地震波传播的三维伪谱和高阶有限差分混合方法并行模拟

基于交错网格伪谱法和高阶精度有限差分方法,发展了模拟非均匀介质地震波传播的三维伪谱和有限差分混合算法.该方法在两个水平方向利用交错网格伪谱算子计算空间微分,保留了该方法高效、高精度的优势,在垂直方向采用交错网格高阶精度有限差分算子实现空间微分计算．利用有限差分方法的局部性特征,将三维计算区域在垂直方向上划分为一系列子区域,并分配给不同的处理器,实现了在并行计算机集群上的三维并行计算．通过模拟算例,与离散波数法比较,检验了该算法的精度．为了检验该方法的实用性,在64个处理器上,对三维沉积盆地模型进行了67108864个网格点的并行计算,模拟的波场主频率为1.25Hz,讨论了沉积盆地深度对三维沉积盆地地面运动的影响．      

大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟

系统地论述了大地电磁三维交错采样有限差分数值模拟算法实现过程中交错网格剖分、积分公式离散化、边界条件、方程组求解、三维张量阻抗的计算等内容. 由于提出了简洁的边界条件，采用了解大型系数矩阵方程组的双共轭梯度稳定解法，所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法具有迭代收敛稳定、计算精度高、速度快等特点. 通过两个理论模型的计算结果检验了算法的正确性和计算精度. 所实现的三维交错采样有限差分数值模拟算法为研究三维反演问题奠定了基础.     

二维弹性及粘弹性TTI介质中地震波场数值模拟:四种不同网格高阶有限差分算法研究

本文利用交错网格、辅助网格、旋转交错网格、同位网格有限差分方法分别模拟了二维弹性TTI介质和二维黏弹性TTI介质中的地震波传播.在稳定性条件内,选用不同的网格间距及时间间隔,通过波场快照、合成理论地震图较为系统分析对比了这四种不同网格有限差分数值模拟在计算精度、CPU时间、相移、频散、以及保幅方面的优缺点.数值模拟结果表明:1)这四种不同网格有限差分算法都是很好的波场数值模拟算法;2)就CPU计算时间而言,旋转交错网格有限差分算法的计算效率最高;3)从计算精度来看,同位网格有限差分的计算精度最高;4)从振幅保护方面来看,四种网格的保护振幅的能力相当;5)相移方面,当网格间距增大时,交错网格和旋转交错网格有可能出现相移现象;6)频散方面,同位网格的频散现象不明显.     

三维各向异性裂缝介质正演模拟的三种交错网格适应性比较及Lebedev方法的改进

研究了三维各向异性裂缝介质的正演模拟的三种不同有限差分法,即标准交错网格(SSG)、旋转交错网格(RSG)和Lebedev方法(LS),详细对比分析这三种交错网格方法在模拟复杂各向异性介质的优势与局限.提出一种新的改进方法,简化了LS有限差分法在任意各向异性介质中的正演模拟.为了模拟三维大规模复杂各向异性介质的地震响应,提出一个优化的正演模拟计算流程：将模型参数分为模型介质参数和模型构造参数.该计算流程适用于三种有限差分法中的任何一种.使用LS方法实现任意三维各向异性裂缝介质地震响应的三维全波场模拟,通过使用三种不同的有限差分模拟方法进行二维和三维模型数值模拟试验,验证了所提出方法有效.     

用于弹性波方程数值模拟的有限差分系数确定方法

有限差分方法是波场数值模拟的一个重要方法,交错网格差分格式比规则网格差分格式稳定性更好,但方法本身都存在因网格化而形成的数值频散效应,这会降低波场模拟的精度与分辨率.为了缓解有限差分算子的数值频散效应,精确求解空间偏导数,本文把求解波动方程的线性化方法推广到用于求解弹性波方程交错网格有限差分系数;同时应用最大最小准则作为模拟退火(SA)优化算法求解差分系数的数值频散误差判定标准来求解有限差分系数.通过上述两种方法,分别利用均匀各向同性介质和复杂构造模型进行了数值正演模拟和数值频散分析,并与传统泰勒展开算法、最小二乘算法进行比较,验证了线性化方法和模拟退火方法都能有效压制数值频散,并比较了各个算法的特点.     

