横向非均匀介质中弹性地震波传播的数值模拟

应用混合变量弹性动力学方程和线性常微分方程组的矩阵指数解法，将层状介质中广泛应用的弹性波传播矩阵解法推广至横向非均匀介质，给出了一种可计算复杂地质体中弹性波传播的广义传播矩阵数值解法。该方法可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波，数值结果表明具有很高的计算精度。     

基于目标区的局部角度域方向照明分析及其在偏移成像中的应用

叠前深度偏移已成为近年来地震偏移成像领域广泛应用的技术之一,其中复杂盐丘下方目标区域结构的成像始终是偏移成像中较难解决的问题.局部角度域波场分解可以提供在空间和方向上的双重局部化信息,因而这一技术被广泛地应用在方向照明分析、成像振幅校正等方面.本文在采用局部指数标架小波束进行角度域方向照明分析的基础上,研究采集系统对复杂盐丘下部层状结构成像质量的影响;同时通过分析目标区对应于相对地表采集系统分布的照明能量,确定叠前炮集数据中对盐下目标区成像起重要贡献的部分,并将这些数据用来对目标区成像,从而达到提高盐下结构成像质量的目的.本文将二维SEG-EAGE盐丘模型中盐下反射体作为目标区,分别计算其照明分析和由照明能量分布确定的炮集数据对目标区的偏移成像结果,同时通过与成像振幅校正前后的成像结果对比,说明了该方法对提高目标区结构成像质量的有效性.     

二维横向各向同性介质界面上地震波传播角度的研究

本文通过传播矩阵法，确定地震波在横向各向同性介质中传播的水平慢度垂直慢度，进而用解析式给出入射角、透射角、转换角及折射角。     

基于单程波方程的角度域照明分析

试图运用波场动力学途径,旨在增强观测系统分析评估,本文提出基于单程波方程的角度域照明分析方法.本文方法不仅可用于观测系统设计,对叠前成像资料的考量、叠前振幅补偿和AVA（Amplitude Versus Angle,振幅随角度变化）反演也必具重要的意义.文中通过目的层邻域单个绕射点的正、反传波场分析,给出地下目标的水平和倾斜界面随角度变化的成像照明强度.单程波方法可用于模拟地震波在复杂速度构造下的传播,并得到较准确的幅值和多次到达的波场,用以对绕射点正、反传分析时可在照明分析中简明地利用幅值信息和多次到达的波场.本文方法可显现复杂盖层下目标的照明情况.本文中也对照明能量随传播距离的几何扩散进行补偿,突显了角度域的照明均匀度和范围,从而使得所分析的结果可直接应用于AVA的分析及补偿.针对照明分析的特点,文中建议可用一种快速的单程波波场延拓策略——频率速度相关变步长波场深度延拓.数值实验结果表明了本文方法是可行且有效的.     

局部指数标架小波束在复杂介质方向照明分析中的应用

提出了用局部指数标架小波束进行角度域分解的方法,解决了局部余弦基和局部正弦基缺乏单一方向性的问题.局部指数标架由局部余弦基和局部正弦基线性组合而成,是冗余度为2的紧标架.利用局部余弦变换和局部正弦变换的快速算法,能使基于局部指数标架进行方向照明分析的计算效率较常用的局部倾斜叠加和Gabor-Daubechies标架等方法具有更为明显的优势.通过计算二维SEG/EAGE模型和SIGSBEE模型的方向照明图以及采集系统倾角响应图证实了本文方法的有效性.该方法的高效性使其在三维模型的方向照明分析和大规模的工业应用中具有广阔前景.     

一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法

传统的伪谱（PS）方法,采用傅里叶变换（FT）计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分（FD）近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.

     

基于全方位地下局部角度域成像的页岩气储层各向异性预测

宽方位地震数据是叠前地震各向异性预测的基础数据之一,如何处理和分析宽方位地震数据是预测的关键.传统分扇区处理无法获得地下真正角度域信息,存在信息丢失问题.为保证地下方向、分辨率以及成像的正确性,使用全方位地下局部角度域分解与成像技术,直接在地下局部角度域中以连续的方式进行地震数据成像分解,得到两个互补的全方位角度道集:倾角道集和反射角道集,成像精度提高,各向异性发育方向和强度预测更可靠.全方位成像与反演一体化技术流程在四川盆地涪陵页岩气储层表征中初步应用,为提高非均匀储层成像质量和裂缝预测精度提供有效手段,对于页岩气储层甜点预测、水平井钻井轨迹和压裂方案优化等具有重要意义.     

一种起伏地表条件下的照明补偿方法

起伏的地表条件限制了采集孔径范围并造成深层地震照明不足,为改善该类地区的成像质量,本文提出了一种起伏地表条件下的照明补偿方法.首先,基于小波束波场延拓算子和逐步累加的外推方法在波场延拓过程中解决起伏地表面的影响,并引入空间滤波函数压制虚拟层内的偏移噪音;其次,利用局部指数标架对上、下行波场分解,得到局部角度域成像和照明补偿因子.再次,利用计算出的成像值和照明补偿因子,在局部倾角域完成照明补偿.SEG起伏地表模型测试证明了本方法的有效性,深层构造照明度明显加强,不同角度成像振幅更加均衡,该技术为提高起伏地表地区的成像品质提供了新的手段.

