弹性波正演模拟中PML吸收边界条件的改进

在弹性波有限差分正演模拟中, 完全匹配层(PML) 吸收边界条件是使用广泛、吸收效果最好的吸收边界条件.在目前的两种PML实现方法中, 分裂形式的完全匹配层(SPML) 方法计算存储量大、编程实现复杂; 非分裂形式的完全匹配层(NPML) 方法计算效率低、计算过程复杂.针对传统PML吸收边界条件在实现过程中存在的问题, 推导出了一种简洁有效的非卷积实现的NPML吸收边界条件, 既不需要对场分量进行分裂, 也不需要做复杂的卷积运算.分析结果表明, 本文实现的NPML吸收边界条件不仅具有良好的吸收衰减性能, 而且计算方程简单, 编程实现容易, 占有内存更小.      

基于PML井间地震纵横波分离的弹性波数值模拟

井间地震方法观测到的波场信息丰富且复杂,其难点是如何识别和分离这些波场信息。这里从纵波波场为无旋场,横波波场为无散场出发,利用一阶速度～应力方程的交错网格高阶有限差分法,对井间弹性波纵、横波场分离问题进行了数值模拟。经数值模拟试验表明,同二阶的位移方程相比,使用等价的波场分离交错网格的一阶速度应力方程,无论是模拟精度还是模拟的稳定性方面都有了较大的提高,同时该横波资料的获取方法为井间地震资料的解释应用,提供了一种新的技术思路。     

三维混合延拓一步法波动方程正演模拟

提出三维相位移加有限差分混合延拓法,以此为基础,实现速度纵横向变化,构造任意复杂的三维介质一步法正演模拟,为三维复杂波场的地震,地质解释提供了精确,实用的方法。对于二维介质,相位移延拓方法对陡倾斜地层成像精度高,稳定性好,计算快,但实现的速度的横向变化困难,而频率、空间域的有限差分法算法简单,稳定性好,能适应速度的纵横向任意变化,但偏移陡倾地层存在很多问题,用快速的４５°有限差分对相位移延拓作补充     

二阶弹性波动方程高精度交错网格波场分离数值模拟

给出了一种等价的二阶弹性波动方程,以解决弹性波场中完全弹性波动方程不能完全分离耦合的纵、横波波场问题.应用高阶交错网格有限差分法求解该波动方程,并使用通量校正技术(FCT)进一步压制频散,采用均匀介质模型和层状介质模型进行波场分离数值试验,精确得到了混合波场、完全分离的纯纵波及纯横波波场.数值结果分析表明,本文方法在均匀介质情况下准确可靠,在分离后的纯纵、横波波场中可观察到较为丰富的能量转换信息,这对认识复杂弹性波的传播规律及弹性波理论具有重要意义.     

二阶声波方程频域PML边界条件及频域变网格步长并行计算

研究了二阶声波方程频域PML边界条件和频域变网格并行计算技术。PML边界是一种较为理想的吸收边界方法,多用在求解时域应力速度方程中,但对于频域声波正演,二阶位移方程更常用。从一阶声波方程PML吸收边界条件导出频域二阶位移方程PML边界条件,模拟算例得到的频率切片、时间切片和地震记录对比都说明该边界条件吸收效果很好。频域单炮正演不同频率间是独立的,据此低频部分采用大网格计算,高频采用小网格,实现变网格步长计算技术,这是较时间域正演的一个优势,在保证模拟质量的同时,减少计算量和内存消耗。     

SeisModTM波动方程正演模拟软件在圈闭识别中的应用

准噶尔盆地石西凸起侏罗系八道湾组具很大勘探潜力,现有地震资料对低幅度构造背斜圈闭不能进行有效识别.为满足圈闭识别需要,在不同解释方案基础上,利用SeisModTM波动方程正演模拟软件构建3种地质模型,正演模拟出不同地层构造模式下地震响应特征.通过对正演模拟结果对比分析,为背斜圈闭解释方案提供理论依据,对该区侏罗系八道湾...     

瑞利面波数值模拟中的PML吸收边界条件

建立了弹性介质情况下完全匹配层(PML)吸收边界的2×12阶速度-应力交错网格有限差分算法,讨论了PML吸收边界条件的构建及其有限差分算法实现.通过与未加吸收边界及加常规指数衰减吸收边界3种情况下比较的波场模拟计算表明, PML吸收边界具有吸收更干净且能够吸收各种角度的边界反射等优点,其吸收率(吸收能量与未吸收能量之比)达到99.99%,很好地消除了周期折叠效应,使得所要计算的波场特征变得非常清晰,瑞利面波清楚地显示在波形记录上.     

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.     

