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波动方程有限差分法是一种使用广泛的地震波数值模拟方法.但是有限差分法本身固有存在着数值频散问题，会降低地震波场模拟的精度与分辨率.为了克服常规有限差分算子的数值频散，本文针对VTI介质地震波数值模拟问题，构造了频率-空间域qP波波动方程高精度有限差分优化算子，根据最优化理论中高斯-牛顿法确定了高精度有限差分算子的优化系数.利用常规差分算子和高精度优化差分算子对归一化相速度的频散关系精度进行了对比分析，并对均匀各向同性介质和均匀VTI介质中的qP波地震波场进行了有限差分数值模拟，通过频散关系精度分析和波场数值模拟结果表明：有限差分优化算子具有较高的波场数值模拟精度，有效压制了传统有限差分算子数值模拟中的数值频散现象，提高了有限差分算子精度，为VTI介质频率-空间域qP波正演模拟奠定了基础. 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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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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横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质，我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广，推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率，最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质，我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法，该方法基于用射线角近似表示相角的思想，对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算，并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比，结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究. 相似文献
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裂缝诱导的双相具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质模型是由一组平行排列的垂直裂缝嵌入到统计各向同性的流体饱和多孔隙岩石中而组成的,它综合考虑了裂缝型储层岩石的各向异性和孔隙性.高精度的地震波场数值模拟技术是研究该介质中地震波传播规律的主要方法.本文结合错格伪谱法和时间分裂法,求解描述该介质中地震波传播的一阶速度-应力方程.模拟了单层和双层模型中的地震波场,并对其进行了特征分析.研究结果表明:错格伪谱法能有效消除标准网格伪谱法波场模拟结果中出现的数值伪影现象,与时间分裂法结合能够获得稳定的、高精度的模拟结果;裂缝诱导双相HTI介质中的地震波场兼具裂缝各向异性介质和双相介质中传播的地震波的波场特征. 相似文献
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地震波理论研究进展--介质模型与地震波传播 总被引：17，自引：11，他引：6
介质模型及地震波传播是地震波理论的核心内容之一,本文结合作者目前研究所涉及的内容,阐述了介质模型及地震波传播的相关问题．首先是地震学背景中的地震波传播的主要问题．其次是地震波传播的动力学,其中的主体内容可以由波动方程的建立、波动方程和波动方程的延伸三部分组成．再次是地震波的传播与介质因素和界面因素,以及孔隙介质模型的认识和讨论．最后结合均匀弹性各向同性、粘弹性各向同性、双相介质和各向异性四种介质模型,阐述了地震波传播的主要特性． 相似文献
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本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能. 相似文献
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In this paper, we present an improvement to our previously published nearly analytic discrete method (NADM) to solve acoustic
and elastic wave equations. We compare the numerical errors of the improved NADM with the original NADM and also the fourth-order
Lax–Wendroff correction and present examples of three-component wave fields in 2D transversely isotropic media with strong
velocity contrasts. Comparing with the original NADM, we find that the improved method requires significantly less storage
space and can increase the time accuracy from second order of the original NADM to fourth order, while the space accuracy
remains the same as that of the original one. Theoretical analyses and numerical results suggest that our improved NADM is
suitable for large-scale numerical modelling as it can effectively suppress numerical dispersion and source-generated noises
caused by discretising wave equations when too-coarse grids are used. 相似文献
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A modified nearly analytic discrete method and wavefield simulations in transversely isotropic media
LU Ming & YANG Dinghui Department of Mathematical Sciences Tsinghua University Beijing China 《中国科学D辑(英文版)》2005,48(8):1321-1328
Under the general case, rocks under the ground can be approximately considered as an elastic medium. Elastic wave equation is a partial differential equation, which describes the elastic wave propagation in elastic media. Simple elastic wave equation can be solved analytically, however most wave equations are very complex, which can only be solved by using numerical methods. Numerical simulations of seismic wave fields have become an important method for studying seismic wave propagation in co… 相似文献
