简介：传统上，有限差分的差分系数一般可以通过泰勒级数展开法或优化方法来极小化频散误差得到。基于泰勒级数展开的差分法在有限的波数范围内精度较高，但在这个范围之外会产生较强的数值频散；基于最小二乘的优化有限差分法能在更大的波数范围内达到较高的精度，并可以在较小的计算需求内获得全局最优解。本文将基于最小二乘的优化有限差分法从二维正演模拟推广到三维，形成了计算效率高、高精度范围宽、适合并行计算的三维声波优化有限差分方法。频散分析及正演模拟表明本文发展的有限差分方法可以很好地压制数值频散。最后，将本文发展的有限差分方法应用到三维逆时偏移的震源波场延拓和检波点波场延拓中，并结合有效边界存储策略与checkpointing技术在GPU集群上实现三维逆时偏移以提高计算效率、减少存储量。三维逆时偏移试算结果表明本文三维优化有限差分方法与传统的有限差分法相比可以获得更高精度的偏移成像结果。

简介：传统的AVO正演只考虑了单。界面的反射系数对地震波波场振幅的影响，忽略了地震波在介质中传播的各种传播效应。通过引入地震波在介质中传播的几何扩散、吸收衰减以及透射损失等传播效应，提出了基于射线理论的水平层状介质多波保幅AVO正演方法。推导了水平层状介质多波几何扩散校正公式，来描述多波在介质中传播的几何扩散效应。通过直接引入复旅行时，而无需借助复速度，建立了复旅行时与品质因子的关系，来描述粘弹介质的吸收衰减。直接求解Zoeppritz方程计算多波的透射系数，用于描述多波在介质中传播时的透射损失。数值计算表明，几何扩散、吸收衰减以及透射损失对多波振幅的影响是随偏移距变化而变化的，多波保幅AVO正演需要考虑波传播效应对反射波振幅的改造。

简介：作者基于数学检波器和等时叠加原理,实现了复杂地表的单程波动方程地震叠前正演模拟。该方法采用虚拟的数学检波器接收地下的反射地震信号,灵活地将接收点布置在地表的任何地方,从而满足地表起伏的要求。此外,根据等时叠加原理,该方法采用单程波动方程进行波场延拓和成像,计算简单快速。通过复杂正断层的数值模拟,得到了高信噪比的共炮集地震记录,并采用适用于起伏地形的深度偏移方法对该共炮集地震记录进行了叠前深度偏移,较好地实现了地震波的偏移归位,从而证明了这里提出的起伏地表的单程波动方程地震叠前正演方法是正确和有效的。

简介：地震正演模拟技术是研究地震波在复杂介质中传播规律的有效途经，尤其在地质构造及其复杂的中国西部地区，其意义更是重大。本文介绍了两种新的正演模拟技术：有限元有限差分方法（FE—FDM）和任意精细积分方法（ADPI），并结合实例分析来验证FE—FDM和ADPI算法的实际效果，结果证明这两种方法能够有效地适用于复杂介质下的地震波传播性质的研究。

简介：常规声波测井解释方法建立在各向同性地层中的垂直井基础之上,对各向异性地层中的水平井和斜度井并不适用。在水平井和斜度井的钻井过程中,岩屑会溅到井壁并最终在井壁底部形成一层薄岩屑层。同时,高速层和各向异性也可能会影响声波时差的测量。本文采用结合了Hybrid-PML的交错网格时域有限差分方法（SGS-FDTD）,研究阵列声波仪器在各向异性介质中的水平井和斜度井条件下,不同因素对测得时差所带来的影响。模拟结果揭示了声波时差在高速层,薄岩屑层,井斜角,层厚,各向异性等不同影响因素下的相应规律。我们发现当波长远小于井壁与高速层的距离时,能够准确测得目的层时差;然而在两者处于同一量级时的近场条件下,几何声学理论不再适用;当井眼底部存在岩屑层时,费马原理依旧适用,对真实时差测量没有影响;在各向异性地层环境下,井斜角的增大使得测得时差由垂直向时差逐渐趋近于水平向时差;对于特定源距的声系,仪器在目的层中所移动的距离超过一定距离时,方可获得薄层时差值。基于不同井斜角和不同各向异性大小均匀TI地层模型的模拟结果,绘制了时差估计图版,可以对任意井斜角和各向异性比的模型进行时差的定量估计。通过对不同声系和不同弹性参数的模拟实验,证明了这种时差估计方法对TI地层中的水平井和斜度井准确有效。

