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本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件：完美匹配层（Perfectly Matched Layer：PML），其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同，本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML，规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次，针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题，利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点，明确给出了参数微调准则以规避多重极点，进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法，极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后，将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元（高精度集中质量有限元）结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟，提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性. 相似文献
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一种时域复阻尼本构方程 总被引：3，自引：2，他引：1
为了将复阻尼理论应用于时步积分计算,本文根据文献［１］提供的建立时域复阻尼本构的思路,首先讨论了通过组合标准线性体构成与复阻尼理论在具有工程意义的频段内等效的时域本构方程的方法,即通过适当选取本构参数使滞回阻尼比和弹性模量与复阻尼理论相应值基本保持一致。然后,用一维波动数值模拟实例,对比了本文建议的本构方程、频域复阻尼理论及粘性阻尼本构对计算结果的影响,论证了本文建议的本构方程应用于地震工程的可行 相似文献
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分数阶微分算子具有描述历史依赖性和全域相关性的特质，本文利用这种特质描述双相介质固体骨架的黏弹性特征.基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架各向异性本构关系与双相介质理论有机地结合起来，并引入流变学本构关系描述孔隙流体的黏滞性力学行为，提出一种新的基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI模型.推导了相应的时间域波传播方程，然后对该方程进行了数值模拟.对整数阶导数采用高阶交错网格有限差分算法，对分数阶时间导数采用短时记忆中心差分算法，进行了不同相界、不同品质因子组及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.模拟结果表明：将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架各向异性本构关系及孔隙流体的黏滞性本构关系引入双相介质理论是可行的，二者的结合能更好地反映地下介质的黏弹性特征，对于进一步认识波在黏弹各向异性孔隙介质中的传播机理具有重要意义，为反演和重构地下油气储层和结构奠定正演理论基础. 相似文献
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吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征.在实际应用中,通常假设表征吸收衰减特征的品质因子Q在地震频带范围内不随频率变化.高阶广义流变模型能够在时间域内精确的表征品质因子Q不随频率变化的特征,为黏弹性介质波动方程精细模拟奠定了基础.基于广义标准线性体模型理论,采用最小二乘拟合方法对Q值不随频率变化特征进行拟合,分析了不同阶次广义标准线性体模型对黏弹性介质Q值特征的拟合程度,在权衡计算精度和三维计算量的基础上,确定了五阶广义标准线性体模型并建立了相应的三维黏弹性波的速度-应力方程,结合CFS-PML边界条件开展了高精度三维黏弹性波正演模拟.通过均匀介质正演模拟,验证算法的正确性,明确了地震波的传播时的吸收衰减特征,对三维盐丘模型进行数值模拟,表明了五阶广义标准线性体可以精确的模拟黏弹性介质地震波吸收衰减特征. 相似文献
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Lg波的QLg值是描述区域地壳结构及介质衰减特性的重要参数之一，QLg层析成像被广泛应用于地壳衰减结构横向不均匀性的研究中.但是，对QLg在垂直方向上的不均匀性的研究较少.当发现一个地区发生QLg值低时，我们希望进一步了解这种介质衰减深度.本文通过数值模拟合成地震图的方法，通过分析不同震源深度和介质模型计算QLg，判断Lg波发生主要衰减的深度.研究结果显示：（1）当震源深度浅时，上地壳介质衰减对于Lg波Q值的影响明显比下地壳的影响更大.而震源深度深时，两者贡献基本相当；（2）如果上地壳介质衰减强，则随着震源深度的增加，η值逐渐减小；如果下地壳介质衰减强，η值先增大后减小；但如果下地壳存在低速层，则η值持续增大；（3）如果上地壳介质衰减强，则随着震源深度的增加，Q0逐渐增大；反之如果下地壳介质衰减强，则Q0逐渐减小.因此，我们可以通过调查某一区域不同深度地震的Lg波衰减规律，来判断这一地区的地壳介质衰减情况. 相似文献
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利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性. 相似文献
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一种基于多项式外推的局部透射边界位移解(外行波为平面波情形) 总被引：3，自引：4，他引：3
基于外行波局部法向透射概念，从多项式外推的角度，结合一维和广义二维几何解释，推导建立了外行波为平面波时，人工边界节点位移解的计算公式。对该位移解的精度进行了时域分析，论证了该位移解收敛于数值精确解的必要条件和线性外推位移解的精度与数值精确解匹配的充要条件。在此基础上提出了一次“精确”透射的概念和相应的数学方法，实现了该位移解逼近于数值精确解的优化计算。 相似文献
