高阶交错网格有限差分法弹性波叠前逆时深度偏移

为了更好地研究复杂构造和速度分布条件下地震资料的精确成像方法,采用高阶交错网格有限差分法推导了各向同性介质弹性波动方程逆时偏移方程,给出计算所需的稳定性条件、多分量叠前逆时成像原理、吸收边界条件等,提出采用内插旅行时作为多分量记录叠前逆时成像条件,并对倾斜界面模型进行逆时偏移成像试验。偏移结果表明,该方法能够有效地处理复杂条件下的各向同性介质联合弹性波偏移成像问题,使地表接收到的复杂多波多分量弹性波场实现准确归位,理论模型中的倾斜截面和水平界面特征成像均较清晰准确。因此,该方法可为多分量资料叠前成像问题提供参考。

标量声波波动方程高阶交错网格有限差分法

为进一步提高标量声波波动方程正演数值模拟精度,减小数值频散和计算量,改善边界吸收效果,提出将高阶交错网格有限差分法直接用于求解标量声波波动方程的方法,并推导出了时间和空间导数的高阶交错网格有限差分格式,给出了数值模拟计算所需的稳定性条件和吸收边界条件。模型试算结果表明,与传统的中心有限差分法相比,本文方法不仅可以快速提高时空导数的差分精度,而且具有频散小、计算效率高等特点,可推广应用于三维标量声波高精度正演数值模拟和叠后逆时深度偏移。

利用高阶交错网格有限差分法数值模拟VTI介质井孔声场

横向各向同性(TI)介质是岩石地球物理中常见的一种现象,研究其井孔声场传播特征对声波测井理论以及为声波测井解释提供依据具有重要意义。针对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质,根据柱坐标系条件下的弹性波波动方程,推导了速度—应力交错有限差分公式,采用时间二阶、空间十阶的交错有限差分算法对VTI介质中的井孔声场进行数值模拟。给出了在均匀介质中井孔声场不同时刻的波场快照,以及不同各向异性系数的VTI介质中的波场快照,计算了井轴上声源激发出的声波全波列波形。结果表明,在其他条件不变的条件下,VTI地层的各向异性系数的增大对横波的传播影响不大,但会使得纵波在纵向上的传播速度相对变小,径向上变化不大。各向异性系数的增大会使声波测井全波列首波信号时差变大,声波幅度略变小。

二阶各向异性弹性波动方程高阶交错网格有限差分法

通常采用高阶交错网格有限差分法求解一阶双曲型弹性波动方程或用伪谱法求解二阶弹性波动方程以提高局部弹性波场的数值模拟精度,这两种方法尽管能够有效压制频散现象和允许较大的空间步长,但占用的内存较多和计算量较大,而采用低阶中心差分法来求解,不可避免地存在着高频散问题,同时还带来计算过程不稳定现象,为此,提出了采用高阶交错网格有限差分法直接求解二阶弹性波动方程的新思路,推导的高阶差分格式具有计算形式简单,可以推广于求解任意偶数阶时空导数,同时给出计算所需的稳定性条件。在人工边界处采用褶积近似完全匹配层吸收边界条件(CAPML)来吸收衰减边界反射波。从梯状模型的数值结果可以看出,模拟的各种复杂波场清晰准确、精度较高、边界吸收效果好且计算过程稳定,同时指出,比常规方法具有更快速提高数值模拟精度和计算效率的优点。

基于高阶交错网格有限差分法的海洋声场计算

为更好地认识和解释海洋声场的传播规律,基于数值计算的方法对声场的传播过程进行了模拟,给出了二维理想流体介质中的一阶声波方程,推导出相应的高阶交错网格有限差分格式,以及海水自由界面和完全匹配层吸收边界条件(PML)公式,并采用通量校正传输方法(FCT)压制数值色散。通过对海洋声场计算,验证了所采用的自由界面条件、吸收边界条件、FCT,以及声场模拟的正确性。

高阶交错网格有限差分法的地震波场数值模拟

基于地震波波动方程和有限差分法,针对多种不同的复杂地质模型,进行高阶交错网格地震波场模拟仿真研究.首先对地震波波动方程原始形式进行推演,得到一阶速度应力弹性波方程,然后用时空二元高阶交错差分网格的方法对其进行离散化,最后对三层背斜模型、断层模型和含油模型进行了数值模拟实验,获取相应的波场快照和地震道图像进行对比分析,并讨论了差分阶次对于仿真精度的影响.仿真结果表明:算法计算精度准确,计算效率高,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.