简介：致密储层与围岩波阻抗差异小，常规储层反演方法难以有效预测出有利区。中国西部致密储层非均质性强，常规储层反演预测难度大，本文提出了基于Xu-White模型的叠前储层预测方法。首先修正Xu-White模型的试验参数，直至该模型计算出来的纵、横波速度及密度与实际测井得到的数值基本吻合，然后用修正的模型计算不同储层物性、岩性、含油性下的纵、横波速度、密度及泊松比，进而建立不同的砂泥岩互层地质模型。其次，采用Zoeppritz方程近似式进行叠前正演，分析不同储层物性、岩性、含油性时的叠前道集响应特征，在对中国西部Z区实际叠前道集优化处理的基础上，选择其中1种对岩性、含油性、物性最敏感的弹性参数，对其有利储层分布区进行预测，其预测结果具有较高的精度。

简介：标量CSAMT只适合一维及测量方向与构造方向垂直的二维情况,对于复杂的三维地电结构,CSAMT需采用张量测量。本文试图采用矢量有限元法实现三维张量CSAMT的正演模拟。为了验证算法的正确性,本文在层状介质中计算了三维CSAMT远区的电场,磁场及阻抗张量,并且与层状介质中的理论解进行了比较,接着还模拟了均匀半空间中含有三维异常体的模型,并且分析了四个阻抗张量、视电阻率及阻抗相位的响应特征。得出如下结论：采用矢量有限元法来模拟三维张量CSAMT,其电磁场及阻抗张量的实虚部计算精度都比较高,并且该方法本身满足电场法向不连续,不用进行散度校正。

简介：地震波场数值模拟中不可避免地会出现边界反射,一般采用吸收边界条件以压制人工边界反射。目前常用的分裂式完全匹配层（PML）边界条件需要在边界处进行特殊处理,尤其是在三维情况下需要将变量分裂为三个分量,增加了数值模拟的计算时间和内存占用量。与分裂式PML吸收边界条件相比,混合吸收边界条件（HABC）具有易于实现、计算量小和吸收效果好等优点,可以提高三维波动方程数值模拟的计算效率。本文将基于一阶Higdon单程波方程的混合吸收边界条件从二维计算域发展到三维,提出了适用于三维弹性波数值模拟的混合吸收边界条件。均匀模型以及复杂模型的三维数值模拟结果表明,混合吸收边界条件与传统的完全匹配层边界条件相比,具有效率高、吸收效果好的优势。

简介：根据Ecker的水合物沉积物的三种微观模式,计算含水合物沉积层和含游离气沉积物的弹性模量,分析对比了水合物的不同微观模式、不同水合物饱和度以及不同游离气饱和度对沉积物弹性模量的影响;从纵横波分离的弹性波动方程出发,采用交错网格空间有限差分方法模拟地震波在海底天然气水合物沉积地层的传播,得到纵、横波的海底地震（OBS）共接收点道集。数值算例表明,当水合物作为流体的一部分或胶结颗粒骨架时,仅纵波记录上存在BSR;当水合物胶结颗粒接触,纵、横波记录上均存在BSR。并且,OBS会接收到上行纵波和上行横波在海底界面形成的转换波,干扰横波记录上BSR的识别。

