基于射线追踪的微地震多波场正演模拟

对于微地震正演模拟,本文以射线追踪的原理为基础,对两点间的射线追踪问题进行了研究,应用二分算法、改进二分算法和微变网格算法对水平层状匀速模型、弯曲层状匀速模型和复杂地质模型进行射线追踪,使得计算效率和适用范围都得到了很大的改善.文中对每种算法误差范围和计算效率进行了对比验证,对于不同的地质模型,选用合适的算法才能在计算速度和精度上得到双重保证,最后正演模拟了多波三分量记录.在模型建立上引入了超薄层概念,并在前人模拟的直达波、透射波、反射波基础上拟了折射波,使正演模拟的多波场信息更丰富.文中的应用实例及模型结果表明:与二分法相比,改进二分法能够对弯曲界面进行射线追踪,并能保证结果的精度.弯曲层状模型中,改进二分法与微变网格法相比计算速度有显著提高,能够应用到资料的反演中.     

地震多级散射波正演模拟方法

地震波在穿越地下散射体群时会产生多级散射波,分析其地震响应特征,可推断散射体的分布情况和性质。本文从二维标量波动方程出发,结合地震散射理论和波恩近似理论,推导了多级散射波方程。在此基础上,采用高阶有限差分法对双点散射体模型和复杂散射体模型进行数值模拟,分析了多级散射波的传播规律和波场特征,并通过抽取多级散射记录和各级散射记录的单道记录与参考单道记录的对比,验证了本文推导散射波方程的准确性。      

基于多尺度有限元法的频率域航空电磁三维正演研究

正演模拟是电磁数据反演的基础, 其计算速度与精度一直是制约电磁反演的两大核心问题.在三维电磁正反演中, 传统方法通过加密网格或增加插值基函数阶数提高计算精度, 但由此也降低了计算效率, 制约了三维电磁反演的实用化.因此, 如何实现大尺度模型高精度快速正演是目前电磁三维正反演中亟需解决的问题.本文将多尺度有限元法应用到麦克斯韦方程求解中.我们首先在粗网格尺度上构建满足局部特性微分算子的多尺度基函数, 进而在粗网格尺度上对原问题进行求解, 通过建立粗细两套网格间场的映射关系, 在未知数较少的粗网格上实现电磁问题求解之后, 利用粗细两套网格间场的映射关系获取细网格上电磁场响应, 由此可以在保证计算精度前提下快速获取不同尺度电磁场正演响应, 计算速度得到很大提高.此外, 本文还基于八叉树思想进行网格优化, 进一步改善三维正演效率.我们通过对典型地电结构进行多尺度有限元正演模拟并与传统有限元结果对比验证算法的有效性.最后, 我们通过模拟加拿大Voisey's Bay卵形体镍铜硫化矿区航空电磁响应以检验本文算法模拟地下复杂异常体的能力.

     

基于正演模拟的煤层采空区地震响应特征

上组煤采空区对于下组煤的成像和安全回采有着重要影响,有必要研究矿区上组煤采空区精准成像技术.对于实际采空区及其下组煤的地震响应特征预测来说,建立和实际地质情况相吻合的正演模型是基础.根据搜集到的研究矿区钻孔测井资料,获取建模所需的等效地层物性参数、采空区垮落带等效模量、裂隙带等效模量等数据,建立与研究矿区地质情况比较接...     

复杂地表的单程波动方程地震叠前正演

作者基于数学检波器和等时叠加原理,实现了复杂地表的单程波动方程地震叠前正演模拟。该方法采用虚拟的数学检波器接收地下的反射地震信号,灵活地将接收点布置在地表的任何地方,从而满足地表起伏的要求。此外,根据等时叠加原理, 该方法采用单程波动方程进行波场延拓和成像,计算简单快速。通过复杂正断层的数值模拟,得到了高信噪比的共炮集地震记录,并采用适用于起伏地形的深度偏移方法对该共炮集地震记录进行了叠前深度偏移,较好地实现了地震波的偏移归位,从而证明了这里提出的起伏地表的单程波动方程地震叠前正演方法是正确和有效的。     

基于AVO正演模拟的自由表面多次波压制方法

针对SRME和Radon变换压制自由表面多次波的近道多次波残留和伤害有效波等问题,主要采用基于AVO属性分析的多次波剔除法对近道多次波进行压制,该方法在迭代更新过程中,受近道多次波影响容易出现更新误差,同时迭代更新降低计算效率.本文对基于AVO属性分析的多次波剔除法进行改进,利用中远道地震数据进行约束,通过AVO正演模...     

