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相似文献
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1.
间断有限元(Discontinuous Galerkin:DG)方法具有低数值频散、网格剖分灵活、能模拟地震波在复杂介质中传播等优点.因此,本文将一种新的DG方法推广到双相和黏弹性等复杂介质的地震波场模拟,发展了求解Biot弹性波方程和D'Alembert介质波动方程的DG方法.首先通过引入辅助变量将Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程转化为关于时间-空间的一阶偏微分方程组,然后对该方程组进行DG空间离散,得到半离散化的常微分方程组.最后,对此常微分方程组,应用加权的Runge-Kutta格式进行时间推进计算.数值结果表明,DG方法可以有效地求解Biot双相介质弹性波方程和D'Alembert介质波动方程,并能很好地压制因离散求解波动方程而产生的数值频散,获得清晰的各种地震波震相.  相似文献   

2.
横向各向同性介质地震波场数值模拟研究   总被引:8,自引:8,他引:0       下载免费PDF全文
地震波场数值模拟是理解地震波在地下介质中的传播特点,帮助解释观测数据的有效手段,而提高计算精度和运算效率是所有波场数值模拟方法研究所追求的目标.有限差分技术是求解波动方程计算效率最高、应用最为广泛的方法之一.但传统的有限差分技术计算过程中的数值频散问题影响了该技术的计算精度与计算效率.本文通过交错网格高阶有限差分技术与通量校正传输方法(Flux|corrected transport method,FCT)相结合, 对横向各向同性介质(Transverse isotropic medium,TI)一阶速度|应力弹性波动方程组进行了数值求解研究.波场快照数值模拟结果表明,本文研究的数值模拟方法与波动方程二阶有限差分方法、交错网格四阶有限差分方法相比,在压制网格数值频散方面有明显的优势,计算精度提高,而且可以利用较大的空间步长,提高计算效率.  相似文献   

3.
为提高频率域弹性波动方程数值求解的计算效率,本文引入近似解析离散化(NAD)方法将其进行数值离散并得到大型线性代数方程组.在详细分析了相应系数矩阵的稀疏分块结构与数学性质之后,本文提出采用不精确旋转分块三角预处理子加速Krylov子空间迭代方法来快速求解该线性方程组,并利用数值试验证实这种方法在弹性波场模拟方面的数值效率.通过与另外两种经典数值方法(常规有限差分方法和交错网格有限差分方法)对多种介质模型进行波场模拟、数值频散分析以及与解析解的波形对比,NAD方法显示了其在压制数值频散和提高计算效率方面的优势以及对复杂介质模型弹性波场数值模拟的有效性.  相似文献   

4.
双变参数标量纵波方程正演模拟方法   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
常见弹性波动理论的建立是基于介质均匀这一基本假设,实际介质的非均匀性非常普遍.为研究连续介质中波的传播特征,本文从弹性力学中建立弹性波动方程的三个基本方程出发,考虑连续介质弹性参数的空变特征,建立非均匀介质的弹性波动方程,利用Alkhalifah声学近似思想建立位移表征的纵波波动方程,利用本征值问题求解方法建立标量波频率-波数域传播算子,从而建立描述纵波传播的标量波方程,其中波函数为纵波位移的散度,不同于均匀介质标量波方程的波函数为位移势.随后推导含PML边界波动方程差分格式并建立不同模型数值模拟进行数值试算,与均匀假设标量波方程和变密度方程对比证明本方法的准确性和稳定性.  相似文献   

5.
正演计算是反演研究的基础,为了实现基于三维弹性波方程的全波形反演成像,发展准确、高效、低数值频散的三维正演模拟方法至关重要.为此,本文将修正保辛分部龙格-库塔格式与优化有限差分算子结合,发展了用于数值求解三维弹性波方程的修正时空优化保辛方法(MTSOS).新方法使用二级龙格-库塔格式达到了三阶时间精度,且更适用于求解非均匀介质情况下的弹性波方程,数值频散误差小于同精度保辛分部龙格-库塔(SPRK)方法的误差,提高了计算精度.波场模拟结果表明,三维MTSOS方法可以精确给出数值模拟结果,能够清晰模拟地震波传播过程中产生的各种震相、有效压制数值频散.  相似文献   

