含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟

煤储层是一种双重孔隙介质,其孔隙由基质孔隙和裂隙组成,并具有自身独特的割理系统。传统的煤田地震勘探将煤层假设为单一的各向同性介质,没有考虑其中裂隙对煤层的影响。利用交错网格高阶有限差分算法,分别对不同厚度VTI和HTI型煤层的弹性波传播特征进行数值模拟,获得波场快照和含煤层状介质的地震模拟记录。从波场快照中可以看出,弹性波在VTI和HTI型煤层中传播存在明显差异;煤层厚度变化对波场的敏感性要强于煤层类型的变化。     

非均匀介质中交错网格高阶有限差分数值模拟

地震波场的数值模拟一直是地球物理学的一个重要的研究领域,而在数值正演模拟方法的研究中,计算精度和计算效率是评价该方法有效性及优越性的二个关键问题。这里从一阶速度—应力弹性波动方程出发,着重介绍如何构造离散化模型的网格,如何求解空间导数,如何选取边界条件等内容,从而更有效地提高数值计算的精度与计算效率。文中构造了不同类型的介质模型,并在交错网格中,利用高阶有限差分模拟非均匀介质的波场传播。模拟结果表明,该方法实现简单,具有很好地稳定性和较高的精度,能够直观、高效地反映出介质中波场的传播规律。     

气煤孔隙度与Thomsen各向异性参数高阶交错网格数值模拟

对气煤煤样孔隙率测试的基础上,讨论了各向异性系数与孔隙率的关系,表明各向异性的大小与孔隙率之间有一定的关系。应用高阶交错网格差分算法,对一阶速度-应力弹性波方程进行模拟,分析了其稳定性和边界条件。通过对Thomsen各向异性参数的模拟表明,主要控制的是P波的各向异性强弱,δ主要控制水平垂直正交方向上的各向异性强弱。对煤田各向异性研究具有重要意义。     

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。     

基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维交错网格高阶有限差分数值模拟

从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发，推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法，进行了数值模拟，在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波，在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波、慢纵波和慢横波。在三维情况下对比了xoz、xoy、yoz平面内的波场切片，并对平行xoz平面，不同y值处的波场切片进行了对比，结果证明三维数值模拟可以从不同角度更好地反映波场的传播特性。     

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。     

各向异性介质中大地电磁场的异常特征

给出各向异性介质二维地电断面大地电磁场的边值问题以及等价的变分问题。对计算区域采用矩形网格中进一步三角细化的剖分方式并在三角单元内进行线性插值,解出有限单元法数值解。通过典型模型的正演模拟,得到大地电磁测深曲线,并与前人的研究工作对比,验证了该方法的有效性。     

可控震源粘弹性波动方程有限差分模拟

在一般的地震波计算中,地球介质可以当作各向同性的完全弹性体来对待。而对地表土壤和精细观测,粘弹性介质模型比完全弹性模型更符合实际。可控震源是近年来发展起来的精确可控、安全有效的新型震源,但国内对可控震源传播动力学的研究较少。对可控震源激发的地震波在粘弹性介质中的传播,用有限差分方法进行了数值模拟,给出了Kelvin一阶粘弹性波动方程组、吸收边界条件和震源处理。提出了检波器接收信号加速度和传播距离的三次多项式指数关系式,比线性指数关系更准确。使用该公式可以预测采集系统有效接收距离,指导测线布置。     

探地雷达信号的高阶时间域有限差分模拟

探地雷达信号时域有限差分法模拟,多采用二阶精度的中心差分法近似（FDTD（2．2））,虽然计算简单,但数值色散误差较大,影响了模拟精度。在解决较复杂介质分布的探地雷达信号时,不能很好地反映信号的精细变化。而高阶时域有限差分模拟能减少数值色散带来的误差,提高了模拟的精度。采用各向异性完全匹配层（UPML）作为吸收边界条件,实现了高阶计算,有效地吸收边界电磁波反射,而且提高了计算效率。通过模拟的结果分析可知,高阶时域有限差分法能很好地提高模拟精度。     

粘弹性介质中跨孔波场的交错网格有限差分法正演模拟

井间地震正演模拟技术是研究地震波在井间传播规律的重要手段之一,可以帮助认识井间地震的复杂波场.从二维井间地震波传播波动方程出发,结合初始、边界条件,推导出了交错网格任意偶阶精度差分格式,阐述了非均匀差分网格的实现方法.在此基础上,编制了跨孔波场交错网格有限差分正演程序,并应用该程序对半空间粘弹性跨孔模型进行了正演计算,得到了震源在不同位置时的波场快照及地震记录图.这对于跨孔模型波传播规律的研究,具有重要意义.     

裂隙(EDA)介质P波地震记录数值模拟及波场特征分析

通过对潜山面和内幕EDA介质地面地震记录数值模拟及其波场特征分析,在了解地震波场的动力学特征对裂缝介质的敏感性基础上,确定主要以振幅,其次是频率的地震波动力学特征为裂缝检测被检参数,以均方振幅与中心频率作为检验检测结果正确与否的评价参数,为建立裂缝检测方法奠定了理论基础.     

