有效邻域波场近似框架下三维起伏地表高斯束地震正演模拟

在传统高斯束正演模拟的基础上,针对三维起伏地表模型使用有效邻域波场近似导出了三维起伏地表高斯束正演公式,并给出了笛卡尔坐标系下相应的实现算法.对典型的三维起伏地表模型进行试算,结果表明:本文方法可以较好地刻画由起伏地表引起的波场畸变和由复杂构造引起的同相轴干涉现象,充分体现了高斯束在处理起伏地表条件的优越性;试算得到的射线路径及单炮记录证实了本方法的正确性以及对三维复杂地表模型较好的适应性.     

起伏地表的自由基准面波场成像方法研究

基于波动方程基准面延拓的偏移方法理论,从地震波场正演模拟的角度出发,提出了一种新的适用于起伏地形的地震叠后正演方法。该方法综合利用了"地形淹没"和"零速层偏移"的思想,通过基准面变换和设置零波场传播层,将原始模型的地表作为新模型的一部分,有效地消除了起伏地形的影响,并采用常规的波场延拓算子进行波场延拓与波场成像计算,实现了起伏地表模型的地震叠后数值模拟。基于该方法理论,还发展了一套完整的自由基准面波场延拓流程,可以将地表观测的地震波场延拓至任意的基准面之上,对研究野外地震波的传播规律、后续的偏移处理以及地震资料的解释具有非常重要的意义。仿真实验的结果均验证了地震正演模拟方法和自由基准面波场延拓流程的正确性和有效性。     

含裂隙介质中弹性波场正演模拟

应用定向分布裂隙介质中弹性波场正演理论，导出各向异性介质吸收边界条件，对同一地质模型模拟出不同裂隙性质、不同裂隙密度的地面合成记录和VSP记录。结果表明，充填裂隙介质和干裂隙介质的地震波场特征有明显的差别，干裂隙介质的横波分裂现象更为明显。这种分裂现象与裂隙密度有关，裂隙密度越大，分裂现象越明显。同时还表明，地面合成记录的转换波分裂现象比VSP记录更明显，而地面记录反射横波分裂现象又不及VSP记录易于识别。     

适合起伏地表的炮点波场延拓正演模拟

 本文提出一种波形相对保真、运算效率更高的适合起伏地表的炮点波场延拓正演模拟方法,炮点波场按波的传播方向延拓,运算中使用了适合起伏地表的波场延拓起始面技术,波形相对保真,无需做横向叠加。其基本思路是：①根据惠更斯原理,按地震波的传播方向,将炮点波场从起伏地表炮点深度处开始逐层向下延拓,与界面反射系数相关,直至最深处;②逐层向上延拓,并加上向下延拓时产生的新反射波炮点波场,直至起伏地表排列处,将炮点波场逐个与其检波点波场相关,经反傅里叶变换后可以获得一个排列的地震合成记录;③重复上述步骤,得到整个工区的所有炮记录。用文中方法对山峰体模型和高速透镜体模型的理论试算表明,地震合成记录的反射波和绕射波十分清晰,没有多次波、直达波和其他干扰波,信噪比高,所有炮记录的叠前深度偏移成像结果与地质模型完全吻合。     

任意起伏地表弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟

任意起伏地表弹性波数值模拟主要涉及两个问题，其一是如何求解弹性波方程；其二是如何处理自由边界条件。本文首先从泰勒级数展开式出发，推导出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应力一速度弹性波方程交错网格任意偶数阶精度差分格式求解方程；然后采用将零速度法和广义虚像法相结合的方法来处理自由边界，并在自由边界上采用四阶精度差分格式；运用上述方法对光滑起伏模型和任意起伏模型进行了数值模拟试验。结果表明，本文所述方法稳定性好、模拟精度高，且适合任意起伏地表弹性波波场模拟。     

弹性波正演模拟的混合算法

在以波动方程为基础的地震正演模拟方法研究中，计算精度和效率是研究者最关注的两个问题。已有的各类正演方法均各有所长，同时又存在各自的缺点。因此，综合利用不同方法形成混合型算法仍是正演方法研究中的一个重要方面。     

含裂隙介质中弹怀波场正演模拟

应用定向分布裂隙介质中弹性波场正演理论，导出各出异性介质吸收边界条件，对同一地质模型模拟出不同裂隙性质，不同裂隙密度的地面合成记录和ＶＳＰ记录，结果表明，充填裂隙介质和干裂隙介质的地震波场行征有明显的差别，干裂介质的横波分裂现象更为明显，这种分裂现象与裂隙密度有关，裂隙密度越大，分裂现象越明显，同时还表明，地面合成记录的转换波分裂现象比ＶＳＰ记录更明显，而地面记录反射横波分裂现象又不及ＶＳＰ记录易     

