煤储层各向异性地震波场模拟

对中国煤层的裂隙系统进行了系统分类;阐述了各类裂隙的主要成因。基于二维二分量各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对各向同性介质模型和高裂隙密度(含干裂隙和饱和水裂隙)煤层的二维层状模型进行了弹性波场数值模拟。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底、界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。含气和含水裂隙煤层中在x分量和z分量表现为极性相反,而且含水裂隙煤层中的波速比含气裂隙煤层的波速要快。因此,应用各向异性理论研究煤层裂隙的特征是可能的。

两组任意夹角倾斜裂缝介质地震波场模拟

两组任意夹角的倾斜裂缝在自然界中具有普遍性,本文针对两组任意夹角的倾斜裂缝介质模型,采用交错网格高阶差分法进行地震波场二维三分量数值模拟。根据Hudson理论和Bond矩阵变换得到裂缝型储层在观测坐标下的弹性系数,对比了在本构坐标和观测坐标下地震波场之间的差异,分析了不同方位角下炮记录波场特征、不同炮检距方位角道集上的波场特征,以及改变裂缝夹角后在方位角道集记录上的响应特征。研究表明,裂缝型储层的各向异性特征是裂缝的综合反映,各向异性的强弱不仅与裂缝的发育强度有关,还与裂缝发育的复杂程度有关。通过对方位各向异性介质数值模拟和波场特征的分析,可为方位各向异性介质的裂缝反演提供理论基础。

用于地震波场模拟的变网格边长声格固体模型

提出一种新的用于地震波场模拟的变网格边长声格固体模型（Phononiclatticesolidwithvariousgridlength，简称PLSVL模型）．该模型通过改变不同介质中网格的边长来体现介质速度的变化，粒子在所有网格中的运动均保持每一步运行一个网格边长．详细推导了该模型的Boltzmann方程，证明该方程及其散射项的表达式与PLS模型相同，因而从该方程出发，可寻出宏观变量所满足的波动方程．新模型在同种网格内部的传输过程不存在误差，在界面产生的误差不会随时间而积累．本文同时给出了一个理论模型的波场模拟结果．

声格固体模型地震波场模拟

PeterMora为模拟复杂介质中的纵波，提出了声格固体模型，即在格子Boltzman模型基础上引入变速粒子而建立的细胞自动机模型，从而为利用这种方法模拟地震波场奠定了理论基础。文中简要介绍了PeterMora的声格固体模型的基本理论框架及差分算法，同时还介绍了黄联捷的插值算法。笔者的工作在于提出吸收边界的处理方法，并给出一个非均匀介质模型的数值模拟结果。由于此法允许在每个网格点上的状态可同时更新，因而适合在大型并行机上实现。对于波阻抗和形状变化剧烈的介质，不必作渐变和平滑处理，表明该法是有潜力的。

有限元金属矿地震波场模拟中三角网的自动剖分与模型编辑

区域的剖分及单元参数的赋值对于有限元模拟技术是一项十分烦琐的工作，特别是对于模型非固定的情况，本文针对这一问题进行了研究，在ＶＢ环境下，实现了分区三角网自动剖分及模型的编辑，为复杂金属矿地震模型的波场模拟提供了有效的工具。

复杂构造地震波场模拟

本文介绍了声学波动方程的基本理论,并使用高阶交错网格有限差分算法对塔里木盆地库车坳陷逆掩推覆构造进行数值模拟。通过声学波动方程对逆掩推覆构造模型进行正演和逆时偏移,表明高阶交错网格有限差分法具有高效、精确、实用的特点,具有广阔的应用前景和实际意义。

用于地震波场模拟的PML边界衰减因子研究(英文)

在地震波场数值模拟中,为了消除由人为边界产生的边界反射,需要引进边界吸收条件。本文从声波方程完全匹配层吸收边界的经典方法出发,基于高斯函数任意阶光滑的特点,提出了一种高斯型衰减因子,分析比较该因子与一般衰减因子的性质,并基于均匀与层状速度模型分别进行了数值模拟计算。数值结果显示,当选择相同的PML边界吸收层层数时,高斯型衰减因子的吸收效果明显优于一般的衰减因子,边界反射更少,信噪比更高;对比最近提出的正弦型衰减因子,在信噪比接近的情况下,高斯型衰减因子所需的PML吸收层层数更少。