弹性波交错网格高阶有限差分法波场分离数值模拟

地震波中的弹性波传播会产生纵波和横波,所以用完全弹性波波动方程进行弹性波波场数值模拟时,只能得到纵横波耦合的混合波场。本文从P波波场为无旋场,而S波波场为无散场的思路出发,推出满足此条件的一阶速度—应力弹性波波场分离方程,并利用交错网格高阶有限差分法对波场分离方程进行数值模拟。模拟实例表明,此方法不但成功地将P波波场和S波波场从混合波场中分离出来,而且这种方法的稳定性好、模拟精度高,可用于弹性波传播规律研究及地震资料处理。

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.

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。

双相各向异性介质弹性波传播交错网格高阶有限差分法模拟

含流体孔隙各向异性介质中的弹性波传播问题是目前石油勘探和地震学研究的难点之一。基于Biot理论,本文提出了二维双相任意倾斜各向异性介质三分量弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对均匀及两层双相VTI介质和TTI介质中的弹性波场进行了模拟。波场快照和合成记录表明:当横波源的偏振方向与TI介质的对称轴存在一定夹角、且耗散系数较小时,在固相与流相中存在快横波、慢横波、快纵波和慢纵波;双相TI介质中横波分裂现象及波前面尖角和三分叉现象与TI介质中的基本相同,只是黏滞相界中弹性波速度有所减小,且具有频散和衰减特性;从直达波转换为反射波后,该波型具有反射波的性质。

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟。结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象。快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小。另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的。

三维各向同性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

给出了三维各向同性介质中一阶应力-速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度有限差分格式,推导出了三维各向同性弹性介质完全匹配层吸收边界条件公式和相应的交错网格高阶有限差分格式。对三维French 模型进行了弹性波模拟,结果表明,该方法模拟精度高,边界吸收效果好。在三维French模型的xoz平面和yoz 平面的弹性波场快照中可以见到断面反射波、侧面反射波和散射波等波场特征。多次侧面反射波和多次散射波说明不同三维构造所形成的波场是相互影响的。

双相TI介质中弹性波交错网格高阶有限差分法数值模拟

应用双相介质波动方程,推导了双相横向各向同性介质(TI)中波动方程的有限差分格式,对双相TI介质中弹性波有限差分数值进行了模拟。结果表明,弹性波在双相TI介质中传播时,除了存在常规的快纵波(qP1)和横波以外,还存在慢纵波(qP2)。并且慢纵波的速度明显小于快纵波,而且受耗散系数的影响衰减地很快,所以在实际中很难观测到慢纵波。快纵波在固相和流相中相位相同,而慢纵波在固相和流相中的相位相反。慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小。

基于递归积分的复频移PML弹性波方程交错网格高阶差分法

常规完全匹配吸收边界(PML)对以近掠射角入射到界面上的波以及低频波、损耗波都会产生虚假边界反射.基于递归积分的不分裂复频移PML算法,利用复频移拉伸函数,极大地改善了 PML边界条件的性能,我们进一步推导出基于递归积分的不分裂复频移PML弹性波方程交错网格高阶差分法,对长条形介质模型进行数值模拟,与常规PML算法进行比较说明该算法对以掠射角入射到PML界面的波以及PML层内损耗波的吸收效果.

三维感应测井响应计算的交错网格有限差分法

应用交错网格有限差分法计算三维复杂环境中的感应测井响应 .其中 ,利用Krylov子空间不变性求解离散得到的大型稀疏复对称线性方程组 .在构造Krylov子空间时使用其系数矩阵的伪逆以改善迭代的收敛性 .迭代中 ,使用不完全Cholesky分解共轭梯度法求解 4个三维Poisson方程以得到新的Lanczos向量 .通常迭代不超过 2 0次可得到理想结果 .另外 ,提出一种新的物质平均公式以计算电导率平均值 ,可保证电流守恒 .

