基于等效慢度的快速推进法求解三维地震波走时

走时计算在地震学以及勘探地震学中具有广泛的应用.快速推进法是一种快速求解地震波走时的方法.但是,由于波前面在震源附近存在较大曲率,采用传统方法会产生较大误差.为了解决这个问题,我们提出了基于等效慢度的快速推进法求解地震波走时.该方法采用了“以直代曲”的思想,定义等效慢度为走时与点到源点直线距离的商.这种处理方式其实是把走时场的复杂度或曲率信息部分转移到具有解析解的距离项上,使得等效慢度具有更小的曲率半径,并且等效慢度场的分布更加光滑.使用差分格式对等效慢度进行离散求解代替传统方法对走时的离散求解,在得到等效慢度以后,用距离乘以等效慢度得到该点的走时,可以获得更高的精度.最后,通过数值算例的精度和效率分析,验证了算法的有效性.

地震波走时场模拟的快速推进法和快速扫描法比较研究

地震波走时信息在叠前偏移、叠前速度分析、地震层析成像、走时反演及地震定位等中都有重要应用.快速推进法因其理论完善、精确灵活,无条件稳定,近年来已在走时计算领域得到广泛应用.快速扫描法作为求解一阶非线性双曲型偏微分方程的高效方法,已在图像处理、计算机视图、控制论等领域得到有效应用,且在走时计算方面有所应用且展现了广泛的应用前景.本文介绍了两种方法的基本原理且(通过均匀介质模型、局部低速体模型和Marmousi模型)把两种方法做了详细对比.研究结果表明:1)基于逆风差分格式的快速推进法和快速扫描法对纵横向速度变化很大的不均匀介质依然有很好的稳定性和适用性,均可以准确地计算地震波初至走时;2)对于相同的模型和在相同的计算条件下,两种方法的精度相当,但快速扫描法所耗的CPU时间较快速推进法明显减少,效率显著提高.

基于复程函方程和改进的快速推进法的复旅行时计算方法

直接对复程函方程进行数值求解计算地震波复旅行时存在困难,因为复程函方程融合了复旅行时实、虚两部分。本文结合扰动理论和梯度点积而形成的一种最优化方法,使数值求解复程函方程来计算复旅行时成为可能。为了将这种计算方法应用于弯曲射线,引入了不等距迎风差分法,并提出了改进的多点起算快速推进法的方案,对以弯曲射线为边界的区域进行处理,从而准确求取复旅行时。数值结果表明,本文的计算方法和处理策略是有效的。

复杂地表条件下快速推进法地震波走时计算

为获得计算复杂地表条件下地震波走时的方法,对常规快速推进法(Fast marching method,简写为FMM)做了两点改进:①引入不等距差分格式,用于地表和界面处的局部走时计算;②增加新的网格节点类型,用于实现不规则边界条件下的窄带技术.通过对算法的计算精度、效率及实例的分析可得,算法计算精度高,其中反射波走时计算的精度高于初至波;不会因为处理不规则边界而引入过多额外的计算量;能灵活稳定地处理各种强起伏复杂地形、近地表及地下复杂介质等问题.计算结果满足复杂地表条件下地震波的传播规律.

快速推进法计算精度分析及改进

讨论了差分格式,网格间距,速度等因素对快速推进算法(FMM)计算精度的影响。对均匀模型的计算表明,在网格间距不变的情况下,一阶差分格式的计算误差明显大于二阶差分格式计算误差;在差分格式不变的情况下,网格间距越大,误差越大,二者基本成线性对应关系。速度和误差分布也近似成对应的线性关系。提出了对炮点周围网格进行局部精细处理,可以获得全局上的更高计算精度的处理方法。数值实验表明,在同样差分格式和网格间距下,该方法可以获得较以前方法数倍以上的精度。另外,在保证精度的前提下,采用该方法,可以加大网格间距,从而提高了计算效率。

