针对各向异性介质的研究重点目前仍集中在横向各向同性(TI)系统,但通过对多分量地震数据的分析表明,沉积盆地中广泛存在着正交各向异性的地震响应,因此研究正交各向异性或更一般的低对称性各向异性性质成为解决许多地球物理问题的有效途径之一。但由于对称性较低,表征正交各向异性性质的参数从TI介质的5个增加到9个,增加了正反演问题的难度,限制了各向异性理论在地震勘探领域的发展。正交介质中的波传播特征是认识正交各向异性性质的基础,同时也是建立各向异性参数与地震响应之间的联系以及进行地震参数反演的前提,论文从正演角度开展正交各向异性介质中地震波场特征的研究,旨在发展一种能够高效、精确的模拟各向异性介质地震波场的正演模拟算法。Lebedev交错网格有限差分法是近几年针对各向异性介质发展的一种正演算法,该方法避免了Virieux交错网格在处理具有倾斜对称轴的TI介质时波场插值引入的误差,具有较高的模拟精度,但是需要较大的内存和计算量,针对这一问题论文从两个方向出发对Lebedev交错网格正演模拟方法进行了优化:①论文结合最小二乘思想提出了优化的频散改进差分系数,在保证模拟精度的前提下能够最大限度地减少空间采样率,提高模拟效率;同时讨论了适用于各向异性介质的边界条件,模拟分析了Cerjan衰减系数的选取准则,希望在较少的衰减带宽下达到理想的边界吸收效果,以上两点改进都不同程度的降低了Lebedev网格对内存的需求。②考虑到实际裂缝储层中的各向异性成分通常较少,Lisitsa等将Virieux标准交错网格和Lebedev网格二者的优势结合,只在倾斜正交各向异性介质区域采用Lebedev网格,保证模拟精度;而各向同性以及本构坐标系下的正交各向异性部分则用Virieux交错网格以保证模拟效率。但Lisitsa等给出的二阶差分算法需要较多的采样点(单位波长内20~40个)来控制网格过渡区域的虚假反射及有限差分算法的网格频散现象。论文将该网格结合机制推广到任意高阶,改进了网格过渡区域内波场变量的插值形式,使算法更稳定,此外,高阶差分精度还降低了对采样点数的要求(如四阶时单位波长内只需8~10个采样点),相比于二阶减少了3/4以上的占用内存,并且计算效率比全部采用Lebedev网格时也有较大幅度提高,而网格过渡区域产生的虚假反射能量可以控制在1%以内,不影响地震勘探精度。论文最后推导了三维正交各向异性介质理论相/群速度的求取公式,分析了正交系的波场形态与弹性常数的关系;随后根据Kachanov等效理论给出了能够产生等效正交各向异性性质的裂缝组合形式,并利用优化的正演算法进一步模拟研究了裂缝型正交各向异性介质的波场特征,分析了裂缝密度、纵横比、流体填充等微观参数对正交介质各向异性性质的影响,总结了裂缝参数与介质中的波速、各向异性强度之间的本质联系,为碳酸盐岩裂缝型储层的研究提供理论指导。