基于自适应网格的仿真型有限差分地震波数值模拟

在复杂山地和复杂海底条件下,地表和海底的剧烈起伏对地震波数值模拟提出了更高的要求.常规有限差分法采用矩形网格对模型进行网格剖分,由于矩形网格自身的限制,起伏地表或起伏海底只能由一系列阶梯状折线代替,从而引起人为虚假绕射波.此外,在模拟液-固界面的反射波时,如果界面与网格线不一致,则需要更密的网格才能得到精确的结果.为了解决上述问题,本文将自适应网格生成技术引入到起伏海底速度模型的网格剖分中,采用高阶仿真型有限差分法(MFD)对曲线坐标下的声波方程波进行了数值模拟.利用自适应网格生成技术对速度模型进行网格剖分不仅可以准确地描述模型边界,而且可以有效消除虚假绕射波.高阶仿真型有限差分法可以有效压制频散提高计算精度.模型试算结果表明,本文方法对复杂海底模型具有很好的适应性.

起伏地表贴体全交错网格仿真型有限差分正演模拟

为了精确模拟起伏地表下的波场特征,本文发展了曲线坐标系下基于仿真型有限差分的贴体全交错网格正演模拟算法。本算法主要有三个优势:1采用贴体网格离散起伏地表,不仅消除了阶梯离散问题,还可适应剧烈起伏情况;2将全交错网格引入到曲线坐标系中,避免了标准交错网格的插值误差和同位网格中奇偶失联引起的高频振荡现象,提高了模拟精度,且减小了算法实现的复杂度;3引入仿真型差分算子实施曲线坐标系下的自由边界条件,使边界和内部具有相同的差分精度,从而进一步提高了模拟精度,且与牵引力镜像法相比具备了更可靠的理论基础。模型试算结果表明:本文算法结果和解析解几乎完全吻合,具有较高的模拟精度,能够适应各种复杂模型;具有宽松的频散条件,在相同精度下本文算法所允许的网格间距比同位网格的网格间距更大。