波场模拟中的数值频散分析与校正策略

波动方程有限差分法正演模拟,对认识地震波传播规律、进行地震属性研究、地震资料地质解释、储层评价等,均具有重要的理论和实际意义.但有限差分法本身固有存在着数值频散问题,数值频散在正演模拟中是一种严重的干扰,会降低波场模拟的精度与分辨率.针对TI介质波场模拟的交错网格有限差分方法,本文从空间网格离散、时间网格离散和算子近似等三个方面对其产生的数值频散进行了分析,并结合其他学者的研究成果给出了TI介质波场模拟中压制数值频散的方法与策略：在已知介质频散关系时,对差分算子可实施算子校正;通过提高差分方程的阶数来提高波场模拟精度;采用流体力学中守恒式方程的通量校正传输方法来压制波场模拟中的数值频散;在实际正演模拟时,采用交错网格高阶有限差分方程,不仅在空间上采用高阶差分,而且在时间上也要采用高阶差分,否则只在单一方向上（空间或时间）提高方程的阶数对压制数值频散也不会取得理想的效果.     

任意倾斜各向异性介质中弹性波波场交错网格高阶有限差分法模拟

给出了任意倾斜各向异性介质中二维三分量一阶应力速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式及其稳定性条件,并推导出了二维任意倾斜各向异性介质完全匹配吸收层法边界条件公式和相应的交错网格任意偶数阶精度差分格式. 数值模拟结果表明,该方法模拟精度高,计算效率高,边界吸收效果好. 各向异性介质中弹性波波前面形态复杂, 且qP波波速不总是比qS波波速快. qS波波前面和同相轴的三分叉现象普遍, 且其同相轴一般不是双曲线型. 当TI介质倾斜时,3个分量上均能够观测到横波分裂现象, 而且各波形的同相轴变得不对称.      

致密油大规模多段压裂水平试井解释及外区渗透率对试井曲线的影响

多段压裂水平井试井解释能对压裂规模、主裂缝半长等参数进行有效评价,为产能评价等提供基础参数.然而当前缺少针对实际井例数据进行的深入分析.基于PEBI（perpendicular bisector）网格对油水两相渗流方程进行数值求解,利用无限导流的主裂缝与分支缝导致的区域渗透率扩大来描述SRV（stimulated reservoir volume）,建立了致密油大规模多段压裂水平井瞬态压力分析方法.基于大庆油田的实测数据进行解释并进行渗透率敏感性分析,研究了复合区域下的参数调整方法.研究表明,当外区渗透率变小时,早期的压力导数变小,后期的压力导数变大,而不是所有的压力导数值都变大.压力导数由小到大的转折点时间与渗透率大小相关.因而,当前期的压力导数曲线拟合效果好、后期的压力导数拟合效果差时,不能仅通过调整外区的渗透率来拟合,还应调整其他参数.另外,大庆致密油藏多段压裂水平井实测曲线中的启动压力梯度特征不明显.相关研究结果对致密油大规模多段压裂水平井实测数据解释具有重要的指导意义.      

基于JASON-2测高交叉点的东海有效波高SWAN模拟分析

以JASON-2卫星在上升和下降轨迹中所形成的交叉点的东海局部海域作为研究区域,以3个交叉点作为研究的实验点,SWAN模式基于1'-0.5'(间隔为0.1')的三角形水深网格的分辨率,对东海局部区域模拟2011年1-8月份的波浪数值,并将模拟的结果与JASON-2卫星的有效波高进行对比,结果表明,采用局部加密的三角形网格能够提高波浪数值模拟的精度,在采用有限三角形网格分辨率情况下,模拟精度随着网格分辨率的规律性增加呈现不规则递增现象,同时,设备运算效率会出现指数似的降低。通过对运算结果的统计可知,采用0.6'的三角形水深网格的分辨率获得模拟结果中精度幅度提高最大,同时加密的三角形网格主要对水深梯度较大的东南区域作用效果明显。     