6.
叠前逆时偏移在理论上是现行偏移方法中最为精确的一种成像方法,其实现过程中的核心步骤之一是波动方程的波场延拓,而波场延拓的本质是求解波动方程,所以精确、快速地求解波动方程对逆时偏移至关重要.本文采用一种基于时空域频散关系的有限差分方法来求解声波方程,分析其频散和稳定性,实现波场数值模拟,并将分析和模拟结果与传统有限差分法进行对比.分析结果和模型数值模拟结果都表明时空域有限差分法模拟精度更高、稳定性更好.将时空域高阶有限差分法应用到叠前逆时偏移波场延拓的方程求解中,然后再利用归一化互相关成像条件成像,理论模型数据偏移处理获得了精度更高的成像.同时,在逆时偏移波场延拓的实现中,采用自适应变长度的空间差分算子求解空间导数的有限差分策略,在不影响数值模拟和成像精度的前提下,有效地提高了计算效率.  相似文献   

7.
陈可洋 《内陆地震》2011,25(3):215-228
为了便于研究双相介质固流相混合弹性波场中纵横波波场的传播规律,提出了基于交错网格的Biot双相各向同性介质弹性波动方程高精度波场分离正演数值模拟方法.采用高阶交错网格有限差分法来构建一阶双曲型双相各向同性介质弹性波动方程正演算子实现波场正演,并在每一步递推过程中,分别计算出同相和流相分量相应的散度场(纯纵波场)和旋度场...  相似文献   

8.
时间域全波场各向异性弹性参数反演   总被引:10,自引:7,他引:10       下载免费PDF全文
从各向异性弹性波的有限元正演方程出发 ,导出了反问题中时间域雅可比矩阵求解的计算公式 .它具有与时间域有限元正演方程相同的表达形式 ,故可通过有限元正演计算来获得雅可比矩阵 .研究了有限元正演算法的效率和精度、吸收边界条件等方面的问题 ,以提高反演系统的效率和精度 .在此基础上 ,实现了叠前全波场各向异性弹性参数反演 .计算表明 ,在初始模型偏离真实模型较大的情况下 ,层状模型和横向不均匀模型的反演结果均能准确地收敛到真实模型上 .  相似文献   

9.
康玮  程玖兵 《地球物理学报》2012,55(3):1033-1045
地下岩石的速度各向异性影响地震波的传播与成像.横向各向同性(TI)介质为最普遍的等效各向异性模型.引入TI介质拟声波方程可以避免复杂的弹性波方程求解以及各向异性介质波场分离,以满足对纵波成像的实际需要.本文从垂直横向各向同性(VTI)介质弹性波方程出发,推导出正应力表达的拟声波方程以及相应的纵波分量的表达式,进而分析从频散关系得到的拟声波方程的物理意义,而后将拟声波方程扩展到更一般的倾斜横向各向同性(TTI)介质中.波前快照与群速度平面的对比验证了拟声波方程可以很好地近似描述qP波的运动学特征.在此基础上,将拟声波方程应用在逆时偏移中并与其特例声波近似方程进行对比,讨论了计算效率、稳定性等实际问题.数值试验表明VTI介质情况下采用声波近似方程可以提高计算效率,而TTI介质qP-qSV波方程则在效率相当的情况下可以保证稳定性.SEG/HESS模型和逆冲模型逆时偏移试验验证了本文TI介质拟声波方程的实用性.  相似文献   

10.
借助Christoffel方程可求解出各向异性介质弹性波精确频散关系.利用近似方法进行处理,再通过傅里叶逆变换将频率波数域算子变换为时空域算子,可导出解耦的 qP波或 qS波波动方程.本文在 TTI介质弹性波精确频散关系的基础上,利用近似配方法推导了 qP波和 qSV波近似频散关系,通过傅里叶逆变换推导了 TTI介质 qP波和 qSV波解耦的波动方程.为了验证近似频散关系的有效性,利用两组模型参数对其进行数值计算,分析了相对误差在不同传播方向上的分布.随后使用有限差分方法分别对均匀、层状及复杂 TTI介质弹性波近似解耦波动方程进行数值模拟,结果显示 qP波和 qSV波完全解耦,并且在各向异性参数η<0 以及介质对称轴倾角变化较大的情况下,纯 qP波和纯 qSV波近似波动方程依然可以保持稳定.  相似文献   

