TTI介质弹性波近似解耦波动方程

借助Christoffel方程可求解出各向异性介质弹性波精确频散关系.利用近似方法进行处理,再通过傅里叶逆变换将频率波数域算子变换为时空域算子,可导出解耦的 qP波或 qS波波动方程.本文在 TTI介质弹性波精确频散关系的基础上,利用近似配方法推导了 qP波和 qSV波近似频散关系,通过傅里叶逆变换推导了 TTI介质 qP波和 qSV波解耦的波动方程.为了验证近似频散关系的有效性,利用两组模型参数对其进行数值计算,分析了相对误差在不同传播方向上的分布.随后使用有限差分方法分别对均匀、层状及复杂 TTI介质弹性波近似解耦波动方程进行数值模拟,结果显示 qP波和 qSV波完全解耦,并且在各向异性参数η＜0 以及介质对称轴倾角变化较大的情况下,纯 qP波和纯 qSV波近似波动方程依然可以保持稳定.     

三维倾斜界面PS转换波CMP道集时距及参数估计

在PS转换波资料处理过程中,往往需要联合P波资料提供相应的模型.在实际应用中存在P波和PS转换波层位对比困难.本文仅利用PS转换波数据,通过三维倾斜界面PS转换波CMP道集精确时距关系推导了近似时距解析表达式;分析了PS波的精确与近似时距关系随测线方位、界面倾角与倾向的变化规律及其拟合误差;并讨论了近似时距关系的三个时距参数随方位的变化特征;理论上给出描述时距的三维倾斜界面倾角、倾向、深度、纵波速度和横波速度这5个独立参数的估计方法,并通过理论模拟数据证明了该方法的可行性.     

起伏地表QR径向基函数有限差分及其在弹性波逆时偏移中的应用

弹性波逆时偏移不受倾角和偏移孔径的限制,能够实现任意复杂构造的高精度多波成像,是目前最精确的多分量资料偏移成像方法之一.逆时偏移算法的核心是波场延拓,传统波场延拓以水平基准面为边界条件,基于固定采样步长进行规则网格剖分,采用阶梯近似法处理起伏地表和复杂构造界面时会产生台阶散射,严重影响起伏地表复杂构造的成像精度.基于无网格节点模型,定量分析了弹性波模拟中径向基函数有限差分法的频散关系和稳定性条件.基于此,提出一种基于QR径向基函数的高精度有限差分方法,并提出一种优化的起伏地表自适应节点剖分方法,推导了精确的无网格自由边界条件和弹性波无网格混合吸收边界条件,形成了新的基于无网格的起伏地表弹性波数值模拟方法.此外,本文将此无网格径向基函数有限差分方法应用于精确的纵横波场矢量分解公式,实现了起伏地表弹性波逆时偏移成像.通过对高斯山丘模型,起伏凹陷模型和起伏地表Marmousi-2模型进行数值试算,验证了本文方法的有效性和可行性.     

融合门控循环单元和自注意力机制的矿山微震P波到时拾取方法

基于深度学习方法提出了一种矿山微震P波到时拾取方法。首先构建CNNDet模型进行事件监测和到时预拾取;其次引入自注意力机制,融合门控循环单元（GRU）构建CGANet模型,对检测到的事件进行P波到时精确拾取;最后将该方法与长短时窗能量比法、DPick和PpkNet方法进行对比,结果显示测试集的事件检测精确率和召回率都达到98%以上,P波到时估计的误差均值和标准差分别为0.014 s和0.051 s,说明本文方法在精确率、召回率及标准差等方面均明显优于上述三种方法。此外,对不同信噪比样本进行测试的结果也证明,本文方法在低信噪比下依然能保持较高的精度。在实际震源定位中,该方法也展现出了更优异的性能。     

