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为提高频率域有限差分（FD,finite-difference）正演模拟技术的计算精度和效率,基于旋转坐标系统的优化差分格式被广泛应用,但是只应用于正方形网格的情况.基于平均导数法（ADM）的优化差分格式,应用于正方形和长方形网格模拟.这些频率域有限差分算子,各自具有不同的差分格式和对应的优化系数求解表达式.本文基于三维声波方程发展了一种新的优化方法,只要给定FD模板形式,可直接构造频散方程,求取FD模板上各节点的优化系数.此方法的优点在于频率域FD算子的优化系数对应各个节点,可扩展优化其他格式.运用此优化方法,计算得到了不同空间采样间距比情况下27点和7点格式的优化系数.数值实验表明,优化27点格式与ADM 27点格式具有相同的精度,优化7点格式比经典的7点格式具有更小的数值频散.
相似文献2.
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为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,并在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像.该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征,并采用有限差分法波场延拓,能适应速度场的任意变化.当在频率-空间域进行计算时,相对于纯粹的时间-空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点.脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明,该偏移方法在强横向变速情况下具有非常好的成像效果. 相似文献
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地震波在地下含流体孔隙介质中传播时,会引起中观尺度的\"局域流\",进而产生地震波震电效应.基于Biot（1941）固结理论的准静态方程,在频率域中采用空间有限差分方法,正演模拟虚岩石物理岩样的地震波衰减和震电效应.与时间域虚岩石物理方法相比,该方法既可以直接求取任一频率下的地震波衰减和电势,便于应用于实际岩样的预测分析,也避免了讨论岩样外表面施加的力源函数表达式及时间剖分稳定性条件等问题.首先利用周期性层状介质模型验证了本文所描述方法的有效性,并进一步求取分析了周期性层状介质两种不同特征单元的渗流电流密度及电势,数值模拟结果表明由中观尺度\"局域流\"引起的震电效应电势振幅数量级在实验室测量范围之内,随后,分析研究了四种不同高渗介质占比值的地震衰减及震电效应特征.最后,将本文提出的震电效应数值计算方法推广至二维,并求取了二维斑块饱和模型的地震波衰减、速度频散、电势的振幅和相位角数值结果. 相似文献
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各向异性介质弹性波传播的三维不规则网格有限差分方法 总被引：16，自引：5，他引：11
提出一种新的三维空间不规则网格有限差分方法,模拟具有地形构造的非均匀各向异性介质中弹性波传播过程. 该方法通过具有二阶时间精度和四阶空间精度的不规则交错网格差分算子来近似一阶弹性波动方程,与多重网格不同,无需在精细网格和粗糙网格间进行插值,所有网格点上的计算在同一次空间迭代中完成. 针对具有复杂物性参数和复杂几何特征的地层结构,使用精细不规则网格处理粗糙界面、断层和空间界面等复杂几何构造, 理论分析和数值算例表明,该方法不但节省了大量计算机内存和计算时间,而且具有令人满意的稳定性和精度. 相似文献
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频率-空间域有限差分法叠前深度偏移 总被引：35，自引：6，他引：29
为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,并在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像.该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征,并采用有限差分法波场延拓,能适应速度场的任意变化.当在频率-空间域进行计算时,相对于纯粹的时间-空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点.脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明,该偏移方法在强横向变速情况下具有非常好的成像效果. 相似文献
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埋藏基岩断裂对地震波动影响的超声模拟研究 总被引：4，自引：0，他引：4
地球表层的地质构造对地震波动有不容忽视的影响,研究其规律,对于探查地壳结构乃至了解地球表层动力学特征具有重要意义。应用超声模拟方法,从基岩断裂对波传播和波场分布的影响以及基岩断裂倾向对地表地震动频率的影响三个方面研究了埋藏基岩断裂对地震波动的影响,揭示了一系列现象和规律。 相似文献
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高效精确的波动方程正演模拟是地震偏移成像和参数反演的核心,频率域的有限差分方法在正演模拟具备一定优势,包括能够在多震源模拟中计算效率更高,在选择网格间距时更具有灵活性等.然而,这种方法在处理起伏地表问题上较为困难.为了解决起伏地表情况下的频率域波动方程正演模拟与逆时偏移问题,我们提出通过建立广义坐标系,利用传统笛卡尔坐标系到起伏地表坐标系的映射关系,在起伏地表条件下高精度地模拟地震波传播波场.在此基础上,进一步讨论了实现频率域逆时偏移的可行性.并使用均匀模型和Foothills模型的数值测试来验证本文方法基本流程的有效性和计算效率.结果表明,在进行复杂地表场景的频率域地震成像和反演时,本文方法具有作为正演建模求解器的潜力. 相似文献
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前人虽然基于传统旋转法提出了四阶精度最优17点差分格式,用于提高频率域地震波场数值模拟精度,但其仅适用于等网格间距的情形.这大大限制了该格式的使用范围.为了进一步提高17点有限差分格式的数值精度并将其推广到矩形网格,本文基于二阶精度有限差分算子利用广义旋转法提出了双九点格式,由于其差分格点与前人17点格式在分布上一样,所以也可称为二阶精度最优17点格式,但由差分格式构造原理上来讲,称其为双九点格式更妥.前人四阶精度17点格式仅为本文等网格间距情形时的特殊情况,本文方法单位波长网格点数仅需要2.2个即可.本文格式在继承传统旋转法良好几何旋转性质的同时,拥有平均导数方法适用于矩形网格的特点,和平均导数法所得的广义17点格式相比,本文格式数值精度更高,数值频散抑制性能和差分算子对称性更好.同时,本文双九点格式方法和思想对于后人借助传统九点格式的构造方法将其扩展到17点格式求解各类波动方程具有十分重要的意义.