简介：受沉积环境影响,海底地层层理发育,各向异性介质更接近于真实海洋地质条件。对海洋各向异性研究可更好认识海底构造特征,有效地进行海底资源勘查。本文从各向异性麦克斯韦电磁方程出发,根据电磁场的无源特征引入标量位函数;利用电场和磁场的连续性分别向海底深部和海水中延拓,并将延拓后的电磁位函数在海底耦合到发射源上,从而实现海底电场和磁场的递推求解。我们首先探索如何利用海洋电阻率法识别和求解海底电各向异性特征。研究发现海底各向异性可从视电阻率测深曲线和海底视电阻率极性图进行求解。进而,我们通过海底各向异性地层中高阻体(油气藏)模型进行正演模拟,发现海洋电法视电阻率在浅水区对地下高阻薄层有明显的异常反应。相比海洋可控源电磁法,海洋直流电法不受空气波影响,在浅海区油气资源勘查有着较好的优势,而前人大多基于各向同性模型进行研究,本文实现一维海洋直流电阻率法各向异性正演模拟,算法计算精度高,能很好的为二维、三维正演模拟提供理论参考。更多还原

简介：标量CSAMT只适合一维及测量方向与构造方向垂直的二维情况,对于复杂的三维地电结构,CSAMT需采用张量测量。本文试图采用矢量有限元法实现三维张量CSAMT的正演模拟。为了验证算法的正确性,本文在层状介质中计算了三维CSAMT远区的电场,磁场及阻抗张量,并且与层状介质中的理论解进行了比较,接着还模拟了均匀半空间中含有三维异常体的模型,并且分析了四个阻抗张量、视电阻率及阻抗相位的响应特征。得出如下结论:采用矢量有限元法来模拟三维张量CSAMT,其电磁场及阻抗张量的实虚部计算精度都比较高,并且该方法本身满足电场法向不连续,不用进行散度校正。

简介：地震波场正演模拟是地震资料处理、解释中最为重要的技术之一。地震波场正演模拟在大时间步长、长时程的波场延拓中,存在计算不稳定的问题。本文基于声波方程的Hamilton表述,在波动方程求解中用辛差分格式进行时间网格离散,用傅里叶有限差分进行空间网格离散,提出一种新的保结构地震波场正演模拟方法一辛格式傅里叶有限差分法,在保证计算精度的同时提高计算的稳定性。利用声学近似处理空间-波数混合域的积分算子,将该方法推广至各向异性介质。给出各向同性和各向异性条件下的地震正演模拟的计算流程,并将本文方法用于BP盐丘、BPTTI等模型的波场正演模拟。数值算例表明本文开发的方法适用于速度变化剧烈的复杂介质地震波场正演模拟,计算精度高,数值频散小,在各向异性介质正演中能够有效避免qSV波残余,在大时间步长的迭代计算中稳定性好。本文为在辛算法的框架下实现高精度地震正演模拟提供了一种新的选择。

简介：坐标变换法通过将物理空间的曲网格映射为计算空间的矩形网格,将起伏地表转化为水平地表,同时将物理空间的波动方程转化为计算空间的波动方程,在计算空间完成数值模拟,坐标变换的方法对处理起伏自由边界具有较好的适应性和应用效果。本文在传统坐标变换方法的基础上,根据计算区域速度差异采用不同的网格大小和采样时间步长,提出了一种基于时空双变网格的起伏地表坐标变换正演模拟方法。在编程实现算法的基础上,通过典型模型波场模拟试算结果分析可知：（1）变网格方法与常规方法波场模拟误差在0.5%左右;（2）变网格方法计算效率视不同的变网格区域面积及变网格大小可提高几倍量级,在本文模型和计算参数下提高约5倍。（3）在满足模拟精度及频散条件要求下,变网格方法较全局细网格算法能显著节约计算内存。为此,针对起伏地表数值模拟,本文方法具有较高的模拟计算精度和一定的适应性。

