频率域电磁剖面有限差分法2.5维正演数值模拟

对于实际生产中遇到的2.5维问题,从麦克斯韦方程组出发,把地电参数变化小的走向方向转化到波数域,用一系列波数模拟三维源的特征,并在波数域中,得到2组关于Hx (k_x,y,z)和Ex (k_x,y,z)的偏微分方程。选取适当的kx值,用有限差分法在y-z平面的网格中求解,再通过反傅里叶变换得到空间域中的电磁场。在验证了算法的正确性之后,对不同埋深的直立异常体、倾斜异常体及断陷模型进行了数值模拟,其结果直观地显示了异常体磁异常的形态,同时研究了程序对低阻异常体的横向分辨率。对层状大地模型,用井间收发方式进行了模拟研究,并取得了较好的结果,这对今后实际勘探应用奠定了基础。     

基于MPI多通讯域的地震波频率域二维正演并行算法研究

地震波场频率域正演是频率域全波形反演的基础。针对反演计算量巨大的问题,利用频率域二维波形正演算法中频率和炮点计算的独立性,开发出粗细粒度结合的MPI并行算法:粗粒度为频率并行,细粒度为单个频率解方程并行。实现方法是将正演频率分组放入不同的MPI通讯域内,每个通讯域内单个频率求解方程过程,采用基于MPI的MUMPS(多波前大规模并行稀疏直接解法器)软件包并行加速。模型测试结果表明:MPI多通讯域并行算法计算结果正确,计算效率显著提高,加速效果稳定。     

二维弹性波频率域17点差分格式及正演模拟

为优化二维各向同性介质中弹性波频率域正演时阻抗矩阵的结构,减小正演所需内存,提高正演效率,在25点差分格式的基础上进行适当的简化,得到了二维弹性波频率域17点差分格式。该格式重新计算了弹性波中偏微分项和加速项的差分算子,减少了计算过程中的网格节点需求,构造了优化阻抗矩阵后的频率域正演矩阵方程;推导了纵波和横波相速度的频散公式,给出了不同泊松比条件下的频散曲线,得到了相速度误差控制范围±1%时每一横波波长内网格数需求。通过对比频散曲线和数值模拟时得到的波场快照及检波点处U、V分量,验证了17点差分格式与25点差分格式相比,具有稍严格的网格间距需求、相当的计算精度、略少的计算时间和更小的阻抗矩阵带宽等特点。     

起伏地表条件下频率-空间域声波介质正演模拟

频率-空间域正演模拟是频率域及Laplace-Fourier域全波形反演的基础,起伏地表条件下波形反演算法的关键是正演算法中考虑起伏地表的影响。基于带PML吸收边界的声波波动方程,在已有最优9点有限差分正演算法的基础上构建了起伏地表条件下频率-空间域正演算法。通过应用变网格技术,进一步提高算法的计算效率、降低内存开销,使得大规模起伏地表模型的频率域正反演问题成为可能。理论分析及数值测试表明：通过对近地表区域进行局部网格加密,可有效地压制由于矩形网格离散引起的角点散射;结合变网格技术可较易获得5倍以上计算效率的提高及内存占用的降低,且随着模型尺度的增加及地表起伏高程差的减小,倍数将显著增加;在细网格与粗网格交界处产生的虚假反射振幅幅值控制在原始波场的2%以内,满足地震波场正反演的需求。     

矿井电穿透法二维正演数值模拟

通过研究巷道间电穿透二维正演数值模拟理论及复杂模型正演实例分析, 结果表明工作面内顺层电穿透技术, 仍属体积勘探, 探测的有效深度是一个深度段。不同建场方法有不同的建场特性且能分别突出各目的层 (煤层内或顶底板围岩内) 的异常, 为解决采煤工作面附近的具体问题使用相应的方法提供了理论依据。     

频率域航空电磁法人机交互式二维正演研究

研究了频率域航空电磁法的电磁场理论、边界条件、有限元单元法求解等内容,重点介绍了网格剖分原理,实现了人机交互网格剖分软件以及二维有限单元数值模拟算法.通过二维数值模拟计算,了解了圆柱体模型的响应曲线特征,提高了频率域航空电磁数据的解释水平.     

