在地震勘探中，一般要根据研究区域地质特点，设计复杂地质模型，并进行波场正演模拟。通过分析复杂地质体的地震响应特点，来指导实际地震资料的处理和解释。塔河油田以奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏为主要。碳酸盐岩储层储集空间为构造裂缝及溶蚀孔、洞、缝系统，储集体受岩溶、裂缝控制，形态复杂，纵横向非均质性强，含油气储层表现为粘弹特性，地震响应特征复杂，储层预测多解性严重。所以，通过正演模拟，总结出粘弹性缝洞储层模型的地震波场响应特征，进而指导反射波场的认识和方法技术的优选，对缝洞型油藏的油气勘探开发具有十分重要的意义。 多年以来，大多数地震波场数值模拟都是基于弹性理论的双程波时间域有限差分法，而频率域单程波波场延拓的方法则更多的用于偏移成像。实际上，地层(特别是含油气储层)具有粘滞弹性，对地震波能量具有很强的吸收衰减作用。目前，许多学者已经开始研究粘弹介质中的波场数值模拟，并且逐渐把频率域单程波波场延拓方法用于数值模拟，取得了很大的进展。 本文首先用“器件组合法”研究了三种典型线性粘弹性体的本构方程、Q值表达式和波动方程以及它们与弹性介质的“对应规则”，并将此规则用于弹性介质的标量波动方程，推导出二维粘弹性标量波动方程。通过分析该方程的时间域差分格式，发现：由于该标量波动方程是一个双程波方程，模拟时存在一定的局限性。于是本文将双程波方程分裂为单程波方程，用单程波频率一空间域波场延拓的方法进行正演模拟。 基于单程波的频率域波场延拓算法很多。鉴于缝洞储层纵横向非均质性强的特点，本文选择了适用于纵横速度变化剧烈的频率-空间域有限差分算法，并对延拓算子进行Padé展开。由于高级别的Padé展开近似式的复杂性和计算难度大，本文又分析和讨论了Taylor展开式，并用此方法对延拓算子进行了近似展开，用最小二乘法对级数项进行优化逼近和Crank-Nicolson差分格式对延拓算子的绕射项进行离散，得到用于波场模拟的差分格式。通过分析该算子的微分近似误差和差分近似误差，得出该差分方法是稳定的。 本文的正演模拟方法基于爆炸反射面原理，用上行波方程从模型底部按步长向上延拓至地面。当延拓到地层的每个深度水平时，由该深度水平上的爆炸反射面不断加进上行波中，最后把各分频率的波场叠加起来就得到二维零偏移距地震剖面。文中建立了5个地质模型，并对这几个模型进行了正演模拟。从模拟记录和频谱分析结果可知，相比弹性介质，粘弹介质对地震波具有明显的能量衰减和高频吸收；并且当地下介质纵横向速度发生变化时，在断点、裂缝或溶洞处形成很强的绕射和散射，连续的同相轴出现中断或扭曲变形，甚至相位反转，使整个剖面的反射杂乱。 地震波在遇到尖面点、断点、裂缝和溶洞等不均质异常体时，地震波的振幅、波形、频率及衰减性就会发生变化。所以，提取这些属性就能预测某些异常体的空间形态和分布。本文先后从缝洞的正演模拟剖面上提取了均方根振幅、平均绝对值振幅属性和时频特性等属性。分析结果表明，这些属性所揭示的缝洞空间形态与模型的基本一致。所以，这些地震属性能准确地预测碳酸盐岩缝洞发育带。同时也说明了单程波频率-空间域有限差分法能正确模拟缝洞等纵横向速度剧烈变化的复杂地质模型。