波动方程模拟PML吸收影响因素分析

地震数值模拟中,完全匹配层(PML)边界能有效地吸收衰减地震波,得到无边界反射干扰的波场快照和地震记录。在前人研究的基础上,进一步分析了分裂完全匹配层(SPML)的衰减机制,通过波动方程模拟,分析了震源主频、空间网格间距、介质速度等参数对SPML边界吸收衰减特征的影响。得到了不同条件下,PML边界对地震波的吸收效果。通过分析对比,得出了震源主频对PML吸收效果无直接影响,空间网格间距与PML吸收效果成反比,高速层PML吸收效果缓慢等结论。并通过Marmousi2模型测算,对结论进行了验证。最后给出了复杂模型、不同尺度数值模拟中SPML参数的选取方法,为地震数值模拟中SPML边界参数的定量选取奠定了基础。     

稳定的二维TTI介质一阶qP波方程RSGFD数值模拟

相比于VTI介质q P波数值模拟方法,考虑倾角因素的TTI介质q P波数值模拟方法能够更加准确地描述各向异性介质中波场的传播特征。常规的声学近似方法往往会造成TTI介质中倾角急剧变化的区域出现数值不稳定,笔者首先引入一个各向异性控制参数,推导了稳定形式的TTI介质二阶q P波方程,保证q P波场的稳定传播;其次,通过引入波场的伪速度分量,推导了其等价的一阶应力—速度形式及相应的PML边界条件,并应用优化的旋转交错网格有限差分(RSGFD)方法实现了精确的数值模拟。数值结果表明:TTI介质一阶q P波方程能够稳定、有效地模拟q P波的运动学特征,利用优化的RSGFD方法可以得到精确的合成地震记录,同时可以相对地提高计算效率。     

基于PML边界下的弹性及黏弹性TTI介质波场模拟

基于一阶速度-应力波动方程,采用高阶交错网格有限差分数值模拟方法,对弹性及黏弹性TTI介质进行正演数值模拟。模拟时采用完全匹配层吸收边界条件(PML)消除边界反射。同时设计了层状介质模型、断层模型,通过模型的正演计算,得到了不同时刻的地震波波场快照及合成地震记录,分析其波场运动学及动力学特征。模拟结果表明,交错网格有限差分法可以很好地完成对复杂介质的波场模拟,具有较高的精度和可靠性。     

基于粘滞性声波方程的吸收补偿方法

通常地层介质都是粘滞性的,由于地层的吸收作用,地震波在向下传播过程中能量被衰减,特别是高频能量的衰减,使反射信号频带宽度变窄。为了补偿被吸收的能量,笔者采用粘滞声波方程波场延拓方法进行能量吸收和衰减补偿。首先,从粘滞性波动方程波场延拓函数理论出发,推导了波场延拓函数稳定性条件;其次,对其有效性进行了测试和分析;最后,通过设计数值模型进行正演模拟对比试验,证明了基于粘滞性声波方程的吸收补偿方法能够很好地对粘性介质吸收衰减进行能量补偿,改善处理效果。     

准P波方程紧致交错网格井间地震波场模拟及边界条件

研究井间地震波场的形成过程以及波场的传播机理、规律,对于指导实际井间地震勘探有着重要的意义.基于具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,应用具有无条件稳定性质的紧致交错网格隐式差分格式求解该方程.重点研究了紧致交错网格求解该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的井间地震波场的正演模拟.数值算例表明:紧致交错网格能精准模拟VTI介质中准P波的传播过程,得到高精度的正演结果.一阶准P波方程能以足够的精度描述VTI介质中准P波特征.完全匹配层吸收边界能有效地解决人工边界问题,是一种高效的边界吸收算法.     

TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程及求解方法

以具有倾斜对称轴的横向各向同性(Titled Transverse Isotropic,TTI)介质中纯准P波二阶方程为基础,通过引入辅助波场实现了方程的降阶,推导出了TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程,并利用旋转交错网格高阶有限差分方法对方程进行数值求解,给出了完全匹配层(Perfectly Matched Layers,PML)吸收边界条件在该方程中应用的方法。理论分析及数值模拟结果表明:相对于二阶形式的准P波方程,该TTI介质纯准P波一阶压力-速度方程在计算精度相同的情况下,具有更高的计算效率;同时能更准确地描述对称轴参数变化剧烈的TTI介质中准P波的传播规律。     

各向异性介质拟声波叠前逆时偏移及成像条件的应用

考虑到基于各向同性假设的传统逆时偏移方法的局限,研究了各向异性介质叠前逆时偏移方法。由于各向异性弹性波逆时偏移中,存在着计算效率低和波场分离困难等不足,各向异性介质拟声波逆时偏移更具优势。从声学近似的胡克定律和运动方程出发,研究了VTI介质拟声波波动方程,并引入旋转坐标系将其推广为TTI介质情形。然后利用交错网格高阶有限差分方法,构建逆时偏移所需的正向和逆时波场外推算子,并引入完全匹配层(PML)边界条件来吸收边界反射能量。最后应用优化的归一化互相关成像条件,实现各向异性拟声波逆时偏移成像。模型试算结果表明,考虑各向异性因素的逆时偏移方法能够有效地改善成像质量,应用优化的成像条件得到的成像效果,明显优于常规的归一化互相关成像条件。     

含直立裂隙介质的弹性波动方程正演模拟

从具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波动方程进行差分离散,得到了HTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式,研究并实现了PML吸收边界条件。在此基础上实现了HTI介质中弹性波方程的多波正演。数值算例表明,该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录。     

TTI介质弹性波频率-空间域有限差分数值模拟

由周期性薄互层引起的VTI介质是研究比较广泛的一类各向异性介质。当VTI介质对称轴偏离垂向,本构坐标系与观测坐标系不重合时,会形成观测坐标系下的TTI介质。引入25点优化差分算子,推导出二维TTI介质频率域弹性波动方程;为压制边界反射,采用完全匹配层法吸收边界条件,并计算出优化差分系数;最后采用集中力源,模拟了弹性波在TTI介质中的传播过程。从波场快照和地面共炮记录可以看出,笔者采用的数值模拟算法能有效压制数值频散。TTI介质中的波场传播比较复杂,纵波传播相对稳定,横波波前的三分叉现象比较明显,并存在振幅奇异性。当VTI介质的对称轴偏转后,还会增加地面地震记录的复杂性。     

地震波的有限差分法正演模拟

基于波动方程的地震波正演模拟能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率与相位变化,真实地反映出波的动力学特征。有限差分法因其精度高、计算效率高而成为波场数值模拟的一个重要方法。根据地震波的近似方程———声波方程,采用二阶有限差分网格数值算法,利用透明边界条件,设计典型地质模型,进行地面波场的地震记录模拟。通过稳定性条件分析、震源子波优选以及频散抑制,成功合成了倾斜地层模型与正断层模型的地面共炮点波场记录,直观地显示出直达波、反射波、绕射波等丰富的波场信息,获取各模型的波场快照。结果表明,有限差分法结合透明边界条件对于获取介质丰富的波场信息具有很大的优势。     

高效优化非分裂PML边界二阶标量波方程数值模拟方法

卷积完全匹配层（convolution perfectly matched layer,CPML）吸收边界是一种高效处理波动方程数值模拟中人工边界反射波的方法。本文基于传统的一阶系统CPML吸收边界条件推广并推导了新的二阶系统CPML边界条件（NCPML）。与常规二阶系统CPML边界条件不同,新边界条件推导的核心思想是在复数-频率域中忽略部分衰减因子空间变化特性,避免其在时间域产生复杂卷积算子,然后反变换至时间域得到基于CPML吸收条件的二阶标量波方程,并应用于二阶标量波方程数值模拟。均匀介质模型测试验证了NCPML吸收条件在内存使用上相对于常规二阶系统CPML与SPML（split PML）吸收条件更少。在对人工边界反射的吸收效果上,NCPML稍逊色于常规二阶系统CPML,但二者均相对于SPML优势明显。最后通过层状模型和Marmousi模型测试验证了NCPML的稳定性及其在效率上的优势。     

井下浅层地震探测技术的应用

钱 家 营矿 区内 8、12 煤 层顶 底 板为 细砂 岩 或粉 砂岩 ,煤 层与 顶 底板 之间 物 理特 性差 异 较大 ,有 利于 开 展 井下 -2浅 层地 震 勘探 。结合 矿 井开 采地 质 条件 及生 产 实际 ,建 立数 学物 理 模型 ,推 算时 距 曲线 、求 解地 层速 度 。在分 析选 用 仪器 的工 作 原理 及井 下 施工 方法 的 基础 上,对在 上 覆煤 层巷 道 中使 用该 技 术探 测 8、12-2煤层 开采 地 质条 件的 可 行 性及应 用前 景 进行 讨论 。     