基于克希霍夫衍射理论的水层多次波预测方法

在海洋地震勘探中,水层多次波是一种常见的干扰波.水层多次波的存在常常会造成地震资料分辨率降低,损伤地震资料频带,产生虚假同相轴等假象,严重影响波组特征与地震资料解释.SRME(Surface Related Multiple Elimination)和MWD(Model-based Water-layer Demultiple)方法的提出为多次波预测压制提供了有效的解决方案.但SRME方法并不能适用于浅水以及起伏海底的OBC(Ocean Bottom Cable)观测数据的多次波压制,而常规的MWD方法构建格林函数进行多次波预测时仅仅考虑了地震波在传播过程中产生的时移和几何扩散等运动学特征,不能很好地将多次波进行精确的重建.为了解决上述问题,本文基于克希霍夫衍射理论在格林函数中加入角度算子,使预测结果更加准确、更具有动力学特征,并根据多次波射线路径提出了一种相对更加灵活的适用于浅水的水层多次波预测方法,精确预测了水层多次波,结合曲波域多次波提取技术使水层多次波得到了有效压制.     

P-SV波展平变换的精确求解——以地震面波为例

以地震面波问题为例,提出P——SV波展平变换的精确求解方法并以此为基础讨论了近似求解方法的适用性及适用范围. 结果表明,展平变换指数m对最终结果没有显著影响,因此可选取任意值;在短波近似条件下,展平变换的近似解法是适当且合理的;展平变换的近似解法比精确解法的效率高一倍. 对于频率较低的问题,应采用精确的求解方法.      

数据驱动型多次波衰减方法的研究

在油气田勘探过程中,多次波的存在往往会直接影响地质构造的解释程度.鉴于自由界面的反射系数一般都远远大于地层的反射系数,与之相关多次波具有更强的能量,更多的宽频带,本文聚焦于与表面相关多次波的模拟与衰减.表面多次波的衰减可以表述为一种迭代的过程,其中MPI(Wang,2003)是一种全数据驱动型的多次波建模方法,它是通过迭代修正多次波模型从而预测出更为精确的多次波.MPI多次波建模方法的显著特征在于它减弱了对表面操作因子的依赖性,即在先验信息未知的情况下,仍可以依据地震数据而模拟出较为精确的多次波模型,这种方法的另一特征在于它不仅在时间域而且在相位和振幅域也可以模拟出多次波模型.根据实际地震数据的应用效果,表明在给定一个一般精度的去多次波结果的情况下,通过利用全数据驱动型迭代反演可以建立更为精确的多次波模型,然后再把它从原始地震数据中减去,从而更为有效地压制和衰减多次波场能量.     

孔隙介质中面波有限差分模拟及应力镜像条件（英文）

地震波沿自由表面传播P波和S波干涉会产生面波现象。因此,地震波数值模拟中需要精确地处理自由表面边界以获取面波传播的数值解。本文提出了一种基于动态孔弹性理论包含自由表面边界处理的时空域交错网格有限差分数值计算方法。针对自由表面,推广弹性介质中的传统应力镜像自由边界处理方法,提出一种新的描述孔隙介质固体和流体自由边界特征适用于面波模拟的应力镜像法。自由表面所在网格节点上的相应镜像的处理就能获得稳定精确的面波数值解。数值模拟得到的第一类Rayleigh波的结果表明该算法在相应的弹性介质中一样的网格剖分下就可获得保证精度的稳定解。数值模拟的例子反映了本文所述方法的有效性。     

