声波方程隐式高阶有限差分数值模拟

推导了声波方程空间二阶导数的隐式求解公式及差分系数的求解方法,讨论了该方法的数值频散特征。利用该方法分别对均匀介质及Marmousi模型进行了数值模拟,将其结果与传统的显式差分格式的模拟结果进行了对比分析。结果表明：该方法较传统的显式求解方法具有更低的数值频散、更高的计算精度。     

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。     

基于高斯波束的2.5维数值模拟

由于具有计算速度快的优点,射线追踪方法在地震勘探中一直起着非常重要的作用。V.Cerveny在上世纪80年代初提出了高斯波束方法,该方法同时考虑了波的动力学和运动学特征,并且无需两点试射追踪,因而运算速度快且精度高;另外高斯波束对异常区波场有较好的效果,比如焦散点、阴影区、临界和超临界反射。研究的主要内容是2.5维简单结构模型的高斯波束法。利用2.5维模型进行数值计算相当于在二维空间内计算三维问题,可以节约很大一部分计算。     

辅助微分方程完全匹配层在声波方程数值模拟中的应用

在地震波数值模拟中,为提高算法精度,需要使用高阶时间更新格式,而普通的非分裂完全匹配层（PML）吸收边界局限于低阶时间格式。辅助微分方程完全匹配层（ADE PML）是一种可以适应任意阶时间格式的非分裂完全匹配层技术,且可以直接应用复频移拉伸算子以提高PML在高角度入射时的效果。作者将ADE PML应用于声波方程四阶Runge Kutta时间格式的数值模拟中,对其吸收效能进行了检验。数值模拟表明,复频移ADE PML在高角度入射时表现优于非复频移ADE PML。另外,不同辅助变量更新格式的吸收效果存在微小差异,显格式下计算结果与解析解吻合较好。长时间能量衰减计算表明ADE PML可以稳定至2 × 10⁵时间步。     

基于拟柱坐标系的2.5-D声波方程数值模拟

2.5-D 拟柱坐标法是一种新兴的2.5-D 问题的处理方法,该方法最大的优点在于拓宽常规柱坐标法数值模拟的应用范围,能够处理非轴对称模型,而且计算简便,尤其适宜解决大尺度地震勘探耗时多的难题.笔者发展了基于拟柱坐标系采用交错网格高阶有限差分法求解2.5-D拟柱坐标声波方程的数值模拟算法,并分别通过简单的单倾斜界面模型和较复杂的非轴对称模型的数值实例验证该方法的正确性和可行性.     

声波散射数值模拟的两种新方案

声波散射的数值模拟问题一般用网格法或积分方程法解决。当模型的尺度很大时,两种方法都会遇到计算机资源不足所造成的困难。另外,在网格法中,场源的位置和场源附近的波场奇异性逼近精度都受网格点的控制,因此难以满足实际问题所提出的要求。针对这些问题,提出了两种处理声波散射问题的新方案。一种主要针对网格法,另外一种针对积分方程法。在针对网格法的方案中,通过模型分解和波场分裂,将原始的总场计算问题转化为散射场计算问题。由于背景场是由解析公式给出的,所以可以将场源放置在数值网格的任意位置,不一定非得在网格点上。基于同样的原因,场源附近的波场奇异性可以精确地算出。在针对积分方程法的方案中,通过引入拟线性近似,使得散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。所建立的数值计算方案具有普遍的适用性,其基本思想可以直接用于解决弹性波散射的数值模拟问题并用于反演密度和速度。     

2.5维氧化还原自然电位数值模拟

地表自然电位对地下污染渗流及微生物参与的氧化还原活动等过程较为敏感,自然电位异常的观测和解释在地下污染物监测应用中受到特别关注.有针对性地开展有机污染物氧化还原电位数值模拟工作,是后续反演解释的基础,能提高自然电位法在环境污染问题中的应用效果.基于三角形有限元及四边形无限元,改进了二维有限元-无限元耦合法,使之适应自然...     

