三维波动方程有限差分正演方法

三维地震资料的处理和解释都需要有效的三维正演模型予以验证．本文提出一种在ｘ－ｔ域实现快速、高精度的有限差分正演方法,采用了独特的“平行四边形网格”,并用Ｐ－Ｒ交替差分格式使三维波动方程可以局部地分裂成二维求解方程,从而有效地减少运算量．     

傅里叶有限差分法三维波动方程正演模拟

傅里叶有限差分(FFD)法兼有相位屏法和隐式有限差分法二者的优势,能够处理复杂地质构造中的波传播问题,但在三维情形下,算子的双向分裂会引起明显的方位各向异性误差.本文用Fourier变换计算双向分裂过程中的高阶交叉项,消除了方位各向异性误差.该方法充分利用了FFD法在双域实现的算法结构,明显减少了由于引入误差校正所带来的计算量.将该方法应用于修改后的三维French模型的地震正演问题,并将得到的叠后记录、单炮记录同全波有限差分法的模拟结果进行对比,结果证实了该方法对一次反射波具有较高的模拟精度,在内存需求和计算效率方面则具有更大的优势.     

高精度有限差分地震波正演方法

三维地震模拟不仅可以更精确地研究地震波的传播规律,而且是三维地震资料处理和解释的工具。本文采用精细积分法用于求解波动方程.对波动方程在空间采用差分格式,时间域采用积分法求解析的方法。文中详细论述了精细积分法的数值方法,并给出了计算公式。理论分析和数值算例的结果表明了用这种混合方法得到的解与精确解十分吻合,比有限差分法具有更高的精度。文中给出的地震波正演模拟算例说明了该方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。     

基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移

针对接收函数正演与偏移, 本文采用波动方程有限差分算法. 借鉴成熟的勘探地震学方法, 引入等效速度概念, 建立接收函数转换波与地震勘探反射波的等效走时方程, 实现了基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移. 数值计算表明, 波动方程有限差分叠后偏移方法可以对点绕射和穹隆构造模型实现高精度成像. 本文利用数值计算讨论了波动方程有限差分叠后偏移与Kirchhoff叠后偏移对于接收函数偏移的适用性, 还对偏移过程中速度模型的误差进行了分析.     

用于声波正演模拟的时空域高精度交错网格有限差分方法

地震正演模拟是逆时偏移和全波形反演中的核心问题之一,因为它们都需要高效、高精度地模拟波场正向和反向传播。为了提高数值模拟的精度,人们广泛采用高阶有限差分方法,但是大多数方法仅在空间上具有更高的精度,在时间上只有二阶精度。首先系统介绍时空域高精度交错网格有限差分方法的基本原理,然后利用模型验证方法的有效性,结果表明:时空域高精度交错网格有限差分方法拥有比常规交错网格有限差分方法更低的数值频散。      

瞬变电磁场有限差分与数字滤波双模型三维正演方法

瞬变电磁场数字滤波算法计算时间短,精度高,但难以实现三维正演计算;有限差分算法可以实现三维正演计算,但计算时间长,当模型网格剖分数量不足时计算精度较低.结合三维有限差分正演算法和一维数字滤波正演算法各自优势,提出双模型三维正演方法,可以减少计算时间,提高计算精度.首先,给出了瞬变电磁场三维有限差分正演算法和一维数字滤波正演算法.然后,通过理论分析和公式推导,提出了通过三维有限差分正演算法计算异常场,通过一维数字滤波算法计算背景场,然后叠加得到总场的双模型方法,并给出了具体计算公式和流程.最后,建立了经典的Newman均匀介质含低阻长方体模型,以及Commer层状介质含垂直接触带模型,分别采用双模型方法和常规三维有限差分算法进行了正演计算,对计算结果进行了对比分析.结果表明:在相同模型网格数量条件下双模型方法计算精度显著高于常规三维有限差分算法;双模型方法可以通过较少的模型网格数量取得高精度的计算结果,从而可以在保证计算精度的前提下显著提高计算效率.     