基于高精度波前快速推进法的页岩气储层动用分析

为了快速准确模拟页岩气储层开发过程中的动用情况,利用高精度波前快速推进法对波前运移程函方程进行求解,通过复合线性流模型对多级压裂水平井模型中的气体流态进行分区,实现飞行时间与真实时间的换算,得到储层动用随时间变化示意图及储层动用范围与时间的定量关系.对比波前快速推进法与高精度波前快速推进法的计算结果,发现在相同时间内,利用高精度波前快速推进法计算时储层动用范围更大.在裂缝总长相等的情况下,通过对比不同裂缝形态下的储层动用发现,在裂缝间的压力达到连通前,储层动用程度与裂缝形态无关;当裂缝之间压力连通后,储层动用与裂缝形态密切相关.

基于完全三叉树的快速推进法地震波走时计算

快速推进法(简称FMM)在地震波走时计算中有着精度高、效率高的特点,但窄带扩展每次都要寻找最小走时。当网格节点较多时,寻找最小走时非常耗时。在保证精度的前提下,为了提高计算效率,笔者对堆排序的排序方式做了改进,将完全三叉树排序方法引入到快速推进法地震波走时计算中。模型试算结果表明,基于完全三叉树快速推进法计算出的地震波走时与用完全二叉树方法的精度一致,且前者比后者效率提高约10%。

波前快速推进法起伏地表地震波走时计算

波前快速推进法(FMM)是一种快速、准确而稳定的走时计算方法,它不仅计算速度快、灵活性好,而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定的特点。常规的走时计算基本都是基于水平地表,这限制了方法在山区、丘陵等起伏地表地区的应用。以FMM为基础,提出了一种在复杂地质条件下计算起伏地表起伏界面地震波走时计算方法。理论模型的计算结果表明,该方法对于复杂地质条件下的走时计算是切实可行的。

基于波前快速推进法的页岩气储层动用预测

对非常规能源尤其是页岩气藏的开发越来越受到人们的重视,然而,目前对页岩气藏动用情况的预测还有待提高。波前快速推进法是一种可以快速高效地预测波前运移情况的方法,在考虑页岩基质吸附解吸特性,及基质孔隙中气体的滑脱作用影响的前提下,利用Van Kruysdijk提出的多段压裂水平井的复合线性流模型,将储层划分不同的流动区域,并分别建立基质与裂缝的程函方程,基于波前快速推进法求解程函方程,从而达到对多段压裂水平井页岩气储层的动用进行预测的目的。绘制了储层动用情况与时间的关系图,对比了考虑解吸和滑脱与不考虑解吸和滑脱的储层动用情况。结果表明,滑脱效应加快了储层的动用速度对储层动用影响较大,而解吸作用降低了储层的动用速度对储层动用影响较小。

波前快速推进法三维走时计算技术

三维叠前深度偏移简称 3DPSDM ,是解决复杂构造和强速变化条件下地质体成像问题的有效工具 ,走时计算是其配套技术。波前快速推进算法是一种非常快速、准确稳定的计算走时的方法 ,不仅计算速度极快 (大约比有限差分法快 4～ 5倍 ) ,而且对任何复杂速度场都具有无条件稳定性。该算法可用于三维克希霍夫叠前偏移、三维克希霍夫叠后偏移、三维速度分析和三维克希霍夫正演模型计算等。根据此算法 ,在SGI并行机上研制了并行计算软件 ,并对其进行了基准点测试。同时 ,还给出了SEG

基于三维多模板快速推进算法的复杂近地表射线追踪

起伏地表条件下的高效高精度射线追踪方法是三维层析速度建模的关键技术。首先将多模板快速推进算法(MSFM)扩展到三维起伏地表条件下的走时计算。该方法通过变换坐标系引入6个三维差分模板,综合考虑坐标轴方向和对角线方向的信息,在较少增加计算成本的同时显著提高了计算精度。在MSFM的基础上,采用三线性插值和Runge-Kutta方程求取走时梯度,并从接收点开始向激发点沿走时梯度反向追踪得到射线路径。三维均匀模型和复杂近地表模型的测试应用表明,基于三维多模板快速推进算法的射线追踪方法要优于基于传统快速推进算法(FMM)的射线追踪方法。

