海相碳酸盐岩生物礁滩型储层是一种具有独特的油气储层孔隙空间,其孔隙度和渗透率都普遍较高,是石油和天然气的理想储集场所。据统计数字表明,全球海相碳酸盐岩中油气探明储量占总探明储量的50%,其中生物礁滩型的油气储量又占碳酸盐岩储量的20%,生物礁滩型碳酸盐岩油气藏由于其储量规模大,且具有较高的产能,对于我国的石油战略有着重要的意义。礁滩相储层在世界分布广泛,在我国分布也相当广泛,但是礁滩相油气藏属于隐蔽性油气藏,其储层预测一直是油气勘探的难点和重点。本次研究一方面研究了生物礁滩地层的地质、地震响应特征,另一方面重点通过波动方程频率波数域地震波场数值模拟方法,通过对各种类型的礁滩相地层进行地质建模,运用波动方程地震波正演与偏移理论进行数值模拟,建立礁滩相地层的地震响应模式,总结碳酸盐岩礁滩的反射地震波场特征,以指导礁滩相油气勘探工作。本文主要开展了以下几方面的工作:第一,分析了碳酸盐岩礁滩的定义、分类、沉积环境与沉积相等地质概念,为波动方程数值模拟建模做好理论准备。第二,根据基于控制点二维封闭结构地质体模型建立的策略,学习频率波数域相移法、相移加插值法、分布傅里叶法三种波场延拓方法并进行波场正演与偏移数值模拟,并利用相移加插值波场延拓法应用于理论生物礁的常规时间剖面数值模拟,归纳总结了12种典型的生物礁地震响应模式:礁隆起形态的反射缺失、礁体边缘的绕射波、礁体处地震反射同向轴的中断、前积、披覆和上超、礁体速度与围岩差异照成的底界面上凸或下凹、古斜坡沉积陡缓转换带上生物礁的特征等;利用分步傅里叶法对不同地区的实际生物礁滩地层资料生成模拟地震记录与偏移剖面,模拟了生物礁的外部反射特征,内部反射特征,顶底反射特征,边界反射特征,上覆地层反射特征等,模拟结果与实际剖面对比性较好。第三,碳酸盐岩礁滩相地层的地震波场响应特征异常复杂,与火成岩岩隆、泥岩刺穿、砂体、古潜山等存在一定的相似性,常常带来物探资料解释陷阱针。对上述特殊地质体进行了波动方程地震波场数值模拟,并与礁滩相地层地震反射特征进行了对比、分析。第四,目前常规的波动方程正演方法主要是对二维地质体进行数值模拟,而实际的地下构造往往是三维的,在二维正演方法的基础上,将二维波场延拓算子推广到三维空间,在频率—波数域进行生物礁滩模型的三维叠后正演模拟。该方法不仅算法稳定,计算速度快,具有处理一定横向变速的能力,能够得到高信噪比的零偏移距正演记录,对复杂构造、侧面绕射的反映更为清楚。