一种基于全局优化的交错网格有限差分法

在地震波场数值模拟中, 交错网格有限差分技术得到了广泛的应用, 但是在弹性模量变化较大时, 通常会因插值而导致模拟误差增大. 旋转交错网格可以很好地克服这个缺点, 因而适合于各向异性介质正演模拟. 但是对于同样大小的网格单元, 旋转交错网格需要的步长比常规交错网格要大, 这会使梯度和散度算子的误差增大因而更易产生空间数值频散. 针对这些问题, 本文提出了旋转交错网格与紧致有限差分相结合的方法, 并基于模拟退火算法进行全局优化, 压制数值频散, 拓宽波数范围. 数值模拟结果表明, 此方法可以有效地压制数值频散, 且具有较高的模拟精度.      

用于声波正演模拟的时空域高精度交错网格有限差分方法

地震正演模拟是逆时偏移和全波形反演中的核心问题之一,因为它们都需要高效、高精度地模拟波场正向和反向传播。为了提高数值模拟的精度,人们广泛采用高阶有限差分方法,但是大多数方法仅在空间上具有更高的精度,在时间上只有二阶精度。首先系统介绍时空域高精度交错网格有限差分方法的基本原理,然后利用模型验证方法的有效性,结果表明:时空域高精度交错网格有限差分方法拥有比常规交错网格有限差分方法更低的数值频散。      

横向各向同性介质紧致交错网格有限差分波场模拟(英文)

针对有限差分数值模拟的频散问题,本文将交错网格技术和紧致差分格式相结合,推导了横向各向同性介质一阶速度一应力波动方程的紧致交错网格差分格式;对比分析了紧致交错网格差分格式、交错网格差分格式以及紧致差分格式的截断误差主项,并利用Fourier误差分析方法分析了上述三种差分格式的近似精度;在此基础上,分别采用上述三种差分格式进行了波场数值模拟。结果表明,当差分方程阶数相同时,紧致交错网格差分格式截断误差最小,数值频散最弱,差分精度最高,证实了该方法的有效性。     

考虑海底地形的三维频率域可控源电磁响应有限体积法模拟

为了提高海洋可控源电磁的地形响应模拟精度,探讨了三维交错网格剖分有限体积法求解频率域电磁场解的数值方法.在似稳场近似条件下,推导了有限差分法和有限体积法低频电磁场控制方程的离散表达式.通过对离散表达式的分析比较表明,有限体积法较之有限差分具有更高的计算精度,同时也具有与有限差分相当的计算效率.对含地形界面网格单元电导率采用加权平均处理,通过与二维有限元程序的计算结果对比,验证了该方法可以有效提高有限体积法对地形变化的模拟精度.应用有限体积法计算了一个三维带地形储层模型的可控源电磁响应,分析表明地形变化对电场分量影响明显,磁场分量对地形变化不敏感.     

复杂介质多尺度变网格地震波数值模拟

在应用有限差分法地震波场数值模拟过程中,模拟精度和计算效率是关键问题之一,特别是对于速度变化剧烈的含小尺度地质体的数值模拟尤为重要.为了既能精细刻画介质的局部结构,又能保证模拟的时效性,本文在传统交错网格有限差分算法的基础上,将变网格有限差分方法引入到交错网格高阶差分数值模拟中,对交错网格空间算法进行了改进,并避免了因插值因素影响模拟精度和计算效率.本文采用完全匹配层吸收边界条件实现对可变网格数值模拟的边界处理,根据完全匹配层吸收边界原理和参量的分裂思想,在不同的方向分别加相应的阻尼衰减因子,解决边界的反射问题.此外还分析了数值频散对于模拟结果的影响.文中分别设计了地堑和生物礁两个介质模型对可变交错网格算法的有效性和稳定性进行了验证.数值模拟结果表明,可变交错网格有限差分算法数值模拟能够对地下介质物性的空间变化进行准确刻画,进一步增强数值模拟对复杂介质的适应性,同时为地震数据的波场成像、纵横波联合解释等提供可靠依据.     