一种TI介质纯qP波正演方法及其在逆时偏移中的应用

基于Tsvankin提出的精确频散关系,利用近似展开的方法,推导出解耦合的TTI介质纯qP波近似方程,并将方程中的偏微分算子分解成一个laplace算子和一个标量算子,用于代表qP波的精确传播方向,构建时间域二阶纯qP波方程.此推导过程无需设置横波速度为零,能够更加精确地描述qP波的运动学特征.这个方程相比于求解波数域二阶解耦qP波方程,计算效率高,存储需求小;相比于基于Alkhalifah频散关系推导的时间域二阶纯qP波方程,假象干扰压制好,数值误差小,更具一般性.但此方法求解波矢量时采用波场梯度一阶渐近近似,会造成垂直于对称轴方向的波场振幅不准确.为了较正振幅,将椭圆分解方法应用于此方程中,构建纯qP波椭圆分解方程,使得振幅更加均衡,并与Xu等提出的方程比较分析,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程得到的波场振幅值更加准确.本文首先选取了均匀TI介质模型进行了qP波正演模拟,并抽取波场单道波形进行振幅分析,验证了本文构建的纯qP波方程和纯qP波椭圆分解方程的正确性及有效性;然后选取BP TTI模型进行了qP波正演模拟,将其qP波正演结果和均匀TI介质模型振幅分析结果相结合,突出了本文构建的纯qP波椭圆分解方程的优势及适应性;最后选取逆冲模型和BPTTI模型,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程对其进行逆时偏移成像,验证了本文构建的纯qP波椭圆分解方程在逆时偏移中的可行性和适用性.     

改进的多道预测算子压制浅水多次波方法

在浅水情况下,由于观测数据中缺少近偏移距信息,水层多次波的压制面临挑战.利用多道预测算子压制水层多次波是浅水环境下压制多次波的重要方法之一,这种方法先从输入数据中估计出多道预测算子,再将预测算子和输入数据做褶积预测出水层相关多次波.然而,估计的多道预测算子很容易受噪声污染,从而影响多次波模型的精度.所以,我们提出了改进的多道预测算子压制浅水多次波方法.该方法先从数据中估计出多道预测算子,并利用估计的算子构建出精确的水层模型;然后,通过计算算子的走时信息、估计振幅信息、合成新算子三个步骤来修正原始的多道预测算子.修正的算子不仅不受噪声影响,还含有精确的走时信息、可靠的振幅信息;最后,该方法用修正的算子来预测多次波,并结合自适应相减,将预测的多次波从输入数据中去除.通过合成数据和实际资料的验证表明,相比于原始的多道预测算子压制多次波方法,改进的方法能够取得更好的压制效果.     

A rapid and accurate two-point ray tracing method in horizontally layered velocity model

Introduction The determination of the ray path between a source and a receiver is fundamental to many seismic problems such as earthquake location, travel time inversion, computation of synthetic seismograms, depth migration, and seismic tomography. The calculation of travel times and their derivatives depend on the determination of ray paths, which is the most time-consuming work in seismic tomography. Therefore, a fast and accurate ray tracing method is particularly important. Many ray-traci…     

A new approach for high fidelity seismic data recovery by fractal interpolation

Recovering accurate data is important for both earthquake and exploration seismology studies, when data are sparsely sampled or partially missing. We present a method that allows for precise and accurate recovery of seismic data using a localized fractal recovery method. This method requires that the data are selfsimilar on local and global spatial scales. We present examples that show that the intrinsic structure associated with seismic data can be easily and accurately recovered by using this approach. This result, in turn, indicates that seismic data are indeed self-similar on local and global scales. This method is applicable not only for seismic studies, but also for any field studies that require accurate recovery of data from sparsely sampled datasets with partially missing data. Our ability to recover the missing data with high fidelity and accuracy will qualitatively improve the images of seismic tomography.     

用于图像重建的波前法射线追踪

本文给出一种基于Huygens-Fresnel原理的射线追踪方法--波前法.该方法精度高、计算速度快,不仅可给出波从源点传播到接收点的透射走时和射线路径,而且可给出任何时刻的波阵面,为层析成像提供了一种有效的射线追踪方法.     

Structure-dependent difference equations for time integration

A structure-dependent explicit method with enhanced stability properties is proposed in this study. In general, the method offers unconditional stability for structural systems except those with a particular instantaneous stiffness hardening behavior. In addition, it is second-order accurate and displays no overshooting in high frequency responses. Numerical experiments reveal that the proposed method saves a substantial amount of computational effort in solving inertial problems where only the low frequency responses are of interest, when compared to a general second-order accurate integration method.     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

A multiscale adjoint method to compute sensitivity coefficients for flow in heterogeneous porous media