     

Born序列频散方程和Born-Kirchhoff传播算子

传统的Kirchhoff传播算子结构简洁,适用于描述横向均匀介质中波的传播.Ray-Kirchhoff传播算子较为精确地描述了波在非均匀介质中传播的运动学特征,其理论上的先天不足依赖于介质的复杂性.本文通过Born序列逼近波在非均匀介质中传播的大角度波分量,提出一种Born-Kirchhoff传播算子,将传统Kirchhoff传播算子的适用范围扩展至非均匀介质,同时描述波的运动学和动力学特征,其精度取决于Born序列逼近的阶数.利用Born序列频散方程,可以精确分析各阶Born-Kirchhoff传播算子对波长、传播角和非均质性的尺度依赖特征,其中,一阶Born-Kirchhoff传播算子的精度高于传统的相屏传播算子.波数域的Born-Kirchhoff传播算子对于高波数波是奇异的,导致波数域数值计算发散,但其空间域版本是非奇异的,无条件数值稳定,可通过Kirchhoff求和数值实施.本文给出各阶Born-Kirchhoff传播算子及其频散方程,可用于不同程度非均匀介质中的波传播模拟,复杂构造地震成像和速度估计.本文利用零阶和一阶Born-Kirchhoff传播算子计算简单二维模型的合成地震图,并与边界元法进行了比较.     

基于单程波方程的角度域保幅偏移(英文)

传统叠前深度偏移只能够提供地下的构造信息,但工业界在需要构造信息的同时还要与地下界面反射系数成比例的振幅信息。最近几年,基于单程波方程的保幅叠前深度偏移算法有了一定的发展,但是,基于炮域、单程波的保幅型叠前深度偏移必须应用反褶积型的成像条件,这种成像条件在构造复杂、速度变化剧烈的地区会出现不稳定现象。基于角度域的保幅深度偏移克服了这一不稳定性缺点的同时,还域的保幅深度偏移,模型和实际资料的试算分析验证该思路方法的正确性和有效性。     

双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.     

A viscous-spring transmitting boundary for cylindrical wave propagation in saturated poroelastic media

Based on the u–U formulation of Biot equation and the assumption of zero permeability coefficient, a viscous-spring transmitting boundary which is frequency independent is derived to simulate the cylindrical elastic wave propagation in unbounded saturated porous media. By this viscous-spring boundary the effective stress and pore fluid pressure on the truncated boundary of the numerical model are replaced by a set of spring, dashpot and mass elements, and its simplified form is also given. A u–U formulation FEA program is compiled and the proposed transmitting boundaries are incorporated therein. Numerical examples show that the proposed viscous-spring boundary and its simplified form can provide accurate results for cylindrical elastic wave propagation problems with low or intermediate values of permeability or frequency content. For general two dimensional wave propagation problems, spuriously reflected waves can be greatly suppressed and acceptable accuracy can still be achieved by placing the simplified boundary at relatively large distance from the wave source.     

Modeling seismic wave propagation in heterogeneous medium using overlap domain pseudospectral method

Pseudospectral method is an efficient and high accuracy numerical method for simulating seismic wave propaga- tion in heterogeneous earth medium. Since its derivative operator is global, this method is commonly considered not suitable for parallel computation. In this paper, we introduce the parallel overlap domain decomposition scheme and give a parallel pseudospectral method implemented on distributed memory PC cluster system for modeling seismic wave propagation in heterogeneous medium. In this parallel method, the medium is decomposed into several subdomains and the wave equations are solved in each subdomain simultaneously. The solutions in each subdomain are connected through the transferring at the overlapped region. Using 2D models, we compared the parallel and traditional pseudospectral method, analyzed the accuracy of the parallel method. The results show that the parallel method can efficiently reduce computation time for the same accuracy as the traditional method. This method could be applied to large scale modeling of seismic wave propagation in 3D heterogeneous medium.     

重叠区域伪谱法计算非均匀地球介质地震波传播

伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值算法,由于它的微分算子的全局性,一般认为该方法不适于并行计算. 本文介绍了并行计算非均匀介质中地震波传播的重叠区域分解算法,给出了一种基于傅里叶伪谱法的并行算法. 文中给出的算法将介质划分为相互重叠的若干区域,在各个子域上单独求解,利用重叠部分的解的传递,将各个子域连接起来,实现了伪谱法在分布式并行处理机上的计算. 文中给出了一个将二维区域分解的算例,比较了并行算法和整体算法的结果,分析了并行算法的计算精度. 结果表明,并行算法会有效降低计算时间,并且保证计算精度. 该方法在大规模三维非均匀介质的地震波场模拟方面有应用价值.     

Transient mechanical wave propagation in semi-infinite porous media using a finite element approach

In this study, we propose a numerical investigation in the time domain of the mechanical wave propagation of an impulsional load on semi-infinite soil. The ground is modelled as a porous saturated viscoelastic medium involving complete Biot theory. All the couplings and a hysteretic Rayleigh damping are taken into consideration. An accurate and efficient finite element method using a matrix-free technique and an expert multigrid system are applied. Our results present the displacements of the fluid and solid particles over the surface and in depth. The arrival times of body and surface waves are studied. Particularly, the compressional wave of the second kind is highlighted. The influence of the different couplings and more specifically, the influence of the permeability on the response of the soil are analyzed.