Comparison between staggered grid finite difference method and stochastic method in simulating strong ground motions

Introduction There are various factors affecting the propagation of earthquake waves. Usually these fac- tors include the earthquake source, the path and the site effects. Simulations of the earthquake wave propagation and the strong ground motion are an adequate way to exhibit these factors (Virieux, 1986; Levander, 1988; Frankel and Vidale, 1992; Frankel, 1993; Graves, 1993, 1996a; Olsen et al, 1995; Pitarka et al, 1996; Pitarka, 1999). The most popular numerical method in use is the gri…     

弹性波克希霍夫积分偏移法

P、S波同时偏移法是为了适应复杂构造地区勘探情况而开始研究的一种偏移方法。在前人工作的基础上,应用弹性波克希霍夫积分偏移的基本原理,改进了纵波（PP）及转换波（PS）的同时克希霍夫积分偏移方法,给出了一种近于实用的计算机流程和程序;并用其分别对射线理论合成反射波资料、有限元模拟地震波传播资料进行了检验,证明此种方法是有效的。在解决复杂构造地区的地震波成象方面,该方法具有很大的潜力。     

P－SV转换波的一种处理方法─叠前抽道集法

本文利用纵波和横波的迭加速度资料来计算Ｐ－ＳＶ波勘探中转换点的近似位置。再按转换点对Ｐ－ＳＶ波重新抽道集，得到可与反射资料ＣＭＰ道集相兼容的时间剖面图。利用理论模型对上述方法进行了可靠性检验，并用该方法对实际资料作了处理。同时还得到了实际资料的Ｐ波和Ｐ－ＳＶ波的彩色振幅比剖面图。结果表明：采用改进的叠前抽道集法所得到的剖面图具有很好的空间分辨率。     

地震波走时表及体波量规函数在软件设计中的使用方法

本文介绍了通过计算机软件设计实现地震波走时表的自动查找和体波量规函数的插值计算。在台站处理地震和地震速报中取得了满意的效果。     

A METHOD TO DETERMINE THE VELOCITIES OF THE SEAFLOOR AND NEAR-SURFACE SEDIMENTS*

Shotpoint gathers from conventional reflection seismic surveys contain both reflected and refracted waves. In this study shot records were processed and analyzed, and the data were modeled with reflected, refracted, and reflected-refracted waves to fit the recorded data. The result is a detailed velocity model. The inverse problem for refracted waves was solved by using the Wiechert-Herglotz inversion. A 500-km-long 26-fold reflection seismic line from the Barents Sea, north of Norway, has been investigated. The data show high velocities, multiple reflections, and various types of noise. To test the method a total of 34 shot gathers were analyzed along this line. The aim of the interpretation was to determine the velocity in the seafloor and the near-surface sediments. It is possible to map the vertical as well as the lateral velocity distribution in detail. Depending on the length of the streamer and the velocity gradient in the sediments, the calculated depth varies between 300 and 500 m below the seafloor. These velocities were also compared to the stacking velocities obtained from the reflection seismic data to see how the velocities determined by different methods were related. The velocity distribution in the sediments is one of the key factors in seismic interpretation. The technique discussed in this paper can contribute to velocity information both in the processing and interpretation of seismic data.     