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本文综合地介绍了含地下水的土层对地震波传播的研究成果,并对一些普遍性的原则问题进行了讨论.在不变形介质的前提下详细研究了二维地下水的波动问题,应用和开发了线单元-特征线法、交替方向隐式差分法和伽辽金有限单元法,求解了一些边值问题.还研究了介质的不均匀性、地层的成层性等对地下水波动的影响以及地下水波在界面上的透射、反射现象,发现了一些新的规律.从普遍方程出发,论证了地下水波在可变形介质和不变形介质中的差别,导出了两者的换算关系.开辟了由不变形介质的解求可变形介质的解的一个间接途径. 在可变形介质的前提下,直接从两相介质动力方程组出发,对含水土层中的波动问题进行了详尽研究,考虑了弹塑性、非线性本构关系、剪胀性、刚度退化等各种因素的影响.通过计算对各种土壤刚度、渗阻条件、边界透水条件、荷载形式、本构关系和不均匀性等情况做了比较研究,发现一些新规律.在垂直地震荷载作用下发现了两种不同形态的孔隙水压反应--阶变形和振荡形的机制,并用间断波理论解释了孔压阶跃的原因.最后对发现的新现象做了一些讨论和总结. 相似文献
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从各向同性介质中波场数值模拟的褶积微分算子法出发,推导出了各向异性双相介质中波场传播数值计算的褶积新算法.将常见的二阶微分Biot波动方程用等效的一阶速度—应力双曲方程表示,其中未知的波场向量包括固相和流体的速度分量和应力分量,由此对方程的时间项使用交错网格差分方法计算,而对空间项则采用褶积微分算法进行求解.对各向异性双相介质在单层介质模型和双层介质模型中的波场特征进行了研究.研究的结果显示,在两层介质分界面上当地震波产生反射时能观测到两类纵波和横波,并且在衰减系数大的介质里慢纵波很难见到. 相似文献
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Pure acoustic wave propagation in transversely isotropic media by the pseudospectral method 总被引：4，自引：0，他引：4
Seismic wave propagation in transversely isotropic (TI) media is commonly described by a set of coupled partial differential equations, derived from the acoustic approximation. These equations produce pure P‐wave responses in elliptically anisotropic media but generate undesired shear‐wave components for more general TI anisotropy. Furthermore, these equations suffer from instabilities when the anisotropy parameter ε is less than δ. One solution to both problems is to use pure acoustic anisotropic wave equations, which can produce pure P‐waves without any shear‐wave contaminations in both elliptical and anelliptical TI media. In this paper, we propose a new pure acoustic transversely isotropic wave equation, which can be conveniently solved using the pseudospectral method. Like most other pure acoustic anisotropic wave equations, our equation involves complicated pseudo‐differential operators in space which are difficult to handle using the finite difference method. The advantage of our equation is that all of its model parameters are separable from the spatial differential and pseudo‐differential operators; therefore, the pseudospectral method can be directly applied. We use phase velocity analysis to show that our equation, expressed in a summation form, can be properly truncated to achieve the desired accuracy according to anisotropy strength. This flexibility allows us to save computational time by choosing the right number of summation terms for a given model. We use numerical examples to demonstrate that this new pure acoustic wave equation can produce highly accurate results, completely free from shear‐wave artefacts. This equation can be straightforwardly generalized to tilted TI media. 相似文献
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重建地下介质相对衰减的分布:新的成象方法 总被引：6，自引：0，他引：6
在传统的连续波电磁层析成象方法中,影响线性方程组的解的重要参量--波源的辐射功率因子k,常常难以确定或根本无法确定,使方法的应用受到严重限制.本文提出了新的电磁层析成象方法,其线性方程组与k无关,能用于传统方法无法应用的情况.新方法重建的地下介质相对衰减的二维分布图象,比传统方法重建的绝对衰减的二维分布图象具有更好的分辨力和稳定性,更有利于地质解释.新方法已成功应用于8个不同地区电波勘探资料的处理. 相似文献
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对于用高阶偏微分方程进行地震偏移,本文提出一种分裂算法。有限差分法目前只能解波动方程的二阶和三阶的近似方程的偏移问题,更高阶的近似方程还没有一种有效的解法。利用高阶方程进行偏移会提高偏移的精度和效果。本文就是为了解决这个问题所进行的探索。 本文阐述了分裂算法的原理,并给出了应用该算法解决偏移问题的实例。 相似文献