转换波反射系数近似公式的比较及分析

多分量地震资料解释的首要问题就是多分量的标定和对比,其中最关键的是转换波反射系数的求取及子波的选取,然而Zoeppntz方程在数学表达上极其复杂,在物理意义上也不直观,因此很难得到直接的应用.为此,在详细介绍五种近似公式的基础上,利用六种模型分析了随入射角的变化各公式的适应性,最后得出结论,Aki和Richard的近似公式适应性普遍比较好.     

锚固系统质量检测的小波分析法

波动方程的有限元数值解表明,对锚杆灌浆体内部缺陷的探测,可用声速、幅值、波形等声参数作为判断的依据。基于小波包分析得到的能量特征向量,可以作为缺陷特征向量进行无损检测。人工神经网络这类非线性动力学系统运用于该灰色系统的质量预测,可取得良好的效果。     

槽波地震勘探的数学模型研究

为研究槽波的形成及地震时间剖面上的表现规律，利用非均匀各向同性介质的波动方程，应用有限差分法进行求解并编制了计算程度，给出了一个3层不对称模型的两分量计算结果实例。     

半空间非水平层状介质瑞雷面波的频散方程

由于工程勘察中的一些特殊情况,使面波以往的一些理论和结论受到了不同程度的限制。本文从弹性动力学虚功变分原理出发,在重点分析自由表面外力提供的能量来源时,引入了等效面波(能量)震源概念。然后用有限元法建立了半空间多个非水平层状介质瑞雷西波的频散方程。这项工作有助于面波理论和应用技术的发展完善。     

复杂地质构造波动方程数值模拟

利用全声波方程进行地震波场的数值模拟，虽然可以计算全声波波场值，但是也常常会出现层间多次波，给资料解释造成一定的困难。作者在本文中根据无反射声波方程，采用有限差分数值解法，实现了自激自收时间剖面的制作，避免了层间多次波的产生。本方法不但允许速度有纵向变化，而且允许速度有横向变化，这使得模拟复杂地质构造的地震响应成为可能。实际计算结果表明，该方法是一种行之有效的自激自收时间剖面的计算机数值模拟方法。     

沉积盆地波动过程分析方法在中国的应用

沉积盆地波动过程分析方法是一种较新的盆地分析方法。该方法以物理学中有关波的理论为基础，以波动的观点来分析地壳运动，从地层资料入手，通过恢复地层原始厚度，计算沉积速率，建立反映盆地沉积—剥蚀过程的波动方程。据此进行波动过程分析，借助方程的参数，得到波动周期；通过波动方程对时间积分，可以定量分析剥蚀量；对波动方程进行分析，得到波动过程。在综合分析的基础上，预测有利的油气聚集区和成藏旋回。此方法在国内的一些盆地已得到应用，并取得了较好的效果。     

n维非线性波动方程对应的线性方程Cauchy问题的解

在n维非线性波动方程Cauchy问题的迭代解法中 ,每一个迭代步骤都需要求解一个相应的n维线性波动方程的Cauchy问题。对于n维线性波动方程Cauchy问题而言 ,只要初值适当光滑 ,其解也必适当光滑 ,且在整个半空间t≥ 0上是整体存在的。从较简单的n维线性波动方程Cauchy问题出发 ,利用球面平均法和降维法分别求出n为奇数 (n >1)和n为偶数时其解的表达式。并利用叠加原理求得了一般的n维线性齐次方程Cauchy问题和线性非齐次方程Cauchy问题的解 ,为求解非线性波动方程Cauchy问题奠定了基础     

合成平面波数据的Rytov近似叠前深度偏移

作者把Berkhout(1992)提出的合成平面波技术应用于线性Rytov近似叠前深度偏移，提高了波动方程叠前深度偏移的计算效率。通过在Marmousi模型数据试验，我们认为在达到基本相同成像效果的条件下，利用合成平面波技术的波动方程叠前深度偏移相对于基本共炮集数据的波动方程叠前深度偏移可提高计算效率约10倍。