相似文献12.
Haiqiang Lan Jingyi Chen Zhongjie Zhang Youshan Liu Jianguo Zhao Ruiqi Shi 《Geophysical Prospecting》2016,64(1):112-128
Recently, an effective and powerful approach for simulating seismic wave propagation in elastic media with an irregular free surface was proposed. However, in previous studies, researchers used the periodic condition and/or sponge boundary condition to attenuate artificial reflections at boundaries of a computational domain. As demonstrated in many literatures, either the periodic condition or sponge boundary condition is simple but much less effective than the well‐known perfectly matched layer boundary condition. In view of this, we intend to introduce a perfectly matched layer to simulate seismic wavefields in unbounded models with an irregular free surface. We first incorporate a perfectly matched layer into wave equations formulated in a frequency domain in Cartesian coordinates. We then transform them back into a time domain through inverse Fourier transformation. Afterwards, we use a boundary‐conforming grid and map a rectangular grid onto a curved one, which allows us to transform the equations and free surface boundary conditions from Cartesian coordinates to curvilinear coordinates. As numerical examples show, if free surface boundary conditions are imposed at the top border of a model, then it should also be incorporated into the perfectly matched layer imposed at the top‐left and top‐ right corners of a 2D model where the free surface boundary conditions and perfectly matched layer encounter; otherwise, reflections will occur at the intersections of the free surface and the perfectly matched layer, which is confirmed in this paper. So, by replacing normal second derivatives in wave equations in curvilinear coordinates with free surface boundary conditions, we successfully implement the free surface boundary conditions into the perfectly matched layer at the top‐left and top‐right corners of a 2D model at the surface. A number of numerical examples show that the perfectly matched layer constructed in this study is effective in simulating wave propagation in unbounded media and the algorithm for implementation of the perfectly matched layer and free surface boundary conditions is stable for long‐time wavefield simulation on models with an irregular free surface. 相似文献
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用于声波方程数值模拟的时间-空间域有限差分系数确定新方法 总被引：4，自引：4，他引：0
声波方程数值模拟已广泛应用于理论地震计算,同时构成了地震逆时偏移成像技术的基础.对于有限差分法而言,在满足一定的稳定性条件时,普遍存在着因网格化而形成的数值频散效应.如何有效地缓解或压制数值频散是有限差分方法研究的关键所在.为精确求解空间偏导数,相继发展了高阶差分格式优化方法和伪谱方法.近期,为更好地缓解数值频散,提出了时间-空间域有限差分方法,该方法采用了泰勒展开近似方法来确定有限差分格式系数,因而只能保证在一定的小范围内很好的拟合波场传播规律.为进一步压制数值频散效应,本文引入了时间-空间域特定波数点满足频散关系的方法,根据震源、波速和网格间距确定波数范围,同时考虑了多个传播角度,然后建立方程确定了相应的有限差分格式系数,使得差分系数能在更大范围符合波场传播规律.通过频散分析和正演模拟,验证了本文方法的有效性. 相似文献