11.
For increasing time values, isochrons can be regarded as expanding wavefronts and their perpendicular lines as the associated orthogonal isochron rays. The speed of the isochron movement depends on the medium velocity and the source-receiver position. We introduce the term equivalent-velocity to refer to the speed of isochron movement. In the particular case of zero-offset data, the equivalent velocity is half of the medium velocity. We use the concepts of orthogonal isochron-rays and equivalent velocity to extend the application of the exploding reflector model to non-zero offset imaging problems. In particular, we employ these concepts to extend the use of zero-offset wave-equation algorithms for modelling and imaging common-offset sections. In our imaging approach, the common-offset migration is implemented as a trace-by-trace algorithm in three steps: equivalent velocity computation, data conditioning for zero-offset migration and zero-offset wave-equation migration. We apply this methodology for modelling and imaging synthetic common-offset sections using two kinds of algorithms: finite-difference and split-step wavefield extrapolation. We also illustrate the isochron-ray imaging methodology with a field-data example and compare the results with conventional common-offset Kirchhoff migration. This methodology is attractive because it permits depth migration of common-offset sections or just pieces of that by using wave-equation algorithms, it extends the use of robust zero-offset algorithms, it presents favourable features for parallel processing, it permits the creation of hybrid migration algorithms and it is appropriate for migration velocity analysis.  相似文献   

12.
大地电磁三维正演并行算法研究   总被引:6,自引:1,他引:6  
大地电磁法三维正演算法计算量大,用传统的串行程序计算相当耗时。而三维正演是逐个频率按顺序计算的,并行性好,适合并行运算。结合MPI自身的优越性,在深入分析大地电磁三维正演串行程序实现流程的基础上,确定了并行计算的思路,实现了三维正演的并行计算。通过三个理论模型对实现的三维正演并行程序进行了试算,分析对比了在多种情况下程序的执行效率。测试结果表明,所实现的三维正演并行程序运行结果正确,效率提高明显。此思路可为解决其它地球物理超大计算量问题所借鉴。  相似文献   

13.
The complexity of an elastic wavefield increases the nonlinearity of inversion. To some extent, multiscale inversion decreases the nonlinearity of inversion and prevents it from falling into local extremes. A multiscale strategy based on the simultaneous use of frequency groups and layer stripping method based on damped wave field improves the stability of inversion. A dual-level parallel algorithm is then used to decrease the computational cost and improve practicability. The seismic wave modeling of a single frequency and inversion in a frequency group are computed in parallel by multiple nodes based on multifrontal massively parallel sparse direct solver and MPI. Numerical tests using an overthrust model show that the proposed inversion algorithm can effectively improve the stability and accuracy of inversion by selecting the appropriate inversion frequency and damping factor in lowfrequency seismic data.  相似文献   

14.
殷文 《地球物理学进展》2007,22(5):1474-1480
正演模拟是叠前弹性波反演的基础.采用慢度法计算层状介质的叠前地震记录,分别对频率和慢度进行积分变换得到时-空域的地震道集,并对在慢度积分过程中产生的计算噪音提出了解决方案.为得到高精度合成地震记录,需将地层细分,但地层层数很多时,计算量较大;而对地层粗分虽然会大大加快运算速度,但合成记录会丢失很多信息,文中给出了地层的划分原则.该方法能够计算出包括转换波和多次反射在内的全地震响应.但在提高合成记录精度的同时,也导致计算量增大、计算效率降低,因此,本文对基于慢度法全波场模拟进行了并行算法设计,采用计算域分割、工作池并行技术,建立了慢度法全波场正演模拟的并行算法,使得弹性波正演问题求解更加高效,为充分利用叠前地震资料进行叠前反演提供了研究基础.  相似文献   

