弹性波的三维有限元模拟

本文讨论了弹性波瞬态传播问题的三维有限元计算方法及当前存在的实际困难.针对要求计算机内存大和计算时间长的问题,采取了改进措施.由于采用了集中质量矩阵和修正的中心差分时间积分显格式相结合的方法,可以使计算机内存和计算时间大为减少;由于采用结点定位法,最适合用于目前发展的并行计算机系统,可使计算速度大大增快;还采用了有效激发震源法,有效激发区是随时间步进的增加而逐步增大,这不仅能节省计算时间,而且使波场的传播过程一目了然,本文计算了由两种介质组成的三维楔形问题,得到若干典型剖面的瞬时波场图及随时间变化的合成地震图.     

井眼条件下弹性波传播问题的三维有限差分数值模拟

推导了二阶改进Higdon吸收边界条件．利用空间上具有四阶精度、时间上具有二阶精度的中心差分方法。数值模拟了几种复杂井眼条件下的波场．给出了正交各向异性介质地层条件和椭圆井眼条件下波场模拟的结果．考查并分析了单极子源和偶极子源条件下的波场特性，所得结论与弹性波传播理论一致．通过计算表明，利用改进的Higdon吸收边界条件，声波测井三维模拟程序可用于复杂井眼各向异性地层条件的波场传播模拟．     

声波及弹性波地震模拟的无网格算法

波动方程方法是地震模拟和成像的基本方法之 一。本文利用无单元法(EFM)处理地震模拟中的 声波及弹性波波动方程。无单元法中没有单元的 概念,使节点完全摆脱了单元网格的束缚;此外, 采用滑动最小二乘(MLS)准则使得方程的解高次 连续。本文将分别针对声波方程和弹性波波动方 程详细讨论无单元法的原理及吸收边界问题。在 此基础上,通过几个叠前模型的试算验证无单元 法用于地震模拟的有效性。     

三维弹性波数值模拟中的吸收边界条件

在地震波传播数值模拟的过程中,需要使用吸收边界条件从而达到衰减人为边界 反射的目的. 本文基于傍轴近似法提出了计算三维弹性波方程的吸收边界条件公式,表示了 各边界面、边棱和角点处波场所满足的单程波方程,并在三维弹性波数值模拟中进行了应用 . 理论模型及三维盐丘地质模型波场切片快照试算结果表明,该吸收边界条件可以有效地吸 收人为边界反射,适用于较大入射角情况,从而消除了边界有效波信息的干扰. 由于采用四 阶近似方程,在保证计算精度的前提下,该方法具有节省计算工作量和易于实现的特点.     

各向异性弹性波场的有限元数值模拟

研究了各向异性弹性波有限元正演系统的精度和效率问题，提出了一种透射加衰减的组合人工边界方案（吸收边办条件），它对各向异性波具有较好的吸收效果，并且有较好的稳定性能，均匀TI介质中的模拟获得了非常清晰的波场快照，其波场特征与理论分析能够准确吻合，各向异性介质模型的地表地震记录表明，各向异性波炮集记录在波的类型、同相轴形态、能量分布和相位等方面与各向同性波都有很大差别。     

双相各向异性介质中弹性波方程的有限元解法及波场模拟

基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.     

双相各向异性介质中弹性波方程的有限元解法及波场模拟

基于双相各向异性介质模型,首先推导了双相各向异性介质中弹性波传播的动力学方程及其Galerkin变分方程和有限元运动方程,然后给出了孔隙弹性波方程的有限元数值解法以及二维双相PTL介质中波场模拟的人为吸收边界条件. 最后,利用本文给出的有限元方法对双相PTL介质和双相各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟. 结果表明:有限元方法和吸收边界条件有效、可行,在理想相界条件下,不论是从固体位移,还是从流体位移的波场快照都能看到明显的慢速拟P波;在黏滞相界情况下,能否观察到慢速拟P波,与含流体地层介质的耗散性质有关.对实际含流体介质,从流体位移分量的波场快照比从固体位移波场快照更容易观察到慢速拟P波.     

