数值模拟技术的发展现状

地震波场的数值模拟技术有助于认识复杂介质中地震波传播规律,检验各种方法技术的使用范围与应用效果.从新方法技术、模拟效果分析和应用实例等3方面概括了本届EAGE年会有关数值模拟技术的特点,由此可以看出地震波场数值模拟技术的发展现状.     

数值模拟技术的发展现状

地震波场的数值模拟技术有助于认识复杂介质中地震波传播规律，检验各种方法技术的使用范围与应用效果。从新方法技术、模拟效果分析和应用实例等3方面概括了本届EAGE年会有关数值模拟技术的特点，由此可以看出地震波场数值模拟技术的发展现状。     

数值模拟技术的发展现状

地震波场的数值模拟技术有助于认识复杂介质中地震波传播规律 ,检验各种方法技术的使用范围与应用效果。从新方法技术、模拟效果分析和应用实例等 3方面概括了本届EAGE年会有关数值模拟技术的特点 ,由此可以看出地震波场数值模拟技术的发展现状。     

地震波数值模拟中的频散压制方法分析

波动方程有限差分法正演模拟对认识地震波传播规律和指导地震资料解释等具有重要的意义。但差分算法固有的数值频散在正演模拟中是一种严重的干扰，会降低波场模拟的分辨率。为提高模拟精度，同时又尽可能减少计算量，采用定量分析的方法，对比分析了横纵网格比变化时入射方向和差分精度等因素对数值频散的影响，分析结果表明，矩形网格较之正方形网格能更好地压制频散，同时可以避免高阶差分导致的低计算效率。模型试验表明，该方法切实可行，能较好地适应实际地震勘探中的波场模拟。     

非均匀介质交错网格高阶差分地震波数值模拟

地震波数值模拟是解决地震正反演问题的重要手段和了解地下地质构造的有力工具。从波动方程出发建立一阶速度-应力方程组,用Taylor级数和交错网格差分技术对方程组进行高阶差分离散,避免了直接对波动方程二阶导数进行差分带来运算量大的问题;采用特征分析法处理边界问题,对边界反射进行很好的吸收。文中给出了相应差分精度的稳定性条件,并用高阶交错网格有限差分法对非均匀介质模型进行了数值模拟。计算结果表明,该方法具有较高的稳定性和精度,适合于复杂介质的弹性波场模拟。     

起伏地表条件下地震波数值模拟方法综述

起伏地表地震波数值模拟中，如何选择适合地表的数值计算方法以及更好地实现起伏自由边界条件是2个关键问题。为此，就前一个关键问题所涉及的方法、原理以及发展状况进行了详细的阐述分析；而对后一个问题，就近年来发展的主要实现方法进行了详细的论述。目的在于选择适当的实现方法解决相应的问题，以达到满意的模拟效果。     

数值模拟技术的发展现状

地震波场的数值模拟技术有助于认识复杂介质中地震波传播规律，检验各种办法技术的使用范围与应用效果。从新方法技术、模拟效果分析和应用实例等3方而概括了本届EAGE年会有火数值模拟技术的特点，由此可以看出地震波场数值模拟技术的发展现状。     

复杂地表条件下地震波传播数值模拟

低降速带对地震波的强烈吸收作用影响地震勘探的分辨率，地表的剧烈起伏造成了我国西部地震勘探中信噪比低的问题。针对这２个问题，提出了地质模型中地震波传播数值模拟的方法，并对模拟结果进行了分析。在考虑纵横波Ｑ值的基础上，利用交错网格高阶差分法对粘弹性介质中地震波传播进行了数值模拟。利用纵向坐标变换将起伏地表转换为新坐标系下的水平地表，进而利用交错网格高阶差分方法对起伏地表情况下的弹性波传播进行了数值模拟。这种模拟方法的主要优点是自由边界条件实现比较方便，数值频散小，模拟精度 高。通过模拟实例发现，地表低降速带使地震波频带变窄，频率降低，影响了深部地层的地震勘探分辨率，模拟结果可以用来进行提高分辨率的地震处理方法研究。地表起伏使地震波在近地表的传播变得异常复杂，引起面波、体波等地震波型之间的相互转化，产生了大量的地表散射，从而引起了山地地震勘探中严重的低信噪比问题。通过弹性波模拟可以对各种地表干扰加以识别，以指导实际地震资料的去噪处理。     