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地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程,而在实际应用中,常在无能量损耗假设下,用弹性波动方程或标量波动方程描述它.在哈密顿(Hamilton)体系表述下,地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程.若不计能量损耗,波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换,因而对应的数值算法应为辛几何算法.本文首先从地震波标量方程出发,给出哈密顿体系下地震波传播的表述,即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的.随后,把波场在时间和相空间离散化后,给出了用于波场计算的一些辛格式,如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式.并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同.然后,应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录.数值结果表明,辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法.在时间步长较小时,有限差分方法是辛算法的一个很好近似.文中的理论和方法,为地震波传播理论及实际应用研究提供了新的途径. 相似文献
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During dynamic centrifuge modelling for earthquakes there is a decision to be made about the type of base input motion that should be imparted to the soil model. Motions can either be a tone burst of single frequency or a multi-frequency event simulating a real earthquake. In this paper a series of numerical analyses is reported which endeavours to capture the effects of loading rate on liquefiable soil. Non-linear dynamic finite element analysis in terms of effective stress was carried out using the FE code SWANDYNE. The numerical model was subjected to four types of input motion. Results are presented in terms of excess pore pressure ratios for different frequencies. It was seen that the interplay between frequency content of the seismic motion and generation of excess pore pressure could change the dynamic response of a system. It was concluded that simplicity of the input motion leads to a soil response that is less difficult to analyse. 相似文献
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地震波传播的哈密顿表述及辛几何算法 总被引：32，自引：8，他引：24
地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程,而在实际应用中,常在无能量损耗假设下,用弹性波动方程或标量波动方程描述它.在哈密顿(Hamilton)体系表述下,地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程.若不计能量损耗,波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换,因而对应的数值算法应为辛几何算法.本文首先从地震波标量方程出发,给出哈密顿体系下地震波传播的表述,即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的.随后,把波场在时间和相空间离散化后,给出了用于波场计算的一些辛格式,如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式.并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同.然后,应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录.数值结果表明,辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法.在时间步长较小时,有限差分方法是辛算法的一个很好近似.文中的理论和方法,为地震波传播理论及实际应用研究提供了新的途径. 相似文献
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地震波走时的有限差分法计算 总被引：9，自引：5，他引：4
类似于Claerbout思想,将波动方程在射线理论中的对偶--镜像方程写为上、下行波方程的形式.对变换得到的守恒型偏微分方程,用E-O格式,可计算出任意速度构造的二维网格上各点的地震波走时.文中证明了守恒型偏微分方程的通量为一凸函数,采用单调的守恒型差分格式,精度符合要求.计算速度比目前所用的各种计算走时的方法都快得多,算法也便于向量化. 相似文献
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桩基检测中反射波法频域曲线的分析与研究 总被引：2，自引：0，他引：2
根据波动理论探讨了反射波在砼榫中的传播原理及频率特性，分析了频域曲线判读中的一 影响因素，并结合工程实例讨论了频域分析法的应用及存在的问题。 相似文献