复杂地形三维直流电阻率有限元数值模拟

系统地论述了用有限单元法研究复杂地形条件下三维直流电阻率的正演计算技术.首先给出了三维构造中点源电场的边值问题以及相应的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,采用四面体单元对研究区域进行剖分,在单元中进行三线性函数插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,考虑到节约计算时间,利用对称超松弛顸条件共轭梯度迭代算法求解大型线性方程组,得到了各节点的电位值,进而计算出地表的视电阻率.通过理论模型的计算检验了算法的可行性之后,给出了几种常见纯地形异常的数值模拟结果和一个组合模型的计算结果,其研究工作为研究三维直流电阻率反演奠定了基础.     

弹性波边界元法正演模拟

弹性波边界元地震模型方法（ＢＥＥＳＭ）,实现了二维和三维问题的纵、横波及转换波的同时模拟,并且能模拟任意复杂构造的地震声波正演模型．根据地震模型的特点,本文发展了数值积分计算与矩阵消元同步进行的块状高斯消元法;用解析法处理奇异积分;用无限元法处理边界吸收问题;采用单元长度随介质速度和计算频率变化的变单元算法,及自动剖分单元等技术,提高了计算精度,节省了内存,缩短了计算时间．     

弹性波有限元逆时偏移技术研究

改善弹性波有限元逆时偏移剖面的质量是目前该方法面临的难题，为此，首先在有限元方程中，合理地加入边界力项，并找到准确的成像条件，以及对炮集资料用惠更斯（Huygens）原理消除直达波和面波干扰等措施，提高了复杂含油气结构的偏移剖面质量．本文重点研究单分量资料弹性波偏移的可靠性，利用单分量、抽炮集资料，模拟实际资料处理典型含油气构造，得到了高质量的自激自收和炮集资料的偏移剖面．     

弹性波有限元逆时偏移技术研究

改善弹性波有限元逆时偏移剖面的质量是目前该方法面临的难题,为此,首先在有限元方程中,合理地加入边界力项,并找到准确的成像条件,以及对炮集资料用惠更斯（Huygens）原理消除直达波和面波干扰等措施,提高了复杂含油气结构的偏移剖面质量．本文重点研究单分量资料弹性波偏移的可靠性,利用单分量、抽炮集资料,模拟实际资料处理典型含油气构造,得到了高质量的自激自收和炮集资料的偏移剖面．     

二维弹性波的有限元模拟及其初步实践

本文讨论了二维介质中弹性波有限元模拟的一种方法;导出了二维无界空间中集中力点源的理论初动表达式和位移波形表达式,并和相似情况下的有限元结果进行了比较;对用有限元方法算得的几个中小模型的节点位移进行了分析。从所能鉴别的震相的到时、初动符号分布、波形、瑞利波质点运动轨迹等证据看,在得到比较真实的全波理论地震图方面,有限元方法具有很大的潜力。     

二维弹性波的有限元模拟及其初步实践

本文讨论了二维介质中弹性波有限元模拟的一种方法;导出了二维无界空间中集中力点源的理论初动表达式和位移波形表达式,并和相似情况下的有限元结果进行了比较;对用有限元方法算得的几个中小模型的节点位移进行了分析。从所能鉴别的震相的到时、初动符号分布、波形、瑞利波质点运动轨迹等证据看,在得到比较真实的全波理论地震图方面,有限元方法具有很大的潜力。     

各向异性弹性波有限元叠前逆时偏移

利用有限元法和最小走时射线追踪的界面点法，实现了各向异性弹性波的叠前逆时偏移.理论模型资料的偏移结果清晰准确，证实了该系统的可靠性.通过对各向异性模型资料的各向同性偏移处理，发现常规偏移剖面存在较大误差，地质体的垂向深度和横向位置与实际模型有偏离.     

各向异性弹性波有限元叠前逆时偏移

利用有限元法和最小走时射线追踪的界面点法,实现了各向异性弹性波的叠前逆时偏移.理论模型资料的偏移结果清晰准确,证实了该系统的可靠性.通过对各向异性模型资料的各向同性偏移处理,发现常规偏移剖面存在较大误差,地质体的垂向深度和横向位置与实际模型有偏离.