时域瞬变电磁法三维有限差分正演技术研究

瞬变电磁法应用广泛,三维数值模拟是研究复杂地质模型异常响应规律的重要技术手段之一,也是反演的基础.目前瞬变电磁数值模拟的不足主要有两个方面：第一,场源是在地表水平、浅层介质均匀的条件下计算的,限制了应用范围;第二,地下边界采用Dirichlet边界条件,导致计算空间很大,耗时较长.针对上述问题,在三维正演时,场源采用有限长细导线模型,在Maxwell有源差分方程中直接加入电流密度进行计算.在地表面加入空气层,避免了复杂的向上延拓计算,也可以对地形影响下的响应规律进行分析.在空气边界和地下边界均采用CPML吸收边界条件,并改进了CPML的参数分布,能够吸收空气介质和大地介质中的低频电磁波而反射误差极小,在满足计算精度的条件下可以有效减小节点数量.对循环迭代方法进行优化,将计算域、CPML区域和场源的空间循环统一转化为矩阵方式,加快了计算速度,但是空间消耗增大了约4~5倍.采用三维有限差分正演算法对均匀半空间模型、层状模型和地形模型进行了计算,并与解析解进行了对比验证.

     

弹性介质中垂直地震剖面有限差分正演

垂直地震剖面法可以通过认识反射和透射过程,深入了解地震波传播特性,又可以改善地表地震资料关于构造、地层和岩性的解释.本文是在基于垂直地震剖面的基本原理基础上,采用高阶交错网格有限差分数值求解二维弹性波方程,然后对常见的层状介质和岩溶介质模型分别进行模拟,根据模型合成了相关的垂直地震剖面记录,期间采用的是完全匹配层法吸收...     

波动方程Maslov射线解的有限差分计算

借助于守恒型程函方程的有限差分解法，构造出一种地震波场Ｍａｓｌｏｖ渐近解的数值计算方法，并针对不同坐标系进行了讨论。文中通过不同模型分别计算了透射波和反射波的射线路径、走时及相应的合成地震记录，结果表明本算法具有快速、准确的特点。本文算法可用于叠前Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ深度偏移及非均匀介质逆散射问题中Ｇｒｅｅｎ函数的计算，并就算法本身的局限性作了讨论。     

基于GPU计算的地震波场高阶有限差分正演研究

本文介绍地震波场高阶有限差分正演及其GPU计算问题,通过数值模拟技术实现地震波正演。对于声波方程,利用泰勒级数展开式得出波动方程的高阶有限差分格式及其离散表达式。运用C++语言和CUDA编写二维和三维GPU正演程序,使用共享存储器提升GPU线程间通信传输速度,并且改善了三维模型情况下共享存储器容量对有限差分阶数的限制问题。建立不同尺度模型针对二维和三维GPU正演程序和CPU正演程序进行计算测试,比较两个程序的计算效率。测试结果表明,无论是在二维和三维的模型下,GPU正演程序的计算耗时都远远小于CPU正演程序的计算耗时,且随着计算数据量的增大,加速效果越来越显著,测试结果可以很好地证明GPU程序相对于单CPU程序计算的高效性。     

标量波动方程全倾角有限差分偏移

传统的有限差分法偏移是建立在单程波波动方程的不同阶数的近似式基础上的。因此,各阶近似式的偏移方法都存在一个倾角极限问题。克服倾角极限和提高极限倾角是八十年代以来有限差分偏移技术的研究目标。在这方面取得了显著的进展。本文从标量波动方程出发,通过函数替代,将它化为一个等价的方程组,用有限差分法解此方程组进行波场外推,实现全倾角偏移成象的目的。与国外已有的使用波动方程全式进行偏移的方法相比较,除方法原理本身不同外,该方法具有稳定性好,计算工作量较少的优点。     