基于时空域交错网格有限差分法的应力速度声波方程数值模拟

目前应力速度声波方程数值模拟普遍采用时间二阶和空间2M阶交错网格差分法,相应的差分系数仅利用空间域频散关系和泰勒展开求解。但波动方程数值求解在时间和空间域同时进行,仅利用空间域频散关系计算差分系数,易产生数值频散,因而影响数值模拟精度。针对该问题,从差分离散波动方程和平面波理论出发,推导出了时间二阶、空间2M阶交错网格差分法的时空域频散关系,并进一步导出了基于时空域频散关系和泰勒展开的差分系数算法,该算法求解的差分系数随地震波的传播速度自适应变化。数值频散分析结果表明,新的差分系数算法能够有效减小数值频散进而提高模拟精度;稳定性分析结果表明,新的差分系数算法能够有效增强交错网格有限差分法的稳定性,使得该方法能采用更大的时间步长从而提高计算效率。层状介质模型和塔里木盆地典型复杂构造模型数值模拟实例进一步验证了基于新差分系数算法的交错网格有限差分法在提高模拟精度和计算效率方面的优越性。     

横向各向同性介质优化差分系数法地震波场数值模拟

 在应用有限差分法地震波场数值模拟过程中,数值频散是关键问题之一。为压制地震波场模拟中的数值频散,针对1阶速度—应力方程的交错网格空间离散差分算子,本文分别引入强约束条件和弱约束条件,构造了不同的Lagrange函数;然后通过求取条件极值得到优化差分算子。将其应用于横向各向同性(VTI)介质波场数值模拟,结果表明采用优化空间差分算子能有效压制数值频散,并可提高差分近似导数的精度。     

非结构化网格有限元弹性波数值模拟

使用时域有限元法进行复杂地质构造下的弹性波数值模拟时,采用非结构化网格比结构化网格能更灵活地适应对复杂几何区域的空间离散。根据弹性波动力学模拟中的空间数值频散条件和显式时间更新稳定条件,本文对有限元网格的划分进行了专门优化,使网格单元尺寸随模拟区域的介质速度变化而变化。对双层介质模型的计算证明有限元网格尺寸随速度值变化能够同时保证计算效率和计算精度,对复杂构造模型的计算表明非结构化网格下的有限元方法能够适应复杂地质构造的地震波模拟。     

方位各向异性粘弹性介质波场数值模拟

当地震信号通过复杂地球介质时,地层除了表现为各向异性,还表现为内在的粘弹性特征。理想的地球介质模型应该能够模拟岩石的各向异性特征和衰减特征。本文给出了各向异性粘弹性介质模型的波动方程及其差分格式,并利用有限差分法实现了地震波波场数值模拟。结果表明了该介质模型中地震波场特征与各向异性主轴方位和介质的粘滞性参数之间的关系。     

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。     

波场数值模拟技术

地震波场数值模拟技术是认识地震波传播规律和检验各种方法技术应用效果的工具，是联结地震、地质、钻井、测井和油藏工程的纽带，贯穿于地震波理论研究、资料采集、处理、解释和油藏工程的各个环节。首先介绍了数值模拟技术的作用，其次介绍了发展现状，最后展望了未来几年该技术的发展趋势。     

方位界面及其波场数值模拟

研究各向异性介质是勘探地震学中的一个重要内容。方位界面是各向异性介质中的一种特殊现象。本文首先解释了方位界面的含义，然后以裂隙各向异性介质为例，讨论了方位界面存在的三种情况，并给出每种情况下的数值模拟动方程；最后，用有限方法作了波场数值模拟。模拟结果表明方位界面也是波阻抗界面。本文讨论问题的方法可以扩展到ＴＩＭ、ＰＴＬ等其它六方各向异性介质。     

紧致交错网格优化差分系数二维声波方程数值模拟

基于频散关系保持的思路,利用最小平方法和拉格朗日乘数法,对一阶导数的紧致交错有限差分格式做了差分系数优化,并对优化格式的模拟精度、频散关系及声波方程稳定性条件进行了分析和对比。研究结果表明：①为得到相同的差分精度,优化后的紧致交错格式计算一阶导数时使用的节点个数比优化前多两个;②优化格式与优化前及常规交错格式相比,具有更小的截断误差和更低的数值频散,因而具有更高的计算精度,适用于更粗网格的计算,具有更高计算效率;③在同样差分精度条件下,二维声波方程优化格式的稳定性条件比优化前稍严格,适用的时间网格略小。分别对均匀、水平层状和Marmousi模型进行声波方程数值模拟,所得结果验证了所提方法适用于复杂介质的数值模拟,具有较高模拟精度和计算效率。