数值模拟实验报告

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1、一、实验题目实验题目 地震记录数值模拟的这几模型法 二、实验目的二、实验目的 掌握褶积模型基本理论、实现方法与程序编制，由褶积模型初步分析地震 信号的分辨率问题 三、实验原理三、实验原理 1、褶积原理 地震勘探的震源往往是带宽很宽的脉冲，在地下传播、反射、绕射到测线，传播经过中 高频衰减，能量被吸收。吸收过程可以看成滤波的过程，滤波可以用褶积完成。在滤波中， 反射系数与震源强弱关联，吸收作用与子波关联。最简单的地震记录数值模拟，可以看成反 射系数与子波的褶积。通常，反射系数是脉冲，子波取雷克子波。 （1）雷克子波Wave(t) = (1 2222) 2222（2） 反射系数： rflct(z)

2、=1 = 反射界面 0 = ?（3） 褶积公式： 数值模拟地震记录 trace(t): trace(t) =rflct(t)*wave(t)反射系数的参数由 z 变成了 t，怎么实现？在简单水平层介质，分垂直和非垂直入射两 种实现，分别如图 1 和图 2 所示。 1） 垂直入射： =2 图一 垂直入射2） 非垂直入射： =22+ 2图二 非垂直入射 2、褶积方法 （1） 离散化（数值化） 计算机数值模拟要求首先必须 针对连续信号离散化处理。反射系数在空间模型中存在，不同深度反射系数不同，是深度的 函数。子波是在时间记录上一延续定时间的信号，是时间的概念。在离散化时，通过深度采 样完成反射系数的

3、离散化，通过时间采样完成子波的离散化。如果记录是 Trace(t)，则记录 是时间的函数，以时间采样离散化。时间采样间距以 t 表示，深度采样间距以 z 表示。在做多道的数值模拟时，还有横向 x 的概念，横向采样间隔以 x 表示。离散化的实现：t=It t；x=Ix x；z=Iz z或：It=t/ t; Ix=x/ x; Iz=z/ z（2） 离散序列的褶积()= = () ( )四、实验内容四、实验内容1、 垂直入射地震记录数值模拟的褶积模型； 2、 非垂直入射地震记录数值模拟的褶积模型； 3、 点绕射的地震记录数值模拟的褶积模型； 五、五、 方法路线方法路线根据褶积模型的实验原理编写C+程

4、序，完成对于垂直入射波的褶积。改变子波的长度与主频的大小， 关注其对于实验结果的影响。通过增加一个地层来模拟地下两层界面的反射情况，通过改变界面的高度 来说明其对于实验结果的影响，同时改变子波长度与主频。非垂直入射改变时间t来改变褶积结果显示地 面情况。点绕射模型通过时间的改变，任意位置检波器的自激自搜时间来改变褶积结果，同时改变子波 长度与主频来分析影响。 六、六、 实验结果：实验结果： 1.垂直入射： 单层界面 1 h=1000，fm=10，Nw=80 v=2000v=3250 v=4500v=5750v=7000 2 h=1000，v=4000，fm=10 Nw=80 Nw=100 Nw

5、=120 Nw=140 Nw=160 3 h=1000，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm-46 4 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 5 v=4000，fm=10，Nw=80 h=800 h=1000 h=1200 h=1400h=1600 双层界面 1 H12=20h=1000，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 2 H12=40h=10

6、00，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=463 H12=60h=1000，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 H12=80h=1000，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=46 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20

7、fm=46 2.非垂直入射 1 h=1000，fm=10，Nw=80v=3000 v=4000 v=5000 v=6000 v=7000 2 h=1000，v=4000，fm=10Nw=80 Nw=100 Nw=120 Nw=140 Nw=160 4 h=1000，v=4000，Nw=80 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=55 h=1000，v=4000，Nw=160 fm=5 fm=10 fm=15 fm=20 fm=55 v=4000，fm=10，Nw=80 h=800 h=1000 h=1200 h=1400 h=1600 3.点绕射卷积模型图件 Nw=80 fm=1

