一种适于强横向变速的高阶差分正演模拟方法

波动方程正演模拟法相对于射线法具有精度高、效率低的特点。为了提高其效率 ,提出了一种高阶差分正演模拟方法。该方法考虑了速度场局部的强横向变化 ,适于复杂介质的正演模拟 ;在相同精度下 ,高阶差分的空间横向间隔可取为低阶差分的 2～ 4倍 ,有较高的计算效率 ;高阶差分加上合适的边界条件能较好地解决网格频散和边界效应问题。通过对Marmousi模型的试算 ,验证了该方法对复杂速度模型的适应性、有效性和实用性。     

双相介质中储层波场特征数值模拟研究

根据双相介质弹性波方程,并对弹性波方程进行分离得到了膨胀波方程。利用高阶差分对膨胀波方程进行数值模拟,边界处理采用完全匹配层的吸收边界条件,算法实现了任意高阶差分和自动加载边界条件的纵波方程正演模拟。计算结果表明,在双相各向同性介质中存在快纵波、慢纵波,两种纵波有明显的区别,快纵波的速度远大于慢纵波的速度。在分界面上,快纵波要产生透射快纵波、透射转换慢纵波,反射快纵波、反射转换慢纵波。慢纵波具有很强的衰减性,耗散系数越小,慢纵波越明显,反之亦然。该算法的高阶差分形式可以显著地降低数值频散,有效提高地震波正演计算的精度,适应性好,操作简便灵活。     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时，其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程，则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式，推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式，并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Mannousi模型进行了数值模拟试验，并与伪谱法进行了对比。结果表明，一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近，计算效率高，且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场。     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。     

反射波地震层析成像算法研究

反射波地震层析成像技术广泛应用于地下精细构造和目标的堪测，其分辨率由正反演方法的精度决定。提出了一种精度更高的反射波射线追踪法作为层析成像的正演算法，小生境遗传算法的引入较好避免了复杂介质反演成像中容易陷入局部极值的问题。数值模拟结果表明，提出的反射波地震层析方法可反演地下介质的层速度和界面形状，且精度较高、收敛性好。该正反演方法可应用于海底不规则界面的探测。     

三维混合延拓一步法波动方程正演模拟

提出三维相位移加有限差分混合延拓法,以此为基础,实现速度纵横向变化、构造任意复杂的三维介质一步法正演模拟,为三维复杂波场的地震、地质解释提供了精确、实用的方法。对于二维介质,相位移延拓方法对陡倾斜地层成像精度高、稳定性好、计算快,但实现速度的横向变化困难;而频率、空间域的有限差分法算法简单、稳定性好、能适应速度的纵横向任意变化,但偏移陡倾地层存在很多问题。用快速的４５°有限差分对相位移延拓作补充,能使整个延拓过程既适应速度的纵、横向变化,同时也能够得到陡倾地层的精确归位,通常称为混合法。把混合法的思想推广到三维一步法正演模拟之中,发展出一种新的三维正演模拟方法。该方法在延拓过程中,不作任何时深转换,始终在深度域进行,比在时间域作正演有更高的精确度。     

优化的时空域等效交错网格有限差分正演模拟

地震波有限差分数值模拟中,使用优化的差分系数可以有效地减少数值频散(相速度误差)。为了同时压制空间频散与时间频散,提出一种时空优化的等效交错网格有效差分正演模拟方法。采用以减少给定波数范围内所有传播方向的相对频散误差为目标函数,并借助牛顿法快速获取优化的差分系数。频散分析表明等效交错网格正演在低速介质中容易出现空间频散,在高速介质中高波数分量容易出现时间频散,数值模拟显示该方法既能有效地压制空间频散,也可以减少时间频散。Marmousi模型测试表明该方法适用于复杂地质模型的地震波场正演模拟。相比传统差分方法,该时空优化差分方法在不增加计算量的前提下,可以有效地提高数值模拟精度。     

预处理共轭梯度法在电磁正演中的应用

对于电磁场中的正演数值模拟,不论采取何种方法,最后都演变成求解一个规模庞大的线性方程组;而方程组的解法对数值计算的求解效率及精度起很大的决定作用。利用Pascal矩阵预处理共轭梯度法,克服了复线性方程组中系数矩阵病态特性和加快收敛速度,不但提高了正演计算速度和精度,而且保证了求解的数值稳定性及高效性。经粗细网格不同剖分方式验证,该算法可行有效。     

复杂地表条件下的地震波场模拟方法研究

克服常规非零炮检距地震波场模拟只能采用双程波动方程的限制,以等时叠加原理为基础,提出了一种新的适用于复杂地表条件的基于单程波动方程的频率域地震波场模拟方法.该方法采用频率域单程波动方程延拓算子进行波场延拓,利用等时叠加原理进行波场成像,不仅具有很快的计算速度,而且可以得到高信噪比的模拟记录,仅包含一次反射波和不规则点的绕射波,不包含直达波、多次波等干扰波.实际模型的正演数值模拟和叠前偏移结果都证明了该方法的正确性和有效性.     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时 ,其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程 ,则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式 ,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式 ,并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Marmousi模型进行了数值模拟试验 ,并与伪谱法进行了对比。结果表明 ,一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近 ,计算效率高 ,且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场