标量波动方程全倾角有限差分偏移

传统的有限差分法偏移是建立在单程波波动方程的不同阶数的近似式基础上的。因此,各阶近似式的偏移方法都存在一个倾角极限问题。克服倾角极限和提高极限倾角是八十年代以来有限差分偏移技术的研究目标。在这方面取得了显著的进展。本文从标量波动方程出发,通过函数替代,将它化为一个等价的方程组,用有限差分法解此方程组进行波场外推,实现全倾角偏移成象的目的。与国外已有的使用波动方程全式进行偏移的方法相比较,除方法原理本身不同外,该方法具有稳定性好,计算工作量较少的优点。     

利用高阶交错网格有限差分法模拟地震波在非均匀孔隙介质中的传播

烃类储集层是一种复合多相介质，在固体颗粒的空隙中含有气体或液体. 研究弹性波在该类地层中的传播规律对于油气勘探开发，特别对于全波列声波测井有重要意义. 为了提高孔隙弹性介质数值模拟的计算效率，本文采用改进显式交错网格有限差分算法取代常用的空间域四阶和时间域二阶的速度 - 应力有限差分算法，算法的空间域为八阶、时间域为二阶. 虽然计算的时间步长略小于空间域四阶的情形，但高阶有限差分算法可以选择较粗糙的网格，因此补偿了计算的低效；同时高阶交错网格有限差分算法的空间频散性比低阶算法小. 利用该算法计算了一个两层模型的波场，同时还模拟了等效弹性和孔隙弹性模型中波的传播. 结果表明慢波及其影响明显，尽管慢波衰减很快，但被某一界面反射后，转换形成的P波和S波仍以正常的方式传播，且比慢波衰减小.     

弹性波数值模拟的非规则网格差分法

基于应力、速度混合变量弹性波方程及任意四边形网格差分算子,给出了交错计算应力及速度的非规则网格弹性波应力一速度差分法该方法融合了有限元法能适应复杂形状边界及差分法无需计算刚度阵的特点,具有较高的计算精度,所需计算机存储空间较少,计算效率也很高．基于积分平衡方程引入了任意形状自由表面的边界条件,且通过局部滤波改善了自由表面边界条件的稳定性,使得该方法可应用于考虑地表形状影响的地震波数值模拟     

ACCURATE FINITE-DIFFERENCE OPERATORS FOR MODELLING THE ELASTIC WAVE EQUATION1

A method is presented for computing the coefficients of finite-difference operators for the elastic wave equation. As opposed to other algorithms, in this case the amplitude spectrum of the source function is taken into account. Test calculations show that this approach gives more accurate results than operators based on a Taylor expansion or on minimizing the maximum error of the group velocity in a spatial frequency interval.     

地震波传播有限差分模拟的人工边界问题

在用有限差分法模拟地震波传播中，差分网格人工边界的反射问题是至关的。本文简要介绍了几种消除人工边界反射的方法及其主要优缺点，联立这些不同的吸收边界条件于实际的有限差分计算可以给出好的结果。     

有限元素法全倾角波动方程偏移

本文试图从两个方面提高波动方程偏移的效果:1.使用全方向波动方程进行偏移,使之适用于任意倾角界面的反射;2.使用有限元素法提高微分方程数值解法的精度。     

声波方程逆散射反演的近似方法

我们在文献[1]里研究了介质参考波速沿某个方向线性变化时的三维声散射理论,导出了声波方程逆散射反演问题解的解析表达式.考虑到应用时的实际条件,本文根据上述反演方法导出2.5维模型的声波方程逆散射反演的波速扰动计算公式,给出该方法在“高频”近似条件下的波速扰动反演计算公式,从而使我们提出的“参考波速线性变化时的声波方程逆散射反演”理论更接近实际应用条件.本文给出的这些反演公式仍然具有原方法的优点,即不但可以使Born近似的假定在大多数情况下能得以满足,而且可以利用快速Fourier变换来快速实现介质波速扰动的反演成象.     

有限元素法全倾角波动方程偏移

本文试图从两个方面提高波动方程偏移的效果:1.使用全方向波动方程进行偏移,使之适用于任意倾角界面的反射;2.使用有限元素法提高微分方程数值解法的精度。