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有限差分法广泛应用于地震波数值模拟、成像和波形反演中,差分数值解的精度直接影响着地震成像和反演的效果.因为有限差分算子可以通过截断伪谱法的空间褶积序列得到,而截断窗函数的属性影响有限差分算子逼近微分算子的精度.具体地讲,窗函数的幅值响应的主瓣和旁瓣决定了有限差分算子逼近的精度,主瓣越窄,旁瓣衰减越大,则有限差分算子逼近微分算子的精度越高,更好地压制数值频散.基于此认识,本文提出了一种基于Chebyshev自褶积组合窗截断逼近的有限差分算子优化方法.Chebyshev自褶积组合窗的主瓣较窄,且旁瓣衰减大,其可通过只调节三个参数,更直观和可视化地控制主瓣和旁瓣的形状,改变有限差分算子逼近微分算子的精度;该窗函数截断逼近的有限差分算子不仅有较大的谱覆盖范围,而且精度误差波动较小,这表明低阶的差分算子可以达到高阶算子的精度,且逼近误差更稳定;从经济上来讲,将有效地减少模拟计算花费,提高计算效率. 相似文献
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地震波在非弹性介质中的衰减效应常用品质因子Q度量.相对准确的Q模型对提高强衰减介质中地震波成像的质量至关重要.本文提出了黏声介质反射波形反演(QRWI)方法来重建地下宏观Q模型.在缺乏大偏移距和低频地震数据时,该方法以黏声波方程为波场传播引擎,利用反射波核函数对模型中深部的敏感性去提取背景Q值.当速度高、低波数成分均已知时,基于波形拟合的QRWI可以获得较高分辨率的反演结果.由于地下介质速度的高波数扰动很难准确估计,本文通过引入峰值频移目标函数,极大地降低了QRWI对速度高波数成分的依赖.理论合成数据实验结果表明,本文方法反演得到的宏观Q模型可以满足衰减补偿逆时偏移成像的要求. 相似文献
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描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性. 相似文献
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选取2016年3月—2019年6月内蒙古地震监测台网记录的925条内蒙古东北部及邻近地区地震数据，从中挑选133次M_L≥2.0且记录清晰、信噪比较高的地震事件，利用Sato模型、Aki模型，分别计算该区域地震尾波平均Q值，并拟合得到Q值对频率的依赖关系，其中：(1)Sato模型：Q_C(f)=(64.11±29.15)f~((0.8914±0.0772));(2)Aki模型：Q_C(f)=(258.4±65)f~((0.6815±0.1435))。结果表明，利用2种模型计算的该区域地震尾波Q值分布具有一致性，且Q值与依赖指数η成反比关系，分析认为，尾波Q值高低分布与地震活动性及地质构造有关。 相似文献
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基于Sato模型，采用2016年3月至2018年6月内蒙古东北部及临近地区发生的526次地震事件，挑选ML ≥ 2.0、记录清晰且信噪比较高的102次地震事件，拟合得到内蒙古东北部地区尾波Q值，得到QC（f）=（64.74 ±29.09）f（0.8925 ±0.0765）；Q值与依赖指数η成反比，且该区北部Q值偏高，南部Q值偏低，可能与地质构造及地震活动性有关。 相似文献
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微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解(特征值分解)方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响. 相似文献
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利用首都圈地震数字台网2009年1月至2016年3月记录的地震波形资料,采用Sato尾波单次散射模型,固定尾波窗长,计算唐山地区尾波Q值,时间和空间上分析Q值分布特征,结果显示,Q值在空间分布上呈现明显的横向不均匀性,在较长孕震时间上呈现降低—升高—降低—发震的过程,且中强震易发生在Q值高低值交界区偏高值一侧,震群易发生在Q值相对较低区域。 相似文献
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在存在强衰减介质的区域进行逆时偏移成像，需要既能补偿地震波传播过程中的振幅衰减，又能保持其相位不变的高效算法.为此，本文提出了一种利用有限差分模拟进行声波衰减补偿的方法来实现考虑衰减的逆时偏移.这种方法以线性黏弹性体模型为基础，保持其复模量的实部不变，并采用多项式多级优化方法修正复模量的虚部，从而实现在保持相位不变的同时补偿振幅，进而有效提高偏移成像的清晰程度，尤其是对于介质对地震波衰减极为强烈的情形.这一方法在声波方程中只增加了整数阶微分算子进行修正，能够保证利用有限差分法进行数值求解，有利于进行高效的大规模细粒度并行计算和GPU加速计算.数值实验结果验证了这一方法的可行性和有效性，能够很好地提高强衰减介质区域的偏移成像质量. 相似文献
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Q值是描述地层衰减特征的重要地震物理参数，研究Q值对提高地震资料分辨率，提高地震成像精度具有重要意义.本文从地震物理模拟中模型材料的动力学特征出发，提出了一种地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法.通过铝样验证了衍射校正方法的准确性，利用有机玻璃实验分析了不同测量方法求取Q值的测量精度问题，从而优选测量方法；然后基于复合材料的实验数据，建立复合材料配比与各物理参数之间的函数关系，利用该函数关系指导地层衰减定量模拟.结合单层地震物理模型和近地表地震物理模型，研究了模拟地震记录及其频谱特征与野外实际情况之间的相似性，基于建立的函数关系研究分析了地层衰减定量模拟的准确性.实验结果表明，基于地震衰减定量模拟方法构建近地表地震物理模型时，模型中模拟参数不仅与设计参数保持很好的一致性，同时具有很高的准确性，模拟地层的频谱衰减特征与野外地层保持一致. 相似文献