基于ILU-BICGSTAB算法的起伏地形MT二维正演模拟

针对起伏地形对异常体的探测效果的影响,利用有限单元法,基于MTLAB平台编写了大地电磁二维正演程序,为更好地模拟实际地形,采用矩形网格中进一步三角细化的剖分方式,并利用不完全LU分解的预条件BICGSTAB算法提高计算速度与精度,最后通过建立多种地电模型分析讨论了起伏地形对大地电磁场的影响,验证了该方法的实用性与准确性。     

基于频率域高阶有限差分法的正演模拟及并行算法

在弹性波频率空间域有限差分数值模拟方面,差分网格及边界条件是影响弹性波模拟成功与否的关键,为了压制数值模拟中的网格频散,采用25点有限差分算子,建立了有限差分矩阵方程,且借鉴匹配层衰减边界条件思想,设计了弹性波频率空间域有限差分数值模拟算法。由于采用高阶有限差分法来提高差分格式的精度,将会导致计算量显著增加,为此,对频率空间域有限差分弹性波数值模拟方法,采用流水线技术与分治策略进行了并行算法研究,提高了计算效率,使得在合理的计算时间内更精确地模拟弹性波在弹性介质中的传播过程。     

二维大地电磁正演模拟综述

<正>随着经济的发展,有色金属作为一种重要的物质基础,是关系到一个国家的战略性资源;随着浅层地面的资源日益开采,目前提出了深部找矿的概念,而大地电磁由于其勘探深度大,目前在深部找矿中的应用越来越广泛。本文综述了二维大地电磁正演模拟理论,其方法主要有有限单     

频率域航空电磁三维矢量有限元正演模拟

目前有限元技术的开发及在电磁勘查技术中的应用已日趋成熟.然而,有限元正演模拟主要集中于地面和海洋电磁,航空电磁三维有限元模拟尚没有受到足够重视.以前人工作为基础,利用结构化网格实现了航空电磁系统的三维矢量有限元正演模拟.从二次场双旋度矢量非齐次亥姆霍兹方程出发,应用广义变分原理推导出变分方程,并采用六面体单元剖分,将场置于单元棱边上,对每个单元应用线性插值,最后合成含有稀疏矩阵的线性方程组.针对航空电磁多源性问题,利用MUMPS(multifrontal massively parallel sparse direct solver)直接求解器进行求解,在保证精度的前提下大幅度提高计算速度.利用单个异常体模型检验算法的精度和软件的稳定性,进而通过典型地电模型的模拟验证算法的有效性.对不同地下电性结构正演模拟结果进行对比分析,进一步研究了覆盖层和垂直接触带等典型构造对航空电磁响应的影响特征.      

转换横波共炮记录单程声波方程正演模拟

本文分别把分离的纵波和横波方程分裂为各自的两个单向旁轴方程（Ｊ．ＦＣｌｅａｒ－ｂｏｕｔ）,然后用单程纵波和横波方程,结合相位移加有限差分混合波场延拓法（Ｄ．Ｒｉｓｔｏｗ）,在共炮记录叠前深度偏移原理的基础上,借鉴几何地震学的射线法两点问题原理,提出合成转换Ｐ—ＳＶ波共炮记录的时间一致性原理和逆过程方法,从而推导出精确的转换Ｐ—ＳＶ波共炮记录正演模拟算法,由于单程延拓波场,可完全解决多次反射波问题。     

线源频率电磁测深二维正演(二)

随着频率电磁测深（包括可控源声频大地电磁测深ＣＳＡＭＴ）的深入发展,必然要进行三维情况下的研究。线源频率电磁测深二维正演模拟研究为最终实现三维正演打下了基础。     

线源频率电磁测探二维正演（二）

随着频率电磁测深（包括可控源声频大地电磁测深ＣＳＡＭＴ）的深入发展,必须要进行三维情况下的研究。线源频率电磁一维天演模拟研究为最终实现三维正演打下了基础。     

2.5维声波数值模拟

利用Liner的2.5-D时间域声波方程和高阶有限差分近似,研究了2.5维声波方程在时间-空间域中的衰减特性。简单地质模型(水平二层介质)的数值计算结果证实了下列事实:在Liner的声波方程中的最后一项,即含有1/t2的一项对整个计算结果没有影响,因此可以忽略。这一结论与文献中已经发表的数值结果相吻合。同样的结论对于由Williamson和Pratt提出的2.5-D声波方程也适用。     