抛弃式探头下沉运动数值计算的网格划分方法研究

各类抛弃式探头下沉运动的数值计算研究都需要对探头表面和整个计算域进行网格划分的前处理过程,选择不同的网格划分方法和划分精度,会影响数值计算速度和计算精度,最终生成的网格质量决定了计算结果的收敛性和准确性。针对抛弃式探头的复杂结构,对比了两种网格划分方法、三种网格划分精度,完成探头计算区域的网格划分,采用k-ε湍流模型,进行抛弃式探头下沉运动的数值计算,并将计算结果与水箱和水库实验结果进行对比,验证了混合网格划分方法和普通精度网格对抛弃式探头下沉运动数值计算的适用性,研究结果对类似较为复杂结构的水下运动体的数值计算前处理过程具有一定的参考和借鉴意义。     

有限元三角网格中波动的频散分析及数值仿真

波动问题有限元离散后会引起数值误差, 数值频散的本质就是数值误差传播引起的非物理解. 数值频散不仅没有实际意义, 而且还会影响对真实波动现象的认识. 为厘清有限元三角网格中波动数值频散的影响因素, 本文推导了集中质量矩阵和一致质量矩阵的频散函数, 同时给出了组合质量矩阵的频散函数, 并对不同质量矩阵的数值频散进行了对比研究. 理论分析和数值计算结果表明: 有限元三角网格中波动的数值频散受网格布局、 波传播方向、 单元网格纵横比以及质量矩阵的影响; 一致质量矩阵的数值频散比集中质量矩阵更易受到波传播方向的影响; 不合理的三角网格单元会对数值相速度(数值频散)产生不良影响; 正三角网格中波动的数值频散几乎不受波传播方向的影响; 一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合能够有效地压制数值频散.      

利用小震与强震震源机制解反演首都圈现今构造应力场

由于首都圈地区近年来布设了较为密集的地震台网, 使得较小地震震源机制的求解成为可能。 本文收集了首都圈地区近50年来大震震源机制以及2002—2004年中小震震源机制解, 采用对不同震级地震进行加权处理的网格搜索法将强震与小震结合对首都圈地区的现今地壳应力场进行反演。 得到了较为精确的首都圈地区各区域的构造应力场。 结果表明: 北京张家口区, 主压应力轴N(43°～86°)E向; 唐山及邻区,主压应力轴N(38°～86°)E向; 邢台区, 主压应力轴N(79°～81°)E向; 本文反演结果与前人结果相似, 表明了研究方法的正确性, 并揭示了现今首都圈地区应力场的整体一致性和分区差异, 对解释首都圈地区的发震背景和地球动力学研究有一定的参考意义。     

层析成像反演速度建模方法研究

本文应用层析成像反演方法优化叠前深度偏移速度模型。阐述叠前深度偏移速度建模流程,详细介绍利用两种不同层析反演方法来优化深度域的层速度模型,对同一实际地震资料速度模型建立的应用效果表明,在资料信噪比较高的地区能提供准确解释层位信息的前提下,模型层析反演优化后的速度模型精度要比网格层析反演优化后的速度模型更高,且稳定性强。      

浅埋隧道掌子面稳定性二维自适应上限有限元分析

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型,以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题,从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题,展开多参数条件下的自适应上限有限元计算,分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系,列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解,揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。     

A three-dimensional semi-implicit unstructured grid finite volume ocean model

A new three-dimensional semi-implicit finite-volume ocean model has been developed for simulating the coastal ocean circulation, which is based on the staggered C -unstructured non-orthogonal grid in the horizontal direction and z -level grid in the vertical direction. The three-dimensional model is discretized by the semi-implicit finite-volume method, in that the free-surface and the vertical diffusion are semi-implicit, thereby removing stability limitations associated with the surface gravity wave and vertical diffusion terms. The remaining terms in the momentum equations are discretized explicitly by an integral method. The partial cell method is used for resolving topography, which enables the model to better represent irregular topography. The model has been tested against analytical cases for wind and tidal oscillation circulation, and is applied to simulating the tidal flow in the Bohai Sea. The results are in good agreement both with the analytical solutions and measurement results.