地震波动强度变化的数学建模分析与仿真

传统利用灰色关联分析方法对地震波动强度变化进行数学建模分析与仿真时,对地震波动强度变化的数列进行仿真分析时,忽略了地震波动强度的时间属性对结果的影响,导致分析结果准确性较低。本论述提出新的地震波动强度变化数学建模分析与仿真方法,通过地震波动强度序列的经验分布确定门限自回归模型的门限值,依据该门限值、AIC最小准则以及最小残差平方等方法获取地震波动强度序列的门限自回归模型,分析自回归模型的极限环和振荡的属性特点,得到地震波动强度变化的初步数值模拟结果。本论述构建了基于均生函数的地震波动强度序列的数学模型,通过均生函数数学建模方法拟合地震波动强度时间序列,依据时间序列基于双评分准则选取拟合周期,实现地震波动强度的数值仿真。实验结果表明,所提方法对地震波动强度变化模型具有较高的准确性和稳定性。     

数字地震记录震相的模糊模式识别方法

本文用模糊模式识别的直接方法来分析识别数字化地震记录的地震波震相,主要是识别(?)、(?)震相到时。所用方法的基本技巧是,首先对一次地震的数字化三分向记录计算其每一时刻(时间间隔为0.025秒)的出射角和方位角,然后对每一时刻的出射角和方位角计算其从属函数值,再进而确立上述两种从属函数的综合从属函数值,选择适当阈值,进行识别判断,即可得出(?)、(?)震相的到达时刻。文中给出了使用上述方法处理北京白家疃台数字化地震仪记录的1988—1990年间大同地区4次地震记录的实例。所得结果表明,本文提出的方法可用于识别数字化地震记录的震相的到时,为计算机自动分析处理地震波资料提供了一种新的参考途径。     

地震方法确定活动断裂上断点的影响因素分析

中国不少城市位于较厚的第四纪松散沉积物覆盖区,在这些松散层内,发育了许多具有相当规模的隐伏断裂,用地震方法能够探测到它们的存在。但用地震方法探测到的这些隐伏断裂的上断点是否代表了真正意义的断裂上断点?文中在讨论地震记录分辨率的基础上,探讨了影响地震勘探效果的记录信噪比、地质构造条件以及资料处理和解释方法:为提高地震记录的信噪比和分辨率,需要采取相应的技术措施,如在数据采集过程中,使敷设的地震剖面垂直断裂走向,在保证地震记录具有较高信噪比的条件下,采用合适的覆盖次数和小道间距接收的工作方法有助于获取更浅波阻抗界面的反射波;在数据处理和解释的过程中,准确求取反射波的速度,采用一些提高地震记录分辨率和信噪比的处理技术,摒弃一些混波处理手段,有助于改善利用地震方法探测隐伏断裂上断点的效果。而对于没有波阻抗差异的地层界面,包括隐伏断裂已经错断的那些地层界面,地震方法则难以对其进行探测。即使地震方法探测到的不一定是真正意义上的隐伏断层上断点,其结果依然可为今后钻孔剖面位置的布设、钻孔深度的设计以及断层活动性的判定提供科学依据。     

VTI介质中地震波反射波合成记录的方法研究

在向向异性介质中，由于地震波的相速度和群速度有较大差异，相角和群角不同，相速度、群速度及群角相与角之间的关系比较复杂，因此与各同性相比较，计算地震波相速度，群速度及群角就更加困难，其合成地震记录的难度也就之增大，本文根据VTI（具有垂直对称轴的横向各向同性）介质中地震波的运动学特征，应用射线追踪方法，计算了VTI介质中的地震波的旅行时，并合成了反 地震记录，这为反射地震波的旅行时及速度分析提供了基础。     

松辽盆地地层吸收特性和地震波衰减规律研究

选取有代表性的岩石样本，实验室模拟地下岩层的实际物理状态，对P波的品质因素Q和波速进行了测试，结果表明，松辽盆地地下岩层的P波Q和波速皆随压力的增中呈线性增加，随温度的增加呈线性减小；且Q与波速符合幂律关系，粘弹介质地震波场正演模拟表明，导致地震波衰减的主要是第四系低速带的影响，通过对震测井资料估算，按目前的地震采集方式，即潜水面（低速带）以下激发，检波器地面接收，从激发到接收，地震波在第四系中高频成分将损失170Hz，在最理想情况下，爆炸震源激发的初始子波频宽为402Hz，经过第四系和下伏地层吸收，第四系以下的反射波频带宽度不会超过232Hz，这是松辽盆地受地层吸收限制的高频采集极限。