我们利用粘弹性介质模型表示实际海底地形和构造，通过数值模拟方法来研究地震波在深海复杂海底的吸收衰减规律，进而指导地震勘探.对于以上问题的解决我们采用如下手段处理：构建复杂海洋底部的数学模型，以尽可能真实地还原海底
8、的地形和地质构造情况.以此数学模型为基础，进行数值模拟工作以及波的传播规律的研究.实际的数值模拟方法包括三类：直接法，积分方程法和射线追踪法.而本课题研究的复杂深海海底问题用波动方程法解决.波动方程的解法有很多，对于我们所研究的问题复杂海底的地震波场数值模拟中，我们需要的是全波场的地震波传播时间切片及地震响应，所以解波动方程的网格法更适合.在网格法中，有限差分方法是较早开展起来的模拟方法，也是一种比较简单明确的模拟方法.在上个世纪的60年代美国的Alterman及其研究小组就应用这种方法来解层状介质的弹性波方程.同时Claerbout教授在研究地震成像中也提出了有限差分模拟方法，并给出了公开的
9、算法.具有里程碑意义的是R.M.Alford等人对有限差分模拟精度问题的探讨，在他们的研究成果中详细的讨论了网格点取值与差分算子的关系，同时还使用了高阶差分（四阶）.到了上个世纪70年代，K.R.Kelly等人给出了2维弹性波方程的完整的有限差分格式，并且给出了当时比较复杂的模型（分块的层，断层等）的时间切片和模拟记录图27-30.为了能更加合理准确地对地震波在地层中的衰减做出物理解释，很多研究人员在粘弹性介质的理论和应用方面做了大量的工作.1845年，斯托克斯(Stocks)爵士最先研究了粘弹性介质中的地震波 5-6.上个世纪40年代，美国地球物理学家NH瑞克在Stokes方程中引入地震结构
10、子波理论，用统一完整的观点将地震波在地层中衰减包含在理论中 7.其后，粘弹性理论得到了极大发展与完善，出现了一系列的理论和研究方法，其地震波数值模拟技术的研究也得到了长足的发展 8-12.在粘弹性介质中地震波传播的数值模拟方面，1984年，Day和Minster首先将Padd近似方法应用到粘弹性介质的时域模拟中.随后，Emmerich等人提出了“广义标准线性固体(GSLS)”，并设计了其二维有限差分算法，提高了计算效率.Josd在1993年用傅里叶拟谱法模拟了波尔兹曼粘弹性介质中地震波传播.Johan等人在1994年用时间二阶、空间四阶的交错网格有限差分算法对浅海环境的二维和三维粘弹性模型进行
11、了模拟，取得了很好的效果.1998年，Tong Xu等人实现了三维近地表粘弹性模型的数值模拟 13-14.Steld和RGPratt在频率域用旋转有限差分算子对滞弹性模型进行了精确的数值模拟 15.跟国外相比，国内关于粘弹性介质理论及其数值模拟的起步较晚.近年来国内学者也开展了关于粘弹性理论的研究，马在田院士、何樵登教授等人对粘弹性波动理论的研究及其在地震勘探中的应用作了突出的贡献 16.1994年，张剑锋、李幼铭用新方法对水平层状介质中粘弹性波进行了数值模拟 17；1995年，毕玉英、杨宝俊等人对地震波在2D粘弹性介质中的传播情况作了数值模拟 18；2000年，孟凡顺等人在时空域中设计了二维
12、非均匀粘滞弹性介质模型中地震波传播的二阶显式差分格式 19；1996年，宋守根等人从粘弹性波动方程出发，推导出了基于三阶波动方程的纵横向高分辨波场外推公式，实现了粘弹性介质中地震复合波的变焦分离与波场外推技术 20；2004年，朱慧卿等人突破了有限元网格剖分的限制，通过分析计算得到了粘弹性波动方程双线性有限元解的超收敛结果；2006年，宋常瑜等用二维粘弹性波方程交错网格算法对不含洞模型以及多种含洞模型进行了井间地震数值模拟，研究了井间地震情况下粘弹性波的波场特征及传播规律，并分析了井间地震波的粘滞衰减和散射衰减现象 21；邵志刚等(2007)将微分形式和积分形式两种粘弹性介质模型的优点结合起来
13、，采用交错网格有限差分算法模拟了粘弹性介质中的地震波传播情况，从理论上分析了介质模型对地震波场的影响 22；2007年，孙成禹等以介质的粘弹性理论为基础，构造了一种3参数常Q值粘弹介质模型，比其它的常Q模型所用参数要少，使问题的求解变的简单，较好地描述了品质因子Q对频率的依赖性 23；唐启军等(2009)用交错网格差分算法实现了对Von KalTll01I型随机各向同性背景下粘弹性单斜各向异性波动方程的数值模拟，得到了同时体现粘弹性单斜介质的各向异性和随机介质特性的波场，为裂隙型油气藏波场特征的研究提供了参考 24；2010年，Yong Yundong等人用消息传递接口(MPI)并行算法实现了对三维粘弹性随机溶洞介质的正演模拟 25-30.我们在前人研究的基础上，把符合实际地层的对地震波有吸收作用的粘弹性介质作为研究目标，以所建立的复杂深海海底模型为基础，研究粘弹性介质中地震波传播的数值模拟方法，分析地震波在粘弹性介质中的传播和衰减规律，以及响应特征.参考文献：1鲍有光.2000年钻井技术前景J.钻采工艺,1996,19(6):1-32赵政璋，赵贤正，李景明，刘人和.国外海洋深水油气勘探发展趋势及启示3张霄宇;张富元;章伟艳 南海东部海域表层沉积物锶同位素物源示踪研究 期刊论文 -海洋学报(中文版)2003(04)4贾立坤.粘弹性介质地震波数值模拟硕士学位论文.华东：中国石