A multiscale adjoint (MSADJ) method is developed to compute high-resolution sensitivity coefficients for subsurface flow in large-scale heterogeneous geologic formations. In this method, the original fine-scale problem is partitioned into a set of coupled subgrid problems, such that the global adjoint problem can be efficiently solved on a coarse grid. Then, the coarse-scale sensitivities are interpolated to the local fine grid by reconstructing the local variability of the model parameters with the aid of solving embedded adjoint subproblems. The approach employs the multiscale finite-volume (MSFV) formulation to accurately and efficiently solve the highly detailed flow problem. The MSFV method couples a global coarse-scale solution with local fine-scale reconstruction operators, hence yielding model responses that are quite accurate at both scales. The MSADJ method is equally efficient in computing the gradient of the objective function with respect to model parameters. Several examples demonstrate that the approach is accurate and computationally efficient. The accuracy of our multiscale method for inverse problems is twofold: the sensitivity coefficients computed by this approach are more accurate than the traditional finite-difference-based numerical method for computing derivatives, and the calibrated models after history matching honor the available dynamic data on the fine scale. In other words, the multiscale based adjoint scheme can be used to history match fine-scale models quite effectively.     

基于小波分析的场地波速测量方法

在场地波速测量中,由于噪声等因素的影响很难准确识别P、S波的初至时刻,致使波速结果存在很大的误差。本文给出了一种基于小波变换的波速测量的新方法。该方法利用波动信号的小波变换与弹性波群速度的关系准确识别弹性波初至时刻。弹性波小波变换的峰值时刻代表着以群速度传播的弹性波的初至时刻,使P波、S波的初至时刻的确定具有明确的物理意义,波速的结果准确、可靠、稳定。此外,波动信号的小波多尺度分析还可以确定地层中传播的弹性波的频散特性。最后,该方法在场地波速测量的实测信号的应用表明该方法可准确确定P、S波速。     

高阶方程偏移的分裂算法

对于用高阶偏微分方程进行地震偏移,本文提出一种分裂算法。有限差分法目前只能解波动方程的二阶和三阶的近似方程的偏移问题,更高阶的近似方程还没有一种有效的解法。利用高阶方程进行偏移会提高偏移的精度和效果。本文就是为了解决这个问题所进行的探索。 本文阐述了分裂算法的原理,并给出了应用该算法解决偏移问题的实例。     

Analysis of biodegradation in a 3-D heterogeneous porous medium using nonlinear stochastic finite element method

Probabilistic analysis by Monte Carlo Simulation method (MCSM) is a computationally prohibitive task for a reactive solute transport involving coupled PDEs with nonlinear source/sink terms in 3-D heterogeneous porous media. The perturbation based stochastic finite element method (SFEM) is an attractive alternative method to MCSM as it is computationally efficient and accurate. In the present study SFEM is developed for solving nonlinear reactive solute transport problem in a 3-D heterogeneous medium. Here the solution of the biodegradation problem involving a single solute by a single class of microorganisms coupled with dynamic microbial growth is attempted using this method. The SFEM here produces a second-order accurate solution for the mean and a first-order accurate solution for the standard deviation of concentrations. In this study both the physical parameters (hydraulic conductivity, porosity, dispersivity and diffusion coefficient) and the biological parameters (maximum substrate utilization rate and the coefficient of cell decay) are considered as spatially varying random fields. A comparison between the MCSM and SFEM for the mean and standard deviation of concentration is made for 1-D and 3-D problem. The effects of heterogeneity on the degradation of substrate and growth of biomass concentrations for a range of variances of input parameters are discussed for both 1-D and 3-D problems.     

利用高斯求积和连分式展开计算电磁张量格林函数积分

针对于利用快速汉克尔变换求解电磁张量格林函数中含有贝塞尔函数积分项时，积分核函数不总是随贝塞尔函数（Jv(λr)）参数λ的增大而趋于收敛，从而产生错误结果的问题，我们利用一种直接数值积分——结合连分式展开的高斯求积方法进行计算，通过对不同模型的试算表明这种方法总能够保证电磁张量格林函数积分的正确计算.