弹性波波场正演模拟的研究

本文讨论弹性波波场二维正演模拟问题。首先由动量平衡定律导出用应力分量表示的二维弹性波波动方程,然后用傅里叶变换法求解其波场。在求解过程中,采用了强行吸收边界,在不扩大模型、不增加计算量和存储量的情况下,较好地解决了傅里叶变换数值解法中产生的折叠效应和边界反射问题,并实现了自由表面的模拟。模型试验表明,根据波在不同介质中的传播规律,使我们有可能利用波场图像来区分异常区的岩性和含油气特性。     

起伏地表波动方程波场延拓起始面研究

在起伏地表地区的资料处理中,无论是叠前正演模拟还是叠前深度偏移,常规单程波动方程波场延拓都是从整条测线的最高点开始的,而这种波场延拓大都以单炮形式进行.为此,提出了一种从单炮排列最高点开始的波场延拓方法,由于单炮排列只是整条测线的一小部分,因此单炮排列所在地表的最高点不一定是整条测线所在地表的最高点,故这两点之间的零振幅波场的延拓可以省略.理论模型和实际地震资料试处理表明:在相同精度情况下,与传统的总是从零深度开始的"逐步-累加"波动方程波场延拓方法比较,从单炮排列最高点开始的波场延拓方法计算量小,地表起伏高差越大,运算效率越高.     

利用哈特莱变换进行井间声波波场正演模拟

在二维跨井声波波动方程正演模拟中,采用哈特莱变換(Hartley Transform)求取空间导数,具有占用内存比FFT少.求奇次导数时不产生尼奎斯特误差等优点,且计算速度较FFT快约一倍。文中对跨井声波波场理论模型模拟的结果表明.震源激发的位置对波场能量的分布影响很大;震源位于低速层中激发时,低速层内有较强的能量.且波场较为复杂;震源位于高速层激发时,能量很快地向周围介质扩散。     

用边界元法进行地震正演模拟

波动方程边值问题的边界单元法是先对时间变量进行一维傅氏变换,把波动方程边值问题变成Helmholtz方程边值问题,再用格林公式将新的边值问题转化成积分方程,最后用边界单元法解此积分方程,并用反傅氏变换获得所要求的数值解。本文给出了这种解法的理论公式,并对方法的应用作了分析,它不仅可用于地震正演模拟,而且可用于解决地震勘探中的反问题。在用边界元法求解积分方程时,采用区间截断剖分方法,可减少单元节点数、节省内存、加快运算速度和提高计算精度。     

地空频率倾子测深法及一维正演特征分析

为了充分利用地空频率域电磁法的三分量磁场信息,参照大地电磁法倾子测量技术,提出了一种地空频率倾子测深方法。首先,从水平电偶极子在一维层状介质中的全空间磁场公式出发,推导了地空频率倾子两个分量T_x、T_y的表达式,并通过快速汉克尔变换实现地空频率域倾子响应的一维正演;然后,对典型层状模型进行一维正演模拟,分析地空频率域倾子响应特征。通过分析均匀半空间模型和一维层状模型的正演结果,得到如下结论：①倾子响应整体沿场源方向及其垂直方向对称,同时存在场源畸变和过渡带畸变效应;②随收发距增大,倾子响应形态基本保持不变,幅值快速减小;③飞行高度变化时,倾子虚部幅值保持不变,实部幅值快速减小;④通过测量不同频率的倾子响应能够有效研究地下介质电阻率的垂向变化;⑤地空频率倾子测深法应在远区观测,可尽量避开畸变效应区,并合理选择T_x和T_y分量进行解释。文中模拟分析证明了该方法的理论可行性和有效性,为地空电磁法提出一种可能的发展方向。     

准规则网格高阶有限差分法非均质弹性波波场模拟

为精确描述弹性波在非均匀介质中的传播,本文提出一种准规则网格高阶有限差分地震正演模拟方法。该法是将位移分量交错排列,做中心差分运算,在数学上等价于交错网格法,并给出了震源加载方法、边界条件和稳定性条件。与传统交错网格法和规则网格法相比,该方法在模拟精度和稳定性方面与交错网格法相同且优于传统规则网格法;而从内存占用上,相较于交错网格,二维时内存占用减少了60%,三维时减少了66.7%。利用层状模型验证了方法的模拟精度;利用复杂的Marmousi-2模型说明了方法的适用性和稳定性。     