8、5相关程序： #include #include #include int Cnltn(float,float); int Rflct(float,float,float); int Wave(float,float); #define Nx 128 #define Nt 256 #define Nw 32void main() float dt=0.004,dx=20.0,fm=25.0,h=1000.0,v=3000.0; int iflag_Co,iflag_Re,iflag_Wv; if(iflag_Wv=Wave(fm,dt)!=1)printf(“Waveiserror“); if

9、(iflag_Re=Rflct(dt,h,v)!=1)printf(“Reflectioniserror“); if(iflag_Co=Cnltn(dt,dx)!=1)printf(“Convosioniserror“);/Wave Formaing function int Wave(float fm,float dt) FILE*fpw; int It;float WaNw,t;double pai=3.1415926;if(fpw=fopen(“wave.dat“,“wb“)=NULL) printf(“Connotopenfile“wave“);for(It=0;ItNw;It+) t

10、=(float)(It+1)*dt; WaIt=(float)(1.- 2*pai*pai*fm*fm*t*t)*(float)exp(-2*pai*pai*fm*fm*t); /雷克子波的计算？ fwrite(fclose(fpw);return(1); /Reflect Formaing functionint Rflct(float dt,float h,float v) FILE*fpr; int It,Ix,Ltdpth; float t; float ReNt;if(fpr=fopen(“Reflect.dat“,“wb“)=NULL)printf(“Con not open fi

11、le“Reflect“); for(Ix=0;IxNx;Ix+) for(It=0;ItNt;It+)ReIt=0.;t=(float)2.*h/v;Ltdpth=(int)(t/dt);ReLtdpth=1.;for(It=0;ItNt;It+)fwrite( fclose(fpr);return(1); /Convolution function int Cnltn(float dt,float dx) FILE*fpc,*fpw,*fpr;int It,Ix,Itao; float Wa1Nw,WaNw,ReNt+Nw+Nw,Re1Nt; float ConNt+Nw;if(fpc=fo

12、pen(“Convosion.dat“,“wb“)=NULL)printf(“Connotopenfile“Convosion“);if(fpw=fopen(“wave.dat“,“rb“)=NULL)printf(“Conn otopenfile“wave“);if(fpr=fopen(“Reflect.dat“,“rb“)=NULL)printf(“Conn otopenfile“Reflect“);for(Ix=1;Ix2;Ix+)for(It=0;ItNw;It+)fread(WaNw-1-It=Wa1It;/子波数据反褶？ fclose(fpw);for(Ix=0;IxNx;Ix+)

13、for(It=0;ItNt;It+)fread(for(It=0;ItNt+2*Nw;It+)ReIt=0.;for(It=0;ItNt;It+)ReIt=Re1It+Nw;/反射系数数据移动:“0 到 Nt“移为“Nw 到 Nw+Nt“for(It=0;ItNt+Nw;It+) ConIt=0;for(Itao=0;ItaoNw;Itao+)ConIt=ConIt+WaItao*Re-Itao+It;/褶积运算 for(It=Nw/2;ItNt+Nw/2;It+) fwrite( fclose(fpw);fclose(fpr);fclose(fpc);return(1);对比分析： 1. 垂

14、直入射的结果是一条直线，反映了地下为水平界面；非垂直入射的结果是半条的双曲线，其反映了 地下的非水平界面。 2. 子波的频率越高其反射结果面积越大，子波长度越大其时间越短。 3. 在两层反射界面垂直距离的情况下，其界面间距越大则反射信号越容易识别，子波长度越长，主频越 大垂直距离越大则识别极限越小。 4. 褶积结果与图 4 上半部分基本吻合，因为任意检波器的自激自收情况与计算的褶积过程相同，则计算 出的褶积结果与图吻合。 七、七、 讨论建议讨论建议 1、 实验收获学到了怎么利用褶积计算各种波的反射结果，学到了一个程序应该怎样建立。 2、 存在问题编写程序的过程中出现的调试过程有难度。 3、 其它问题对于程序的取值，是否出界。 4、 心得体会 要踏实的学习怎么编写一个好的程序，从编写程序的过程中建立好的编写习惯，对于个中反射波的 褶积情况能够熟练的应用。数值模拟实验一地震记录数值模拟的褶积模型实验报告学院：地球物理学院班级：勘查技术与工程