基于波前快速法的页岩气藏重复压裂储层动用评价方法

页岩气藏在初次压裂之后,产量会快速下降,目前通常采用的稳产措施是重复压裂,因此需要对储层动用体积进行定量评价,并对重复压裂的参数进行优化,即建立适用于页岩气藏的重复压裂储层动用评价方法,以保证重复压裂效果。文中引入重复压裂时机和流动系数等参数,建立了适用于重复压裂开发效果评价的波前快速推进法,可以快速有效地定量评价重复压裂前后页岩气藏的储层动用体积,优选了重复压裂时机,研究了重复压裂方式对储层动用体积的影响。结果表明:在初次压裂后第2年进行重复压裂,储层动用效果最好;提高储层动用效果最好的重复压裂方式是缝内暂堵转向,封堵老缝、补压新缝和改善老缝导流能力的效果较差。研究成果对同类页岩气藏重复压裂优化设计具有借鉴意义。

反射波法隧道超前地质预报地震波走时模拟研究

隧道施工安全常常由于复杂的地质情况面临着巨大的挑战,反射波法地震勘探具有探测深度大、抗干扰能力强等优点,是确保隧道施工安全的重要超前地质预报手段。反射地震波走时计算与地震数据处理中的纵横波分离、速度建模、偏移成像等多个步骤息息相关,直接影响着隧道地质预报的结果。本文将仿照反射波法隧道超前地质预报的实际施工区域进行速度建模,以求解程函方程为基础,结合快速推进法(FMM)中的迎风有限差分方法以及窄带扩展技术实现针对隧道模型的初至地震波走时模拟。并通过对隧道模型中反射界面位置信息的提取,构建反射波初始窄带以及结合窄带扩展技术实现针对隧道模型反射波走时的计算。通过数值分析以及复杂隧道模型计算表明,文中给出的反射波法隧道超前地质预报地震波走时模拟具有良好的计算精度以及较强的适应能力。

基于深度神经网络EikoNet走时计算方法及应用

地震波走时计算在层析成像、偏移成像和微震定位等地震学领域中都有重要作用.使用有限差分方法求解程函方程是地震波走时计算的重要方法之一.常规程函方程求解方法需要计算每一个震源激发的走时场,随着网格数量的增加会消耗大量的时间和存储空间.本文介绍了基于深度神经网络的EikoNet走时计算方法,该方法构建了一个包含速度和走时场偏差之间关系的深度神经网络,通过在三维空间中采样生成训练样本,以给定的速度模型为标签实现训练过程中对网络的优化,在计算走时过程中,能传递关于地震波场和速度结构的信息,而且高度适用于GPU,可以无网格地快速确定三维域中任意两点之间的走时,大大提高了计算效率并降低了内存消耗.EikoNet方法和常规快速推进法(FMM)在几个速度模型上的数值实验表明EikoNet方法在保持高精度的同时还具有更高的效率.

扩展有限元方法及应用综述

扩展有限元(XFEM)是在标准有限元方法的框架下,提出来的一种用于解决裂纹、孔洞、夹杂等间断问题的数值方法。在有限元的近似函数中,增加能反映待求问题间断特性的附加函数项,采用水平集方法(LSM)描述间断面的几何特性及其移动规律。扩展有限元方法与标准有限元方法相比,具有计算精度高、勿需网格重构等特点。本文综述了扩展有限元的理论基础及近年来的研究进展和应用情况。第1～4节论述了扩展有限元方法所涉及的理论基础;第5节对制约扩展有限元发展的两个问题及其修正方法进行了讨论;第6节和第7节分别介绍了扩展有限元程序实现及其在各领域的应用情况;最后,第8节对可进一步开展的研究工作进行了展望。