线源直流电法有限元二维正演模拟

直流电法勘探中,三维点源正演计算复杂、计算量大,虽进行傅里叶变换可转化为二维点源,但相比二维线源计算还是复杂。基于Matlab编程,采用第一类边界条件,给出了线源直流电法二维有限元数值解法,通过与均匀半空间理论值比较,验证了计算结果的正确性;再建立高阻、低阻地电模型,并采用单边供电和双边供电分别对其响应进行比较和分析,得到了相应的视电阻率断面图。结果表明单边供电可以准确反映异常体在纵向上的位置,而双边供电更能准确反应异常体的横向位置和形态。论文研究为生产实际提供了理论依据。     

精确的频率空间域黏声波有限差分数值模拟

在时间空间域,模拟吸收衰减效应时对计算机内存需求大,计算效率不高、非常难以进行模拟吸收衰减;频率空间域通过引入品质因子和复值速度,使用经验物理、数学公式进行数值模拟吸收衰减就容易多了.笔者使用十分节省计算机内存需求的嵌套剖分法,使用Kjartansson模型高效率地进行模拟吸收衰减.数值试验证实吸收衰减影响地震场的所有频率、对高频的影响最为明显,降低了地震记录的质量;频率空间域非常容易模拟吸收衰减效应,为黏声波全波形反演实际地震资料而奠定很好的基础.     

二维重磁资料联合正演模拟

重、磁异常的人机联作模拟反演(也称人机联作选择法),是根据选定地质模型及重、磁异常的正演计算公式,由给定的初始模型参数计算出理论场值,并与实际观测场值进行对比,根据对比中确定的不一致性或残差,依靠解释人员的经验来修改模型形状及物性参数,重新计算理论场值进行下一次对比,反复多次直至达到满意为止,人机联作选择法整体为一套计算机软件,并依据支撑条件的不同可分为在人机联作工作站上使用或在一般的微机上使用。人机联作选择法既可应用于二度体重、磁异常,也可以应用于三度体重、磁异常的模拟计算解释。     

基于逐减随机震源采样法的频率域二维黏滞声波方程全波形反演

全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而,巨大的计算量是阻碍其发展的一个瓶颈问题。为此,研究者们提出了震源编码技术来减少计算量,但是此方法在模型更新过程中会引进随机串扰噪声,降低反演结果准确性。所以,在保证计算精度的情况下,本文提出了采用逐减随机震源采样的方法来高效计算全波形反演问题。笔者将此方法应用于频率域二维黏滞声波波动方程全波形反演,开始了在频率域进行随机震源采样类方法的研究,计算过程中共使用了依次增大的8个频率段;并应用Overthrust模型来验证此类随机震源采样法的正确性。实验结果表明：基于逐减随机震源采样法的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.065 65,而应用基于全部震源的全波形反演方法得到的反演结果与实际Overthrust模型的拟合误差为0.064 64,两者差别不大;但计算用时由740 min减少到291.2 min,即计算效率提高了2.54倍。为了更好地确定方法的有效性,将其应用于Marmousi模型进行试算。模型试算结果表明：基于逐减随机震源和基于全部震源得到的反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差分别为0.080 12和0.078 97,相差不大;但计算用时由1 218.9 min减少到274.4 min,计算效率提高了4.44倍。综上,在保证反演精度的情况下,基于逐减随机震源采样法的频率域全波形反演方法大大减少了计算量,具有不可替代的计算优势,并且没有引进随机串扰噪声。     

二维输运方程高精度数值模拟

采用剖开算子法,把二维输运问题剖分为两个子初值问题(对流分步、扩散分步)。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步。重点探讨了对流插值问题,给出了一种完全对称三次插值模式,有效地减少了数值阻尼。为了克服高阶插值数值震荡问题,计算中保证了函数及其一阶偏导数连续。算例表明,数值方法模拟结果与精确解吻合较好。该算法在求解输运方程(包括纯对流输运方程)时,既能有效减少数值阻尼,也能保证计算中不出现数值震荡。