格子Boltzmann方法地震波场模拟

格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法是细胞自动机在某些学科中的具体化和应用．它根据微观运动过程的某些基本特征建立简化的、时间和空间完全离散的动力学模型．这种模型的平均行为符合宏观的微分方程．从微观入手的Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法建立起来的模型源于分子运动论，因而它保持了分子动力学的一些优点，如物理图像清晰、边界容易处理、完全并行等．主要讨论了格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法对二维介质正方形网格下的地震波场进行模拟，并对模拟结果进行了初步的分析和讨论．

二维声波高阶有限差分地震波场模拟

地震波场模拟在难度不断增大的地震勘探研究中扮演着重要的作用,而有限差分方法因其计算速度快,占用的内存小等优点从中得到广泛的应用。本文重点讲述了二维高阶有限差分方法的基本原理,建立了空间模型加以分析,并通过建立二维地质模型,模拟地震波场的传播过程,最终得到震源点处的地震记录。

基于高阶交错网格有限差分的隧道超前探测地震波场模拟

为解决地面勘探中直接采用数值模拟方法产生的运算速度慢、边界吸收效果差、频散严重等一系列问题,提出一种针对隧道超前探测的正演模拟方法,包括:利用高阶交错网格有限差分求解一阶速度-应力弹性波方程来获取任意时刻的波场信息,选择合适的网格精度和差分阶数满足稳定条件,使用一种新衰减函数的PML吸收边界来处理人为边界造成的反射问题,利用交错网格和FCT通量传输矫正法抑制频散。通过建立非均匀介质倾斜层状隧道模型和空洞隧道模型,对上述方法进行仿真模拟,得到清晰的波场和道集数据,证明上述正演方法的可行性。

三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟

有限差分法在三维粘弹性复杂介质正演模拟地震波的传播中对计算机内存和计算速度要求比较高,单个PC机或工作站只能计算较少网格内短时间的波场。本文介绍一种基于MPI的并行有限差分法,可在PCCluster上模拟较大规模三维粘弹性复杂介质中地震波传播时的波场;可预测地震波在此类条件下传播时的运动学和动力学性质。对于更好地理解波动传播现象,解释实际地震资料及反问题的解决等均具有重要的理论与实际意义。

模拟地震波场的伪谱和高阶有限差分混合方法

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方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算.本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的伪谱/有限差分混合方法.该方法在一个空间坐标方向上利用交错网格高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用交错网格伪谱法算子,既保留了后者的高效、高精度优势,又便于在PC集群上实现并行计算.对二维模型的计算显示,混合方法能有效处理介质不连续面,在保证伪谱法计算精度的情况下,提供了一种并行计算的可能途径.

虚谱法交错网格地震波场数值模拟

提高空间差分精度、有效压制人为边界反射是波动方程波场模拟的关键。虚谱法利用模型空间的全部信息对波场函数进行傅里叶变换,可以得到精确的波场空间导数,使数值频散效应减弱,进而实现宽频带地震波场模拟。阐述了求解弹性波波动方程的方法原理,讨论了数值模拟中Gibbs效应和边界反射问题的解决方法,即在半网格点处计算空间导数并采用最佳匹配层边界条件。设计了5层水平层状介质模型,讨论了虚谱法的模拟精度和计算效率,试算表明,适当增大差分网格和时间延拓步长不会影响计算精度,但计算效率可以得到大幅度提高。分别采用不同的差分方法对Marmousi2模型和SEG/EAGE模型进行数值模拟,结果表明,虚谱法交错网格模拟结果信噪比高,在同等模拟精度条件下较其它方法具有更高的计算效率。

基于射线理论的地震波场模拟

该文针对地震波场的模拟问题,提出了一种基于射线理论的计算方法,走时采用差分格式进行计算,振幅采用Maslov射线理论计算,并对该算法的具体实现进行了详尽地描述,还对理论模型进行了试算。计算结果表明,方法是有效的。

利用有限正弦和有限余弦变换模拟地震波场:声波方程

研究了一种利用有限正弦和有限余弦变换解变密度声波方程的方法,它的基本思想有下列4点:(1)对声波方程两端进行关于一个或多个变量的有限正弦或有限余弦变换;(2)将待求波场的Fourier正弦或余弦级数表达式代入到经过变换后的波动方程之中,进而得到级数表达系数所满足的微分方程式;(3)分别对时间和未作变换的空间导数进行有限差分或其它形式的近似,得到变换系数所满足的离散(矩阵)方程;(4)将通过解离散(矩阵)方程而得到的变换系数代入到相应的反演公式中去,用求和的方式得到待求波场的数值解。与其它方法相比,利用有限正弦和有限余弦的优点在于可以无限制地扩展变换方向的计算区间和可以处理任意变化的速度和密度结构而不明显地增加计算量。