简介：无网格法形函数构造不依赖预定义的单元，具有计算精度高、处理复杂模型便利等优点。本文介绍了无单元Galerkin法（EFGM）、点插值法（PIM）与径向基点插值法（RPIM）三种全域弱式无网格法的近似原理及特点；以二维泊松方程为例研究了支持域无量纲尺寸、场节点与背景网格设置对无网格法计算精度的影响。将RPIM与EFGM应用于频率域线源二维正演，给出了RPIM形状参数的推荐值；分析了均匀介质模型大地电磁（MT）二维正演无网格法边界条件直接加载与罚函数法加载的精度差异，结合PIM与RPIM边界条件加载便利及EFGM计算复杂模型精度高的优势，提出了EFG—PIM及EFG．RPIM耦合算法，数值计算结果验证了耦合算法的有效性。研究发现：无网格法及其耦合方法适用于电磁法数值模拟；支持域无量纲尺寸取1．0时无网格法精度与效率高，场节点与背景网格重合时计算效果佳；泊松方程求解PIM及RPIM精度较EFGM低，计算均匀介质MT响应精度较EFGM高；RPIM改善了PIM计算涉及的奇异性问题，对应支持域无量纲尺寸选择空间大。

简介：基于双相介质理论的AVO正演技术是储层性质描述和流体预测的有效技术手段之一,但是输入参数中基质矿物模量的准确性和双相介质模型的的合理性极大地影响双相介质AVO正演效果。因此,本文采用基于流体因子的基质矿物模量反演方法,自适应反演基质矿物体积模量。引入具有岩石物理意义的多约束条件,使得流体替换技术制作的双相介质模型具有岩石物理意义。保证获得的双相介质AVO特征反映实际地层响应,真实可靠。通过不同岩性岩样的对比分析,说明反演方法的优越性和准确性。同时LH地区实际资料应用,获得孔隙度和流体饱和度等重要岩性参数变化时双相介质AVO特征,特别是不同储层孔隙度在同一入射角对应快纵波和横波反射系数幅值的大小差异和突变角差异是分辨储层孔隙度大小的依据。

简介：海洋天然气水合物是一种潜在的巨大能源,而地球物理探测技术是勘探天然气水合物资源的重要方法。本文介绍了利用可控源电磁法探测海洋天然气水合物的可行性,在参考了大洋钻探计划(ODP)164航次对天然气水合物的采样数据的基础上建立了几种不同水合物含量的海底天然气水合物一维地电模型,并且利用建立的模型讨论了天然气水合物的频率域电磁响应。文章就天然气水合物的电场振幅值和相位随着收发距和频率等参数的变化关系等做了相应研究,同时就水合物厚度不同时其相应的电磁响应特征做了初步探讨,为海洋天然气水合物的勘探和资源评价提供了参考。

简介：Inmarineseismicexploration,ocean-bottomcabletechniquesaccuratelyrecordthemulticomponentseismicwavefield;however,theseismicwavepropagationinfluid–solidmediacannotbesimulatedbyasinglewaveequation.Inaddition,whentheseabedinterfaceisirregular,traditionalfinite-differenceschemescannotsimulatetheseismicwavepropagationacrosstheirregularseabedinterface.Therefore,anacoustic–elasticforwardmodelingandvector-basedP-andS-waveseparationmethodisproposed.Inthismethod,wedividethefluid–solidelasticmediawithirregularinterfaceintoorthogonalgridsandmaptheirregularinterfaceintheCartesiancoordinatessystemintoahorizontalinterfaceinthecurvilinearcoordinatessystemofthecomputationaldomainusingcoordinatestransformation.Theacousticandelasticwaveequationsinthecurvilinearcoordinatessystemareappliedtothefluidandsolidmedium,respectively.Attheirregularinterface,thetwoequationsarecombinedintoanacoustic–elasticequationinthecurvilinearcoordinatessystem.Wenextintroduceafullstaggered-gridschemetoimprovethestabilityofthenumericalsimulation.Thus,separateP-andS-waveequationsinthecurvilinearcoordinatessystemarederivedtorealizetheP-andS-waveseparationmethod.