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消除海底起伏影响的海洋地震波场正反向延拓 总被引：1，自引：0，他引：1
为了解决海底起伏变化对地震波场的影响问题,本文提出将（x-z）域中的曲网格映射成（ξ,η）域中的矩形网格,推导出（ξ,η）域中的二维标量声波方程,根据推导出来的波动方程采用逆时有限差分法将海面上采集到的地震波场在（ξ,η）域中向下延拓至海底面,延拓时采用海水的速度,然后采用顺时有限差分法将延拓后的地震波场再反延拓到海面上,延拓时采用海底面以下地层的速度,从而消除了海底起伏带来的负面影响。模型及实际地震资料的计算分析表明该方法不但能够校正由于海底起伏所引起的海底面下地层反射波场的不连续性还能够校正由于海底起伏所引起的地震波的动力学特征的变化。对延拓前后的地震波场进行速度反演,延拓后反演的地层速度比延拓前反演的地层速度的精度提高很多,延拓前后地震波场的叠加剖面对比表明该延拓方法能够明显提高地震波场的成像质量。 相似文献
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常规的转换波静校正的基本思想都是从地震波的运动学特征出发,基于地表一致性假设.在地表条件复杂和地表高程相差较大的地区,它不仅无法解决严重的静校正问题,反而会带来新的畸变.本文基于频率波数域波动方程偏移原理,采用波场延拓方法实现转换波静校正,其关键点在于时间空间域和频率波数域的相对应.文中通过坐标变换将起伏地表转化为新坐标系下的水平地表,把炮点和检波点映射到同一水平面上,然后在新坐标系下推导频率域波动方程延拓公式,接着对下行波P和上行转换波SV分别利用近地表速度向上延拓到基准面,恢复起伏地表到基准面之间的真实波场,最后转换到原始坐标系取出基准面数据完成转换波静校正.通过对模拟和实际数据处理,证明该方法是正确和有效的. 相似文献
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An upwind fast sweeping scheme for calculating seismic wave first‐arrival travel times for models with an irregular free surface 
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下载免费PDF全文 The topography‐dependent eikonal equation formulated in a curvilinear coordinate system has recently been established and revealed as being effective in calculating first‐arrival travel times of seismic waves in an Earth model with an irregular free surface. The Lax–Friedrichs sweeping scheme, widely used in previous studies as for approximating the topography‐dependent eikonal equation viscosity solutions, is more dissipative and needs a much higher number of iterations to converge. Furthermore, the required number of iterations grows with the grid refinement and results in heavy computation in dense grids, which hampers the application of the Lax–Friedrichs sweeping scheme to seismic wave travel‐time calculation and high‐resolution imaging. In this paper, we introduce a new upwind fast sweeping solver by discretising the Legendre transform of the numerical Hamiltonian of the topography‐dependent eikonal equation using an explicit formula. The minimisation related to the Legendre transform in the sweeping scheme is solved analytically, which proved to be much more efficient than the Lax–Friedrichs algorithm in solving the topography‐dependent eikonal equation. Several numerical experiments demonstrate that the new upwind fast sweeping method converges and achieves much better accuracy after a finite number of iterations, independently of the mesh size, which makes it an efficient and robust tool for calculating travel times in the presence of a non‐flat free surface. 相似文献
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2015年4月25日尼泊尔发生Mw7.9地震.本文采用三维曲线坐标网格有限差分方法,依据USGS给出的震源运动学反演结果和震源区域地形数据,模拟了尼泊尔地震波场传播过程,得到震源区域烈度分布模拟结果,与实际观测的地表峰值速度(PGV)大体吻合.结果表明:地震烈度的空间分布整体上受控于震源的单边破裂特征,高烈度区域主要分布在破裂传播方向上,即震源东半部.震源南侧到东南侧近场,由于受到震源和地形的双重影响,形成最大烈度分布区域,最大烈度约为IX.南侧平原受低速沉积层影响形成高烈度区域.震源西侧及盆地内烈度相对较低. 相似文献
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针对利用波函数展开法进行三维地震响应研究中的坐标变换问题,提出了在两斜交柱坐标系间谐波函数空间坐标变换的辅助平面方法．通过建立与空间点对应的一系列辅助平面,将地震波三维散射研究中的谐波函数表达式从柱坐标系变换至辅助平面内的极坐标系,然后在辅助平面内运用Graf加法公式,将柱坐标系下的波函数表达式变换至与该柱坐标系斜交的另一柱坐标系下,从而将三维问题转换成二维问题进行处理,最终得到了斜交柱坐标系下内域问题和外域问题的坐标变换公式． 相似文献
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多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性. 相似文献
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Seismic wavefield modeling in media with fluid-filled fractures and surface topography 总被引：3，自引：0，他引：3
We present a finite difference (FD) method for the simulation of seismic wave fields in fractured medium with an irregular (non-flat) free surface which is beneficial for interpreting exploration data acquired in mountainous regions. Fractures are introduced through the Coates-Schoenberg approach into the FD scheme which leads to local anisotropic properties of the media where fractures are embedded. To implement surface topography, we take advantage of the boundary-conforming grid and map a rectangular grid onto a curved one. We use a stable and explicit second-order accurate finite difference scheme to discretize the elastic wave equations (in a curvilinear coordinate system) in a 2D heterogeneous transversely isotropic medium with a horizontal axis of symmetry (HTI). Efficiency tests performed by different numerical experiments clearly illustrate the influence of an irregular free surface on seismic wave propagation in fractured media which may be significant to mountain seismic exploration. The tests also illustrate that the scattered waves induced by the tips of the fracture are re-scattered by the features of the free surface topography. The scattered waves provoked by the topography are re-scattered by the fractures, especially Rayleigh wave scattering whose amplitudes are much larger than others and making it very difficult to identify effective information from the fractures. 相似文献