基于MC-PML的二维Rayleigh波正演模拟及频散特征分析

Rayleigh波正演模拟是认识Rayleigh波传播规律的重要手段,也是Rayleigh波反演的基础.然而,在浅地表高泊松比地质体的Rayleigh波正演模拟中,应力镜像与二阶速度展开的自由表面处理方法配合传统的C-PML技术会产生严重的数值不稳定问题.为此,本文首先从弹性波动方程出发,基于应力镜像与二阶速度展开法,推导了自由边界条件下应力分量与速度分量的更新公式;然后再借助MC-PML边界条件处理模型左右两边和底部的人工截断边界,以确保自由边界与吸收边界耦合区域的计算稳定;最终采用GPU并行编程架构,实现了基于MC-PML的Rayleigh波正演模拟技术．通过四组典型模型试验及频散分析结果表明:应力镜像与二阶速度展开的自由表面处理方法结合MC-PML技术能够准确刻画Rayleigh波传播规律,MC-PML技术不受自由表面影响,未见数值不稳定,频散能量谱的峰值连线与理论频散曲线的高度一致性进一步证实本文Rayleigh波正演模拟所采用的关键处理技术是正确的．     

隐伏活断层地震勘探的地震正演模拟方法

城市隐伏活断层地震勘探的目标为上断点埋深为几米至数百米的隐伏活动断层.由于勘探深度较浅,地层的属性差异比较小,活断层的地震勘探相对一般的资源勘探有其自身的特点.由于反射系数较小,反射不强,地震资料受到面波的严重干扰,给地震资料的采集处理解释造成困难;并且由于活断层勘探是以断层的上断点层位作为活动性指标,因此,如何根据地震资料确定真实的上断点深度就十分关键.     

塌陷采空区的正演模拟及波场分析

老窑塌陷采空区造成的透水事故严重威胁着大型矿井的生产与安全,探测出塌陷采空区已成为当前三维地震的一项重要研究课题.针对老窑采空区不同的塌陷类型,建立多种不同内部结构的塌陷采空区地质模型。并采用有限差分法数值模拟技术对其进行正演模拟,分析出不同塌陷采空区在生成时间剖面上的波场特征.结合一些典型的工程实例,总结出塌陷采空区在地震资料上的判别标志以及识别特征,为矿井提供出准确的塌陷采空区位置.     

流固边界耦合介质高阶有限差分地震正演模拟方法

本文针对流固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的正演数值模拟方法. 首先,从一阶位移-应力弹性波方程出发,基于海底流固边界的位移和应力的连续性条件,采用三次样条海底界面定量表征方法,推导出不规则海底界面下流固边界耦合介质中的地震波波动方程;其次,通过空间微分的高阶差分格式提高数值模拟的空间精度,并结合已推导的地震波波动方程,将四阶时间微分转换至高阶空间微分,进一步提高了数值模拟的时间精度;最后,在与标量波波动方程数值模拟结果对比分析的基础上,分别利用简单的水平层状模型和复杂海底模型,验证和讨论了本文提出的流固边界耦合介质高阶有限差分地震波正演模拟方法的有效性和准确性.      

Gravity compression forward modeling and multiscale inversion based on wavelet transform

The main problems in three-dimensional gravity inversion are the non-uniqueness of the solutions and the high computational cost of large data sets. To minimize the high computational cost, we propose a new sorting method to reduce fluctuations and the high frequency of the sensitivity matrix prior to applying the wavelet transform. Consequently, the sparsity and compression ratio of the sensitivity matrix are improved as well as the accuracy of the forward modeling. Furthermore, memory storage requirements are reduced and the forward modeling is accelerated compared with uncompressed forward modeling. The forward modeling results suggest that the compression ratio of the sensitivity matrix can be more than 300. Furthermore, multiscale inversion based on the wavelet transform is applied to gravity inversion. By decomposing the gravity inversion into subproblems of different scales, the non-uniqueness and stability of the gravity inversion are improved as multiscale data are considered. Finally, we applied conventional focusing inversion and multiscale inversion on simulated and measured data to demonstrate the effectiveness of the proposed gravity inversion method.     

基于流变体模型的波恩近似方程地震正演模拟

常规τ值法假设应力松弛时间与应变延迟时间近似相等, 造成了常Q模型拟合精度低. 本文利用精确的广义流变体模型Q值计算公式, 研究改进的τ值法求解常Q模型参数. 根据地震波散射理论, 推导了基于广义流变体模型的黏滞性介质一阶波恩近似方程, 结合位移-速度关系得到了含卷积完全匹配层边界条件的黏滞性介质应力-速度方程的一阶波恩近似表达式. 通过数值实验验证并对比了黏滞性介质中全波波动方程、 一阶波恩近似方程以及单程波波动方程的波场特征, 讨论了基于流变体模型的黏滞性介质一阶波恩近似方程对速度扰动和Q扰动的适应性, 以及对旅行时和振幅精度的影响.      