地震波数值模拟的非规则网格PML吸收边界

以格子法为基础,以声波方程为例研究非规则网格PML(Perfectly Matched Layer)方法.本方法的核心是建立局部坐标系下的分裂方程和基于积分近似的微分方程弱形式.该非规则网格模拟方法允许在计算域内设置任意形状的人工边界.对于二维半空间问题,与采用矩形人工边界相比,采用半圆形人工边界可减少计算量20%以上.采用光滑的曲边界,不仅可减少计算区域,还可避免常规的PML吸收边界在吸收带角点区域的特殊处理.本方法事先计算和存储边界单元的局部几何参数,在计算的每一时间步查表调用这些参数,与常规的直边界PML方法相比,不增加任何计算量.

反转构造模型的地震波模拟及成像

为了检验由地震剖面解释得出的反转构造的可靠性 ,探讨反转构造地区在地震数据采集、处理中应采用的有效方法 ,设计了一个典型的反转构造模型———突起构造。以该模型为基础 ,针对复杂构造地震波模拟中常见的数值频散严重、人为边界反射吸收不理想两个问题 ,应用高阶差分法以及一种新的边界吸收条件 ,对反转模型进行了地震波场数值模拟和深度偏移成像处理。采用中心放炮两边接收的观测方式 ,共模拟了 185炮地震记录。研究表明 ,波动方程高阶差分法是模拟复杂构造模型中地震波传播的有效方法 ,除了近于直立的断层因难以接收到其反射波而较难成像外 ,其余的反转断层及其组合在理论上是可以通过合适方法 (如Fourier有限差分深度偏移 )较好地成像的。

地震波传播的三维伪谱和高阶有限差分混合方法并行模拟

基于交错网格伪谱法和高阶精度有限差分方法,发展了模拟非均匀介质地震波传播的三维伪谱和有限差分混合算法.该方法在两个水平方向利用交错网格伪谱算子计算空间微分,保留了该方法高效、高精度的优势,在垂直方向采用交错网格高阶精度有限差分算子实现空间微分计算.利用有限差分方法的局部性特征,将三维计算区域在垂直方向上划分为一系列子区域,并分配给不同的处理器,实现了在并行计算机集群上的三维并行计算.通过模拟算例,与离散波数法比较,检验了该算法的精度.为了检验该方法的实用性,在64个处理器上,对三维沉积盆地模型进行了67108864个网格点的并行计算,模拟的波场主频率为1.25Hz,讨论了沉积盆地深度对三维沉积盆地地面运动的影响.

火山岩的地震波场特征及其岩相的识别方法

随着松辽盆地深层火山岩气藏勘探的逐步深入,发现很多火山岩相均为深层天然气储层。为了准确认识火山机构各岩相的地震响应特征,对火山机构进行了随机介质建模,采用二维波动方程模拟的方法正演了火山岩相的地震波场特征。模拟结果表明:火山爆发相表现为高频杂乱的地震相特征,火山溢流相表现为低频弱连续的地震相特征;趋势相位能够较好地反映火山岩相波场的频率特征,利用趋势相位圈定火山岩相的实际应用效果较好。

基于图形处理器的伪谱和高阶有限差分混合方法地震波数值模拟

伪谱和高阶有限差分混合方法,在垂直方向采用交错网格有限差分算子,利用其并行程度高的特点,在水平方向采用伪谱算子,保留其高精度的优势,是计算地震波场的有效方法.图形处理器(graphic processing unit,简写为GPU)由于其高度并行性,在计算此类问题中有显著的优势.由英伟达(NVIDIA)公司推出的统一计算设备架构(compute unified device architecture,简写为CUDA)平台极大地简化了GPU编程的难度.为提高计算效率,本文实现了基于CUDA平台的混合方法二维地震波场模拟.然后基于二维均匀介质模型将CPU与GPU版本的运行时间进行对比.实际测试结果表明,基于CUDA的并行模拟方法在保证计算精度的同时显著地提高了计算速度,为开展大规模非均匀地球介质地震波传播数值模拟提供了一种可选的方法.