基于地震正演模拟的地层超覆线识别及刻画技术

地震描述中根据地震反射特征追踪的超覆线与实际地层油藏的超覆线不一致,地层超覆线识别及刻画是地层油藏勘探成功的关键。在地震地质一体化研究思路下,通过古地貌精细分析及物源体系研究,明确地层超覆带及构造-地层型圈闭发育的有利区带;在此基础上开展精细层序分析,建立等时地层格架,细致分析砂泥岩地震响应特征。综合运用相位分析技术、地震正演模拟技术、地震多属性分析技术等进行地层超覆线的识别及刻画,通过实际资料的应用,较好地刻画出了地层超覆线的位置,取得了良好的勘探成效。     

基于块状有理Krylov方法的大地电磁三维模型降阶正演

三维大地电磁正演需要求解两个极化源在不同频率下的电磁场分布,计算量巨大。基于块状有理Krylov方法,文中实现了大地电磁三维模型降阶快速正演计算。所用算法的创新点包括：①将大地电磁的源项显式表示为平面电流源,将随频率变化的电场响应表示为一个传递函数与电流源常矢量的乘积,从而可通过构建有理Krylov子空间实现所有频率电场响应的快速求解,避免多次求解不同频率的大型稀疏线性方程组;②采用块状Krylov技术,将TE和TM极化源表示为块状源矢量,将求解两个极化源的正演响应简化为构建一个块状有理Krylov子空间。引入渐近收敛公式得到了块状有理Krylov方法的最优化单个重复极点,结合直接求解器,将大地电磁三维正演的计算量降为一次系数矩阵分解和几十次矩阵回代。该算法在保证正演精度的同时,极大地提高了正演速度。半空间模型和三维DTM1模型的正演数值结果表明,相比常规的逐个频率的正演求解方法,块状有理Krylov方法可显著提高正演速度。     

三维正交各向异性介质三分量高精度有限差分正演模拟

三维各向异性正演模拟是研究各向异性介质中波场传播规律的重要方法。本文就三维正交各向异性介质给出了一种快速精确的有限差分正演方法。该方法采用了4阶精空间差分格式和2阶精度的时间差分格式,这既提高了精度,也不增加过多计算量;另外还爱量校正法来克服数值频散,使计算能以较大的网络步长进行,在减少了计算量的同时,还提高了精度。对边界反射,文中提出一种简单实用的三维各向异性吸收边界条件,易于编程,且吸收效果明显数值计算的稳定性问题也作了一般讨论。数值算例验证了本文方法的正确性和有效性,并表明这它具有精度稿和边界吸收明显的优点。该方法不但可以用来合成三维各向异性介质的共炮点记录、VSP三分量记录及零偏移距离地震记录,而且还适用于其他各种类型的波场正演。     

非结构化网格与散度校正技术结合的三维CSEM矢量有限元正演

基于电场方程的三维可控源电磁(CSEM)正演得到的线性方程组迭代求解时收敛慢,采用非结构化网格会进一步加剧线性方程组的病态性.为此,提出一种结合非结构化四面体网格和散度校正技术的有限元正演算法.从电流密度的散度方程出发,推导了电性界面上散度校正的电势方程.采用预条件的QMR(Quasi-Mini-mum Residua...     

应用正演模拟分析近地表黏弹性对深层缝洞储层地震波衰减及成像的影响

近地表沙层的黏弹特性引起的地震波能量及频率的吸收衰减不容忽视。本文基于黏弹性介质波动方程正演模拟技术,研究了近地表不同Q值情况下地震波穿过黏弹介质后的地震波场特征,通过波场频谱特征分析了影响地震波能量及频率吸收衰减的因素,即Q值越小、激发子波的主频越高、传播距离越远的地震波能量及主频吸收衰减越严重。在此基础上建立起伏地表沙层缝洞型模型,研究近地表沙层对中深部储层反射波的衰减及对缝洞型储层成像的影响,对实际地震资料的振幅、频率的恢复补偿以及提高分辨率具有一定意义。     

修正辛-准粒子法地震波数值模拟

基于Hamilton力学,从分子动力学角度建立了针对地震波传播的空间离散的准粒子体系,在该体系中各个粒子仅与上、下、左、右和4个对角粒子发生相互作用,且认为其作用力和相对位移呈近似线性关系,给出了粒子间的相互作用系数,并将该体系变换至Hamilton系统。在时间离散上,通过在二阶辛格式的基础上构建了一个新的修正辛格式,该格式具有三阶时间精度,并在理论上分析了其数值频散和稳定性。修正辛格式所有的系数均为正系数,符合时间演进方向,且具有长时间计算能力。为了测试修正辛格式和空间准粒子体系的准确性,利用拉梅问题验证对弹性波数值模拟的计算精度和效率,为了测试稳定性,选取Sigsbee 2B速度模型进行验证。结果表明,修正辛格式在数值频散压制和数值稳定性提升等方面具有明显的优势。