15.
16.
基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移   总被引:20,自引:6,他引:14       下载免费PDF全文
针对接收函数正演与偏移, 本文采用波动方程有限差分算法. 借鉴成熟的勘探地震学方法, 引入等效速度概念, 建立接收函数转换波与地震勘探反射波的等效走时方程, 实现了基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移. 数值计算表明, 波动方程有限差分叠后偏移方法可以对点绕射和穹隆构造模型实现高精度成像. 本文利用数值计算讨论了波动方程有限差分叠后偏移与Kirchhoff叠后偏移对于接收函数偏移的适用性, 还对偏移过程中速度模型的误差进行了分析.  相似文献   

17.
大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟的并行计算研究   总被引:3,自引:3,他引:0  
为了更有效的提高大地电磁三维正演的计算速度,引入了并行处理技术.大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟是按照不同频率来计算的,各频率之间求取电磁场值的过程是相互独立的.根据这一特点,可以将多个频率的计算任务平均划分为一个或者几个频率的计算子任务,分配到各个计算节点去并行执行,计算完成后将结果汇总.本文通过采用主从并行模式、分频并行计算的方案,在曙光TC5000A高性能并行平台上实现了基于MPI的大地电磁三维正演的并行计算.通过两个理论模型对实现的大地电磁三维正演并行算法进行试算,对比分析了多个节点机下程序的执行效率.测试结果表明,所实现的三维正演并行算法是正确的、高效的,为进一步的大地电磁三维反演并行算法研究奠定了重要基础.  相似文献   

18.
In geophysical inverse problems, the posterior model can be analytically assessed only in case of linear forward operators, Gaussian, Gaussian mixture, or generalized Gaussian prior models, continuous model properties, and Gaussian-distributed noise contaminating the observed data. For this reason, one of the major challenges of seismic inversion is to derive reliable uncertainty appraisals in cases of complex prior models, non-linear forward operators and mixed discrete-continuous model parameters. We present two amplitude versus angle inversion strategies for the joint estimation of elastic properties and litho-fluid facies from pre-stack seismic data in case of non-parametric mixture prior distributions and non-linear forward modellings. The first strategy is a two-dimensional target-oriented inversion that inverts the amplitude versus angle responses of the target reflections by adopting the single-interface full Zoeppritz equations. The second is an interval-oriented approach that inverts the pre-stack seismic responses along a given time interval using a one-dimensional convolutional forward modelling still based on the Zoeppritz equations. In both approaches, the model vector includes the facies sequence and the elastic properties of P-wave velocity, S-wave velocity and density. The distribution of the elastic properties at each common-mid-point location (for the target-oriented approach) or at each time-sample position (for the time-interval approach) is assumed to be multimodal with as many modes as the number of litho-fluid facies considered. In this context, an analytical expression of the posterior model is no more available. For this reason, we adopt a Markov chain Monte Carlo algorithm to numerically evaluate the posterior uncertainties. With the aim of speeding up the convergence of the probabilistic sampling, we adopt a specific recipe that includes multiple chains, a parallel tempering strategy, a delayed rejection updating scheme and hybridizes the standard Metropolis–Hasting algorithm with the more advanced differential evolution Markov chain method. For the lack of available field seismic data, we validate the two implemented algorithms by inverting synthetic seismic data derived on the basis of realistic subsurface models and actual well log data. The two approaches are also benchmarked against two analytical inversion approaches that assume Gaussian-mixture-distributed elastic parameters. The final predictions and the convergence analysis of the two implemented methods proved that our approaches retrieve reliable estimations and accurate uncertainties quantifications with a reasonable computational effort.  相似文献   

19.
When treating the forward full waveform case, a fast and accurate algorithm for modelling seismic wave propagation in anisotropic inhomogeneous media is of considerable value in current exploration seismology. Synthetic seismograms were computed for P-SV wave propagation in transversely isotropic media. Among the various techniques available for seismic modelling, the finite-difference method possesses both the power and flexibility to model wave propagation accurately in anisotropic inhomogeneous media bounded by irregular interfaces. We have developed a fast high-order vectorized finite-difference algorithm adapted for the vector supercomputer. The algorithm is based on the fourth-order accurate MacCormack-type splitting scheme. Solving the equivalent first-order hyperbolic system of equations, instead of the second-order wave equation, avoids computation of the spatial derivatives of the medium's anisotropic elastic parameters. Examples indicate that anisotropy plays an important role in modelling the kinematic and the dynamic properties of the wave propagation and should be taken into account when necessary.  相似文献   

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