交错网格有限差分法模拟微动信号

为了较好地模拟给定模型在随机源激发下产生的稳定波场信息,为微动信号的检验和数据特征分析等提供理论依据,采用交错网格有限差分方法模拟微动信号,并根据瑞雷波和勒夫波的产生机理,通过测区内震源的分布情况估测微动信号中面波的组成成分。首先建立交错网格有限差分法模拟微动信号的数值模型,然后给出估测微动信号中面波组成成分的算式,最后采用典型方法数值模拟微动信号,应用空间自相关方法提取模拟信号中面波的频散曲线进行分析对比。结果表明,交错网格有限差分方法模拟得到的微动信号更符合实测结果。

多分量感应测井响应的交错网格有限差分法模拟

从电磁响应方程出发,应用交错网格有限差分法推导了三维各向异性地层多分量感应测井响应的差分计算格式,并利用所形成的算法考察了多种环境条件下多分量感应测井的响应规律。计算结果表明,多分量感应测井各磁场分量不仅与地层水平电阻率和垂直电阻率有关,还与仪器方位角、井斜角、井眼轴与地层走向的相对位置有关。根据仪器方位角与井斜角间的关系和各测量量,可反演出地层水平电阻率和垂直电阻率,进而改善电性各向异性储层的含油饱和度评价。计算结果表明该算法是准确可靠的。

粘弹性介质中跨孔波场的交错网格有限差分法正演模拟

井间地震正演模拟技术是研究地震波在井间传播规律的重要手段之一,可以帮助认识井间地震的复杂波场。从二维井间地震波传播波动方程出发,结合初始、边界条件,推导出了交错网格任意偶阶精度差分格式,阐述了非均匀差分网格的实现方法。在此基础上,编制了跨孔波场交错网格有限差分正演程序,并应用该程序对半空间粘弹性跨孔模型进行了正演计算,得到了震源在不同位置时的波场快照及地震记录图。这对于跨孔模型波传播规律的研究,具有重要意义。

各向异性弹性波高阶有限差分法叠前逆时深度偏移

采用高阶交错网格有限差分法算子构建了各向异性介质多分量弹性波动方程的高精度正演模拟和叠前逆时深度偏移的数值离散方程,在正演过程中采用最大绝对振幅能量法实现各向异性介质多分量初至旅行时的计算,并以此作为多分量双程弹性波叠前逆时成像条件,同时给出计算所需的稳定性条件、多分量叠前逆时成像的基本原理、吸收边界条件等,采用凹陷模型合成了共炮点道集,并进行多分量双程各向异性弹性波叠前逆时成像研究,并与对正演炮集进行多分量各向同性叠前逆时成像结果进行对比。计算结果表明,考虑了各向异性弹性波场的矢量特性,能够更为准确地实现叠前多分量弹性波场的成像问题,使地质层位中的断层、断点等复杂目标成像更加清晰准确,并且偏移成像精度较高,因此开展各向异性叠前逆时成像可为当前高精度岩性地震勘探提供方法指导。

基于优化交错网格有限差分法的VSP逆时偏移

相比于常规地面地震资料,VSP地震数据具有波场信息丰富、分辨率和信噪比高等优点;逆时偏移方法基于双程波波动方程,被认为是目前成像精度最高的地震资料偏移成像方法,二者相互结合,有利于精确刻画井旁构造以及识别地下复杂地质构造。本文从二维变密度声波波动方程入手,研究基于优化交错网格有限差分法的VSP数据高精度逆时偏移方法。针对逆时偏移的不同方面,采用优化交错网格有限差分法进行高精度波场延拓,采用PML吸收边界条件压制由人工截断边界造成的边界反射,采用有效边界存储策略降低波场存储需求,采用震源归一化零延迟互相关成像条件进行高精度成像,采用高阶拉普拉斯滤波方法压制低频成像噪声。模型测试结果表明:本文方法能够实现VSP数据的高精度逆时偏移成像,相比于常规地面地震数据的逆时偏移,VSP数据的逆时偏移能够更加精确地识别如高陡构造、速度变化剧烈构造等地下复杂地质构造,验证了方法的有效性。