三维精细积分法地震正演及边界条件

 将任意差分精细积分法用于三维波动方程地震正演，关键在于如何消除数值计算中有限波场区域边界引起的边界反射。文中采用Berenger给出的电磁波完全匹配层吸收边界条件，推导出三维波动方程任意差分精细积分法地震正演的完全匹配层吸收边界条件计算公式，并给出了完全匹配层吸收边界条件算例。计算结果表明，此方法压制边界反射效果明显。三维波动方程地震正演模拟实例表明，完全匹配层吸收边界条件的任意差分精细积分法为复杂区地震波传播规律研究提供了一种实用的正演模拟工具     

地震波正演模拟的任意差分精细积分方法

本文对钟万勰提出的抛物线方程单点子域积分法和强士中提出的温度场问题的任意差分法进行了改进，提出了波动方程任意差分精细积分解法，从理论上推导了任意差分精细积分公式并给出了其实现途径，对任意差分精细积分方法的空间与时间精度和差分格式的稳定性做了理论探讨，并进行了验证。理论分析和实际例证都表明本文方法精度较高。地震波正演模拟算例则表明本文方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。     

波动方程非规则网格任意阶精度差分法正演

在波动方程正演中通常采用有限差分算法，而有限差分的计算精度又取决于所用离散网格类型及差分阶数。采用规则网格进行离散，对于倾斜界面无法避免绕射噪声，若加密网格又过度增加工作量。为此，本文提出一种非规则网格任意阶精度差分正演方法，在不增加太多计算量的前提下，达到了基本消除离散绕射噪声，提高正演精度的目的。通过两个模型试算，特别是在有倾角的反射界面处，较好地克服了由于数值离散带来的离散绕射噪声问题，为提高复杂地质模型的正演精度提供了一种实用有效的方法。     

地震波数值模拟中差分近似的各向异性分析

有限差分算法存在固有的数值频散问题,在正演过程中会严重干扰有效波场,降低地震波场的分辨率。针对此,从最简单的平面波数值理论分析出发,推导了任意高阶有限差分近似条件下相对相速度和相对群速度的计算公式,给出了求解最佳Courant数的计算方法,分析了差分近似造成的各向异性效应。理论分析和数值实例研究表明,正演数值模拟的精度与最小波长节点数、Courant数、有限差分近似阶数这3个因素密切相关,通过合理调节这3个量可以提高有效波场区域的数值模拟精度,拓宽正演波场的频带宽度,提高数值模拟的计算效率。     

斜井井间地震三维射线追踪方法

井间地震勘探在致密油气藏等复杂岩性油气藏勘探开发领域起着非常重要的作用,随着井间地震勘探复杂程度的增加,常规的二维射线追踪正演方法不能很好地满足实际生产需要。在常规射线追踪方法的基础上,推导了适用于三维井间地震的逐段迭代射线追踪方法基本算法与公式,并利用VC++6.0和Qt环境编写了三维井间地震射线追踪正演程序。同时建立了多种三维井间复杂地质模型,并利用所编软件对所有模型进行了正演模拟分析,结果表明研制的复杂井间地震射线追踪正演方法和编制的程序正确,正演结果能准确地反映地层结构的运动学特征,能适用于多种复杂的三维井间地质模型。     

各向同性介质弹性波交错网格有限差分正演模拟

在弹性波有限差分数值模拟方面，差分网格及边界条件是影响弹性波模拟成功与否的关键。从各向同性介质速度一应力方程出发，利用交错网格高阶有限差分和完全匹配层（PML）边界条件，提出了各向同性介质弹性波交错网格有限差分正演模拟方法。数值试验结果表明，该方法精度较高，数值频散较小，人为边界反射吸收较好，为后续的地震属性分析（如AVO／AVA）奠定基础。     

基于MPI的OBC三维多波多分量地震观测正演模拟并行算法实现

针对海上OBC三维地震观测正演数值模拟的海量计算需求,研究并实现了基于信息传递接口(Message Passing Interface,MPI)并行平台的交错网格有限差分数值模拟并行算法。该算法能够以三维任意偶阶空间精度从X,Y和Z3个方向同时实现并行运算,可以任意选择空间并行计算方向以及并行计算的进程个数。在算法实现过程中,引入了进程坐标系的概念,使得每一个参与计算的进程对应一个进程坐标,通过进程坐标来判断边界条件的使用;同时引入虚拟进程以方便模型边界处的数据交换。通过层状模型采用不同计算进程个数的正演计算验证了该并行算法的可行性和运行效率;最后对海上某靶区三维地质模型进行了Patch观测系统下的多波多分量地震观测正演并行模拟。     

胜利典型地质模型的地震正演

以模型和地震正演获得的数据体为基础的研究可推动地震方法的发展与创新。根据胜利典型地质模型的构造特点,提出了变密度声波方程交错网格高阶差分正演方法。分析了方法的数值频散问题,讨论了其稳定性,利用特征分析法构造了声波吸收边界条件。对地质模型的地震正演模拟结果表明,本文给出的声波方法对复杂地质构造具有较强的适应性,模拟数据体精度高、质量好,可推广应用。     