Kelvin—Voigt黏弹性介质地震波场数值模拟与衰减特征

利用高阶交错网格有限差分模拟Kelvin-Voigt黏弹性介质中传播的地震波,同时将完全匹配层吸收边界条件引入到其边界处理中。数值模拟结果表明,完全匹配层吸收边界效果好,高阶有限差分能模拟得到的黏弹性介质波场精度较高。对模拟的黏弹性波场进行分析,表明介质的粘滞性使地震反射波的能量变弱,高频衰减明显,并比低频衰减得快,主频向低频方向移动,有效频带变窄,即降低了地震波的分辨率;并且反射转换波比反射纵波要衰减得快;而且还随着传播距离的增加,其峰值频率也逐渐降低。通过数值模拟分析具有不同的粘滞系数介质对地震波的吸收和衰减,结果表明随着粘滞系数的增大,地下介质对地震波的吸收衰减更明显。     

理想频散关系在地质雷达剖面正演合成中的应用

通过分析时域有限差分（ＦＤＴＤ）法的特点和高频电磁脉冲在Ｙｅｅ网格中的传播规律,导出了适于地质雷达正演的理想频散关系。该频散关系即考虑了ＦＤＴＤ法的收敛性和稳定性,也考虑了高频电磁波在Ｙｅｅ氏网格中的传播特点。数值试验表明,这一关系能有效压制频散现象,真实反映地质雷达波在地下介质中的传播规律。将之用于实际计算,取得满意效果。     

刘庄水源地地下水流三维有限差分模拟

以刘庄冲洪积扇型水源地勘查试验资料为依据 ,建立了三维有限差分模型 ,摸拟了一组开采抽水试验 ,识别和反求水文地质参数 ,对 6种开采方案进行了数值模拟计算和预报。其中在平水年第 1方案最佳 ,枯水年第 6方案适宜。     

双相TI介质中弹性波交错网格高阶有限差分法数值模拟

应用双相介质波动方程,推导了双相横向各向同性介质(TI)中波动方程的有限差分格式,对双相TI介质中弹性波有限差分数值进行了模拟.结果表明,弹性波在双相TI介质中传播时,除了存在常规的快纵波(qP1)和横波以外,还存在慢纵波( qP2).并且慢纵波的速度明显小于快纵波,而且受耗散系数的影响衰减地很快,所以在实际中很难观测到慢纵波.快纵波在固相和流相中相位相同,而慢纵波在固相和流相中的相位相反.慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.     

地震波混合阶褶积算法模拟

基于正反傅立叶变换,提出了地震波模拟的混合阶褶积算法。该方法原理简单、易于实现,结合了有限差分与伪谱法的优点,具有较高的精度和计算效率,适用于地震波场的正演计算,同时还给出了二维地震波场的理论计算实例。计算结果表明,此算法模拟结果正确、精度高、速度快、能适应较为复杂地质模型,并且易于推广到各向异性介质中去。     

地质雷达正演中的频散压制和吸收边界改进方法

从麦克斯韦方程组出发,建立了地质雷达的时域有限差分法（ＦＤＴＤ）数学模型,导出了理想 散关系和超级吸收边界条件。理想频散关系 考虑了ＦＤＴＤ法的收敛性和稳定性,也考虑了高频电磁波在Ｙｅｅ氏网格中的传播特点;超吸收边界条件则用磁场分量来提高电场分量精度。数值试验表明,理想频散关系能真实地反映雷达波在地下介质中的传播规律,超吸收边界条件能有效减小截断边界的伪反射,提高正演精度。将之应用于实际计算,取得     

工程地震勘探数值模拟研究

用傅氏变换法求解波动方程,对工程地震勘探进行了数值模拟计算,并研究了该算法的频散特性及其稳定性。     

潮滩沉积记录正演模拟初探*

以江苏中部海岸潮滩沉积为原型,提出了获取潮滩沉积记录中沉积层保存潜力信息的正演模拟方法。模拟结果显示,在沉积物供应恒定的条件下,随着潮滩的不断淤长,岸线淤进速率逐渐减小,潮滩滩面的沉积速率逐渐降低,而潮滩层序中的泥质沉积的厚度向海逐渐增厚。沉积层保存潜力的计算结果显示,潮滩上保存潜力在高潮位附近和潮下带的较低部位为最高,可达80 ％ 以上,潮间带下部存在着低值区,保存潜力低于20 ％ ,与前人在潮间带进行的现场观测结果相近。对研究方法经进一步细化(如考虑滩面坡度和粒度分布变化、波浪和风暴潮作用、潮沟摆动等因素),并与反演方法相结合,可望更好地解释沉积记录中的环境演化信息。     

双相介质中纵波方程的高阶有限差分解法

从双相介质中的纵波方程出发,导出了求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,给出了吸收边界条件和稳定性条件,在此基础上实现了双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明,这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,算法可同时应用于叠前和叠后的数值模拟。