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本文以基于改进BISQ模型的二维双相各向同性介质一阶速度-应力方程为基础,推导出了曲线坐标系下对应的方程,然后采用低频散、低耗散的同位网格MacCormack有限差分法来离散方程,并采用紧致的单边MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施加自由地表边界条件,实现了地震波场数值模拟.曲线网格有限差分法采用贴体网格来描述自由表面,地表的网格线紧贴地形,避免了台阶近似造成的数值散射.数值模拟结果表明,在双相介质起伏自由地表和分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可以清晰展现,曲线网格有限差分法可以精确地解决地震波在含起伏地表的双相各向同性介质中的传播问题. 相似文献
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传统有限差分方法在处理起伏地表时存在一些困难,而坐标变换法可将起伏地表映射为水平地表以克服此缺点.但同时,地下构造被变换得更加复杂,导致了波传播和成像的不准确.本文提出了一种分层的坐标变换方法,并应用到了弹性波逆时偏移中,此方法既可以克服起伏地表的影响,又可以不破坏地下构造.波场正向延拓、逆时延拓和分离是在辅助坐标系下完成的,而成像是在笛卡尔坐标系下完成的.通过对简单起伏模型和中原起伏模型的试算证明了本文提出方法的准确性.同时,对两种极端起伏地层高程不准确的情况进行测试可以看出:分层坐标变换逆时偏移方法的成像效果远好于传统坐标变换方法. 相似文献
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An optimized finite difference method based on a polar coordinate system for regional-scale irregular topography 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 The finite difference method (FDM) is an important numerical approach for simulating the propagation of seismic waves, and some FDMs can be used to study the impact of the Earth’s curvature and topography over large distances. To efficiently model the effects of the Earth’s irregular topography on the propagation of seismic waves, here we optimize a previously proposed grid mesh method and develop a novel two-dimensional boundary-conforming FDM based on a curvilinear polar coordinate system. This method efficiently simulates the propagation of seismic waves in an arc-shaped model with large variations in surface topography. Our method was benchmarked against other reported methods using several global-scale models. The consistency of the results confirms the validity of our proposed optimization strategy. Furthermore, our findings indicate that the proposed optimization strategy improves computational efficiency. 相似文献
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本文基于显式有限元法研究了地震波垂直入射时三维复杂山谷地形对地震地面运动的影响,在数值分析中应用了三维化二维的解法和黏弹性人工边界的处理方法,实现了地震波垂直输入下三维复杂场地地震动数值模拟,并验证了该方法的合理性.以四川桃坪地区一山谷地形作为研究对象,基于地表高程数据分别建立了二维和三维场地模型,对比研究表明:在复杂地形情况下考虑二、三维模型时具有明显差异,三维模型能更真实地反映地形变化对地震动的影响,复杂地形条件下有必要考虑三维实际场地模型.本文对边界自由场的处理方法也可用于处理三维复杂场地地震动斜入射问题,为三维复杂地形场地地震效应研究提供参考. 相似文献
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矩形网格有限差分法在地震波传播数值模拟方面具有计算速度快的显著优势,但该方法在处理复杂边界问题上存在着效率低的严重缺陷.本文针对分段光滑曲线边界定义了尖点处的一种正则导数,给出了矩形网格情形分段光滑曲线网格边界点法向导数的一种插值计算方法.采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟,并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律.模拟结果表明：法向导数插值计算方法为矩形网格有限差分法处理复杂边界提供了有效途径,采用波场系列快照技术可以清晰地展现地震波在反射界面的反射和透射规律、在尖点的绕射规律以及在自由表面的直达波和多次反射规律. 相似文献
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间断Galerkin有限元法（DG-FEM）作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔（SSP Runge-Kutta）算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层（NPML）的思想,基于复频移（CFS）拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件（简称为CFS-NPML）,该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果. 相似文献
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均匀弹性半空间表面或内部震源产生的地震波场的解析解属于Lamb问题,采用Cagniard-deHoop方法,对与水平面呈任意夹角的表面线源,求解了其作用于弹性半空间时的拉普拉斯-傅里叶双积分变换解.以δ-脉冲函数为例,给出了任意方向作用力下波场的构成,并定量解出了P波、S波、首波和Rayleigh波等各波的位移表达式,分析了不同作用方向下各波位移的相对大小.建立数值模型并进行数值模拟,模拟结果验证了理论研究的正确性.研究成果为近地表地震波场的研究提供了理论依据. 相似文献
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油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段.基于“逐步累加”的“直接下延”法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好地消除地形起伏的影响.波动方程频率空间域有限差分(xwfd)叠前深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像,同其他常规波动方程深度偏移一样,常规的xwfd偏移方法,主要也是针对相位进行波场延拓,没有对振幅做任何处理.我们基于保幅单程波方程,推导出了基于xwfd的保幅波场延拓算子,针对xwfd求解时引入误差的影响,我们在xwfd保幅波场延拓过程中加入了误差补偿,实现了带误差补偿的xwfd保幅偏移.基于带误差补偿的xwfd保幅算子,应用适合起伏地表的直接下延法,对双复杂介质模型和实际资料进行了试算,改善了双复杂介质的成像效果.其中,误差补偿可以在若干个外推步长上进行,所以相对于保幅傅里叶有限差分(ffd)法偏移来说,该方法在改善成像质量的同时,也具有较高的运算效率. 相似文献