封闭结构模型建立方法

在地震勘探中，模型正演技术广泛应用于地震资料的采集、处理和解释的各个环节，模型正演技术的基础是建立正演地质模型。本文提出封闭结构建模方法，以具有相同速度、密度属性的介质为单元，由包围它的界面组成封闭结构，彼此相连的封闭单元构建成具有封闭结构特性的地质模型。封闭结构模型同层状结构模型相比，最大优点是可以有效地描述任意复杂的地下地质结构。本文首先介绍了层结构模型的特点，然后描述了二维和三维封闭结构模型的拓扑关系，并给出了相关的数学处理方法。     

PML边界条件下孔隙介质弹性波可变网格正演模拟方法研究

孔隙介质弹性波正演模拟对于储层预测和油气检测具有重要的指导意义。为提高孔隙介质波场正演模拟的精度,将可变网格方法应用于基于Biot理论的双相介质弹性波高阶有限差分正演模拟方法中,有效解决了二阶混合偏导数差分近似的可变网格过渡问题,推导了基于PML边界条件的可变网格差分格式,实现了空间与时间步长任意整数倍变化的双相介质弹性波可变网格正演模拟。对于细微地质结构或横向变化剧烈的介质区域,利用可变网格对区域精细重采样可有效提高正演的模拟精度;对于介质相对稳定的区域,采用大步长采样可保证正演计算效率。数值试验结果表明,与常规正演模拟方法相比,双相介质可变网格正演模拟方法的精度、效率有明显提高,对精细研究孔隙介质地震响应有着重要意义。     

相位移加有限差分法波动方程正演模拟

本文提出用相位移加有限差分法来实现速度纵横向变化，复杂陡倾地质模型的正演模拟，为复杂波场的地震，地质解释提供了精确、实和的方法。     

起伏地表条件下二维地震波场的数值模拟

地震波场数值模拟一般基于水平地表条件，而当前近地表地震方法研究中急需起伏地表条件下的正演模拟数据。起伏地表条件下的二维地震波场波动方程高阶有限差分数值模拟方法研究中面临的主要问题是边界条件的处理。从以速度应力表示的一阶波动方程出发，导出了起伏边界情况下的边界条件。该条件与波动方程具有相同的形式，可以用同样的方法来处理正演过程中的网格内部点和边界点。用交错网格的高阶有限差分方法解波动方程，在满足稳定性要求时，可获得时间和空间都是高阶精度的结果。本算法在高性能计算机集群MPI环境中并行实现时，采用主从模式设计程序，合理调配各节点的计算负载，并应用容错处理手段，达到了较高的并行效率。理论模型和实际速度模型的计算结果证明了方法的正确性和有效性。     

区域分解地震波场数值模拟算法

区域分解法是一种计算偏微分方程数值解的新方法。该法把研究区域分解为形态规则的小区域，在各子区域内采用最有效的计算方法求解，能充分发挥各种数值模拟方法的优点，提高求解正演问题有效性。     

塔河油田孔洞模型的波动方程正演模拟

塔河油田碳酸盐岩缝洞型储层存在岩性致密、基质的孔隙度小、渗透率差、非均质性强的特点，要经济地勘探开发这些储层，应用裂缝和孔洞检测技术是一项重要和有效的手段。采用非均匀介质条件下导出的二维弹性波波动方程的交错网格有限差分格式，较好地应用吸收边界和稳定性条件，对塔河油田的多个不同类型的溶洞型储层模型进行数值模拟正演计算，并参照野外数据采集系统和处理流程，对共炮点记录进行处理，得到叠加和偏移剖面。通过对不同溶洞储层类型的地震响应与物性参数之间的关系分析，总结出了溶洞储集体在叠偏剖面上的反射特征，为实际地震资料的解释提供了依据。     

消息传递接口在声波方程正演中的应用

声波方程正演在地震资料采集、处理、解释与反演中均发挥重要作用,但现有的基于求解地震波动方程的正演算法由于受庞大计算量的制约而难于大规模应用于工业生产。从声波方程出发,研究了利用有限差分法并行求解该方程的基本思路与方法,给出了适于并行求解的计算空间划分方法,分析了不同参数条件下并行程序的运行时间、加速比与效率,引入消息传递接口（MPI）实现了声波方程的并行求解,极大地提高了数值求解声波方程的计算效率。     

生物礁地震响应特征的数值模拟

为了有效地识别生物礁的地震响应特征,采用频率-波数域的波动方程数值模拟方法,对时间剖面上生物礁的各种典型特征进行了数值模拟,提出了将地震正演与深度偏移相结合的地震数值模拟流程,有效地检验了生物礁解释成果的正确性。在二维模拟的基础上,采用三维波动方程延拓方法实现了三维环礁模型的地震数值模拟,得到了时间剖面上环礁的各种地震反射特征。理论和实际生物礁的模拟记录仅包含地震波的反射和绕射特征,信噪比高,有助于消除实际生物礁地震解释的多解性。