高密度空间采样地震数据特点分析

中国陆相沉积盆地的地质结构复杂,储层岩性的多变,需要有高精度的勘探方法。高密度空间采样是提高地震勘探精度的一项新技术。本文简要说明了点激发和点接收技术,分析高密度空间采样的野外工作方法,介绍了Gijs j．o．Vermeer提出的对称采样原理,从波场连续性的角度探讨了高密度空间采样技术。重点分析高密度空间采样数据的特点, 即:高密集的初至波有利于近地表结构的调查,可提高静校正的精度;小偏移距、小点距接收增加了浅层的有效覆盖次数,提高浅层反射的成像精度; 对规则噪声可实现无假频采样,室内的噪声分析和噪声压制的精度随着提高;高密度采集使波场连续性增强,使得各种数学变换的精度提高,有利于不同波场的分离。最后指出高密度空间采样地震勘探技术的难点在于室内数据处理,针对海量数据的分析和处理方法还需要进行深入细致的研究工作。     

Characteristics analysis on high density spatial sampling seismic data

China＇s continental deposition basins are characterized by complex geological structures and various reservoir lithologies. Therefore, high precision exploration methods are needed. High density spatial sampling is a new technology to increase the accuracy of seismic exploration. We briefly discuss point source and receiver technology, analyze the high density spatial sampling in situ method, introduce the symmetric sampling principles presented by Gijs J. O. Vermeer, and discuss high density spatial sampling technology from the point of view of wave field continuity. We emphasize the analysis of the high density spatial sampling characteristics, including the high density first break advantages for investigation of near surface structure, improving static correction precision, the use of dense receiver spacing at short offsets to increase the effective coverage at shallow depth, and the accuracy of reflection imaging. Coherent noise is not aliased and the noise analysis precision and suppression increases as a result. High density spatial sampling enhances wave field continuity and the accuracy of various mathematical transforms, which benefits wave field separation. Finally, we point out that the difficult part of high density spatial sampling technology is the data processing. More research needs to be done on the methods of analyzing and processing huge amounts of seismic data.     

基于离散粒子理论地震波传播数值模拟网格剖分计算方法

介绍一种基于离散粒子理论地震波传播数值模拟的网格剖分计算方法.根据离散粒子理论,将研究区域划分为由一系列相互作用的粒子组成的正六边形网格,这些粒子在它们的接触点处发生相互作用,并用Hooke定律和Newton定律描述.为解决六边形网格带来的网格交错而难以计算以及波场输出问题,将横向网格进行加密,加密处赋予假想的粒子,输出波场时选取偶数行偶数列点或奇数行奇数列点的波场值.均匀介质和层状介质模型的数值模拟结果表明,该网格剖分计算方法能够将离散粒子理论用于模拟弹性波在非均匀各向同性介质中地震波的传播.     

VSP正反演综述

垂直地震剖面法是一种发展很迅速的地球物理方法,由于垂直地震剖面法是在介质内部点上直接观测,因而能够避开或减弱剖面上部低速带的干扰及外界噪声干扰,可以更直接、更有效地研究波的运动学和动力学特征,解决其地质问题,因此在地球物理勘探领域中最为活跃.本文从垂直地震剖面正反演的角度,并结合国内外实际的例子来介绍垂直地震剖面,同时讨论了垂直地震剖面未来发展的方向.     

多尺度地震资料联合反演方法研究

常规三维地面地震反演不可避免的存在多解性和分辨率不高的缺陷,而油藏地球物理阶段丰富的多尺度地震资料为减小多解性、提高分辨率提供了可能.基于贝叶斯反演理论,通过联合概率分布建立新的似然函数,将三维地面地震、VSP和井间地震三种多尺度资料有机地融合在一起,完善了多尺度地震资料联合反演框架及反演流程.模型测试及实际资料处理表明,联合反演算法有效地引入了小尺度地震资料中的高频信息对大尺度资料进行约束,反演结果在保留大尺度地震资料特征的基础上提高了分辨率,降低了多解性,同时促进了多种地震资料之间的相互匹配.     

Structural seismic response analysis based on multiscale approach of computing fault–structure system

Structural safety for earthquake waves emitted from a nearby fault is a major concern. For a large complex structure, it might be desired to estimate its seismic response by analyzing a fault–structure system: a full three‐dimensional model in which a source fault and a target structure are modeled so that fault processes, wave propagation and amplification processes, and resulting dynamic responses of the structure can be computed numerically. To analyze this fault–structure system, this paper proposes an efficient approach based on multiscale analysis, i.e. waves emitted from the source fault are computed in the entire system in the geological length‐scale; then they are refined in a small part of the system that includes the structure, and the seismic response of the structure is accurately computed in the engineering length‐scale. Using a long highway tunnel as an example, this paper examines the validity of the proposed approach. The usefulness and applicability of the proposed approach to estimate the structural seismic responses are discussed. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.