曲线坐标系程函方程的求解方法研究

笛卡尔坐标系中经典的程函方程在静校正、叠前偏移、走时反演、地震定位、层析成像等许多地球物理工作都有应用,然而用其计算起伏地表的地震波走时时却比较困难.我们通过把曲线坐标系中的矩形网格映射到笛卡尔坐标系的贴体网格推导出了曲线坐标中的程函方程,此时,曲线坐标系的程函方程呈现为各向异性的程函方程(尽管在笛卡尔坐标系中介质是各向同同性的).然后尝试用求解各向同性程函方程的快速推进法和Lax-Friedrichs快速扫描算法来分别求解该方程.数值试验表明未加考虑各向异性程函方程与各向同性程函方程的差别而把求解各向同性程函方程的快速推进法直接拓展到曲线坐标中的程函方程的做法是错误的,而Lax-Friedrichs快速扫描算法总能稳定地求解曲线坐标系的程函方程,进而有效地处理了地表起伏的情况,得到稳定准确的计算结果.

提高水平集方法初始化计算速度的研究

本文对水平集方法的初始化步骤进行了改进。在水平集方法中，初始化是一个很重要的步骤。它包括计算图像平面中每个点的初始水平集距离，同时找到与当前点距离最近的曲线上的点。这是一个费时的过程，影响到整个水个集方法的计算速度。本文基于快速推进法提出了一种快速初始化方法。这种方法只需要Ｏ（Ｎ）的时间就能够遍历所有的图像点，完成初始化。最后，对三种不同的初始化方法：直接法、快速推进法和本文的方法在计算速度上作了对比。实验表明，最终得到理想的分割结果的情况下，本文的方法在时间上优于其他两种方法。

基于Fast Marching方法的多机器人追捕算法

多机器人系统的追捕-逃跑问题是人工智能领域一个非常重要的问题。本文为实现多追捕者协作追捕逃跑目标,提出了一种基于Fast Marching方法的多机器人协作追捕策略。追捕过程中,追捕者数量多于逃跑者的情况下,协助追捕者通过构造"活跃区域"与主追捕者的合作,实现一种压迫式的追捕策略。

基于L-BFGS理论求解复程函方程的地震波复走时计算方法

地震波复走时在处理几何射线理论面临的焦散问题有着重要作用。为了获得一种精度高且更为高效的复走时计算方法,将L-BFGS最优化理论引入分离的复程函方程中用于求取等效虚慢度,直接利用复走时实部、虚部正交的条件为目标函数,减少了梯度矩阵的一次乘积,利用计算梯度的正演部分作为复走时计算部分,得到了一种求解复程函方程的L-BFGS快速推进复走时计算方法。通过对解析法、动力学射线追踪法、高斯牛顿—共轭梯度快速推进法、L-BFGS快速推进法计算结果的精度和效率分析,表明L-BFGS快速推进法在精度和效率上均具有一定的优越性,也能适应在实际应用中的大规模计算需求。

一种致密气藏生产动态分析新方法

致密气藏常采用多段压裂水平井技术进行储层改造以实现商业开发,目前主要有三种致密气藏动态分析方法:解析法、半解析法和数值模拟法。解析法和半解析法运算速度较快但仅适用于均质储层,数值模拟法可以准确地计算非均质储层的复杂几何形状井(如压裂水平井)但费时费力。为提高致密气藏动态分析的准确性和高效性,提出一种针对致密气藏压裂水平井的动态分析半解析新方法,即快速推进法(Fast Marching Method,简称FMM)。首先考虑气体的高度压缩特性,建立致密气扩散方程。然后根据快速推进法求解压力波的传播时间,进一步结合几何近似法量化泄气体积随时间的变化关系。接着采用商业数值模拟软件CMG验证了新方法的准确性和可靠性,结果表明,基于快速推进法的动态分析方法比常规动态分析方法准确,比商业软件计算速度提升了10%以上。最后阐述了快速推进法开展致密气藏压裂水平井动态分析的工作流程。快速推进法对构造条件简单的致密气藏生产动态分析,具有很好的应用价值。