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。     

含直立裂隙介质的弹性波动方程正演模拟

从具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质中的弹性波动方程出发,在交错网格空间中采用高阶差分算子对弹性波动方程进行差分离散,得到了HTI介质中地震波正演的高阶有限差分格式,研究并实现了PML吸收边界条件。在此基础上实现了HTI介质中弹性波方程的多波正演。数值算例表明,该方法能够精确模拟弹性波在复杂各向异性介质中的传播过程,得到高精度的正演记录。     

PML Absorbing Boundary Condition for Seismic Numerical Modeling by Convolutional Differentiator in Fluid-Saturated Porous Media

The perfectly matched layer(PML) was first introduced by Berenger as an absorbing boundary condition for electromagnetic wave propagation.In this article,a method is developed to ex-tend the PML to simulating seismic wave propagation in fluid-saturated porous medium.This non-physical boundary is used at the computational edge of a Forsyte polynomial convolutional differenti-ator(FPCD) algorithm as an absorbing boundary condition to truncate unbounded media.The incor-poration of PML in Biot's equations is gi...     

实现复频移完全匹配层吸收边界条件的递推卷积方法

完全匹配层吸收边界（PML）已经被证明是非常有效的边界吸收技术,对体波和面波的吸收都具有非常好的效果,已经被广泛应用于弹性波的数值模拟中。但是在某些情况下传统的PML技术还是存在一定的问题,比如对掠射情况下的体波和窄区域自由表面条件下的面波的吸收等等。在坐标变换中采用复频移拉伸函数的复频移PML可以有效地改善PML边界条件的吸收性能。基于弹性波一阶速度-应力方程,推导了复频移PML的递推卷积实现方法,并采用交错网格高阶有限差分法对其进行了数值模拟,与传统的PML进行了对比。结果表明：传统的PML对掠射情况下的体波和窄区域自由表面条件下的面波吸收不足,会产生虚假反射,影响真实波场;而基于递推卷积的复频移PML算法能够有效地改善困难情况下的吸收效果,并且在实现过程中不用分裂变量,应用更加方便简单。计算卷积时采用递推的形式,推导过程直观易懂,易于编程,而且不会增加计算量,存储量也没有太大的变化。     

起伏地表条件下地震波场数值模拟有限积分变换有限差分方法

针对起伏地表条件下的地震波数值模拟问题,提出将起伏的地表映射到一个规则的长方形网格坐标系中,并在此基础上推导出变换域中的波动方程。根据导出来的波动方程应用有限余弦变换有限差分方法进行地震波场的数值模拟,以解决起伏地表条件下的数值模拟。     

多尺度随机孔洞介质地震波正演及其逆时成像

常规地震勘探理论无法完全解释复杂多变的地质特征,较难达到高精度地震资料处理的目的,因此必须发展适应复杂非均匀介质的地震波场传播理论,以更好地刻画真实的复杂构造、岩性、裂隙油气藏的特点。根据实际火山岩样的随机特征,构建了相应的多尺度组合型随机孔洞介质模型,并进行了高精度地震波正演数值模拟和逆时成像研究,制作了在不同频率条件下的自激自收剖面和逆时偏移剖面,计算结果表明,构建的多尺度随机孔洞介质模型可以有效模拟真实的地质变化特征,同时指出准确区分由地层随机非均匀性引起的散射波场响应和干扰信号是实现高分辨率地震勘探的前提。     

MT有限元模拟中截断边界的影响

利用有限元方法进行大地电磁正演数值模拟时,由于是在有限网格区域上的数值计算,模拟计算时的网格边界为截断边界,而有限元数值模拟时的大地电磁场边界条件需要在足够远处才能够满足,所以截断边界的存在可能会使大地电磁正演模拟的边界条件无法满足,致使对计算结果和计算精度产生影响。利用有限元二维正演程序,在网格边界处加载一维情况下的大地电磁场,然后固定研究区域的网格剖分,并对一维地电模型和二维地电模型在改变有限元网格边界大小的情况下进行计算。在对一维模型进行模拟计算时,截断边界对边界条件没有影响,边界条件自然满足。而对二维模型进行模拟计算时,截断边界的存在对计算结果有较大影响。利用趋肤深度作为有限元网格边界变化的量度,通过改变网格边界大小,对不同的二维地电模型进行计算比较,总结出适合大地电磁有限元正演模拟的参考网格边界。     

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。     

利用多重网格方法研究波动方程正反演问题进展

多重网格方法是应用于大型复杂科学运算的高效率的方法，精度较高，它也可以解决波动方程的正反演问题。利用多重网格法可以提高波动方程正反演问题的运算效率和精度，还可以利用广义差分法或以差分方程替代微分方程，再结合多重网格方法求解波动方程正反演问题。     

复杂模型高精度数值模拟研究

通过对声波方程采用二阶有限差分与四阶有限差分近似,进行数值模拟及波场分析,边界条件利用吸收边界和增加衰减带混合使用的方法。计算结果表明,四阶有限差分的精度明显高于二阶有限差分,并且边界吸收效果好。对于单炮记录难于模拟复杂模型的情况下,实现了单次叠加剖面和爆炸反射面的零炮检距剖面,并进行了偏移处理。地震剖面更加清晰地反映了复杂构造的信息,更好地实现了对复杂地质模型的正演模拟。