2.5维各向异性介质中地震波场数值模拟

这里实现了在2.5维各向异性介质中地震波传播的数值模拟。首先从2.5维一阶速度-应力弹性各向异性波动方程出发,得出了该方程的拟谱法数值解法;然后通过对Marmousi速度模型进行数值模拟,表明了拟谱法的有效性;最后计算并分析了均匀和混合各向异性介质中波的传播快照和理论模拟的地震记录,进一步认识了波在各向异性介质中的传播规律。     

裂隙各向异性介质2.5维弹性波场数值模拟

研究地震波在各向异性介质中的传播规律是勘探地震学领域的一个重要内容。本文首先讨论了２．５维波动方程，其次，在２．５维空间，用有限元数值模拟方法模拟了裂隙各向异性介质波场，结果用波场切片做了显示。最后对模拟结果做了基本分析，这里讨论的模拟方法也适用于其它类型的得各向异性介。     

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。     

2.5-D DC Resistivity Modeling Considering Flexibility and Accuracy

We highlighted the flexibility of using unstructured mesh together with the local refinement by a resistivity model with complicated topography. The effect of topography is emphasized. Based on this, we calculated a specific class of layered models and found that the accuracy is not always satisfactory by utilizing the standard approach. As an improvement, we employed the layered earth as the reference model to calculate the wavenumbers. The comparison demonstrates that the accuracy is considerably improved...     

关于瞬变电磁法2.5维正演中的几个问题

这里讨论了瞬变电磁法2.5维正演模拟中的两个积分变换:傅里叶逆变换和拉普拉斯逆变换。针对发收距为零的中心回线方式瞬变电磁法,提出了在傅氏域中考察傅氏变换函数随波数的变化规律,进而根据曲线首尾支渐近线来划定波数覆盖的范围,然后同解析解对比,确定出最少个数的傅氏域波数。另外,介绍了只需对较少的拉氏变换变量作纯实数运算的拉普拉斯数值反演计算方法。通过对均匀半空间表面上垂直磁偶极子源形成的瞬变电磁场进行正演模拟,结果表明,关于傅氏域波数的范围划定原则及个数选取方案是合理的、拉氏逆变换算法也是切实可行的。     

抚仙湖内波数值模拟

根据抚仙湖的特点,提出了一个二维分层积分数值模式.应用该模式探讨了抚仙湖内波及上、下层流场特征.计算结果表明:在无旋风场作用下,内波在空间上作42.5h周期性旋转;在有旋风场作用下,抚仙湖北部湖区存在转向相反的双层水平环流,并且上层的反时针环流主要是由湖区正旋度附加风场作用而形成的.模拟结果与观测事实吻合较好.     

2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

研究起伏地表对视电阻率分布的影响是进行地形校正的基础。由于很难处理不规则边界,计算简洁且效率高的有限差分方法很少用于解决起伏地表问题。为了解决该问题,引入曲化平思想,实现了一种基于坐标变换法的起伏地表条件下的直流电场数值模拟方法。方法从传统的2.5维基本方程及边界条件出发,通过坐标变换将起伏地表问题转化为水平地表问题,并利用有限差分法求解水平地表问题,最后再通过坐标映射得到起伏地表条件下的电位和视电阻率分布。精度分析及计算实例表明：本方法实现简洁,计算误差主要集中在震源附近,整个计算区域内的平均相对误差为1.39%,计算结果满足起伏地表条件下的电位和视电阻率的分布规律。     

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。     

波动方程显式短算子三维正演模拟

通过对三维波动方程的显式差分法的研究,并对模小于1.0的稳定性约束作线性化处理时引入加权因子,提出了一个基于二次规划方法的一维显式短算子设计方法.与以往的显式算子设计方法的不同之处,在于对传播区内算子的模也引入了最大值限制,这样可更严格地保证深层波场延拓的稳定性.同时,给出了基于一维显式算子及McClellan变换的三维波场深度延拓方法,大大减少了计算量,提高了计算速度,并能更好地处理介质横向非均匀性.