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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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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
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用GPU提速地震资料单程波有限差分叠前深度偏移(英文) 总被引：1，自引：0，他引：1
复杂介质情况下,地震波延多路径传播,此时基于波动方程延拓的深度成像方法,相对于Kirchhoff方法能够获得更为精确的成像效果,但是,该深度偏移方法由于高昂的计算消耗阻碍了它在生产中的应用。譬如,叠前深度偏移计算需要大规模的计算机集群,占地面积和电能消耗大。本文介绍了应用一种新的GPU计算架构来辅助CPU进行偏移计算。基于新架构的波动方程深度偏移提高了计算效率,而且机器占地面积和电能消耗也大幅度减少。本文以有限差分波动方程深度偏移为例,介绍了其编程模型和程序优化环节,提高了深度偏移计算效率。2D和3D测试表明,与相同单位个AMD2.5GHz CPU计算相比,该架构下的有限差分波动方程叠前深度偏移计算效率提高至少35倍。 相似文献
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本文介绍地震波场高阶有限差分正演及其GPU计算问题,通过数值模拟技术实现地震波正演。对于声波方程,利用泰勒级数展开式得出波动方程的高阶有限差分格式及其离散表达式。运用C++语言和CUDA编写二维和三维GPU正演程序,使用共享存储器提升GPU线程间通信传输速度,并且改善了三维模型情况下共享存储器容量对有限差分阶数的限制问题。建立不同尺度模型针对二维和三维GPU正演程序和CPU正演程序进行计算测试,比较两个程序的计算效率。测试结果表明,无论是在二维和三维的模型下,GPU正演程序的计算耗时都远远小于CPU正演程序的计算耗时,且随着计算数据量的增大,加速效果越来越显著,测试结果可以很好地证明GPU程序相对于单CPU程序计算的高效性。 相似文献
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正演模拟技术在地震采集设计中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
随着地震勘探开发的不断深入和发展,地震勘探的主战场逐渐向复杂地区转移.复杂地区既指地表条件复杂的地区,也指地下地质构造和地层条件复杂的地区,这些都对地震勘探提出了新的挑战和更高的要求.地震正演模拟正是开展此类问题研究的一个重要手段和方法.目前市场上具有正演模拟功能的软件大多是根据射线理论采用射线追踪的方法来完成正演模拟的,这种方法不能很好地反映地震波的动力学特征,特别是在复杂地区难以得到正确的结果.本文利用高阶有限差分有效克服了常规有限差分算法求解波动方程的频散问题,并以高效的OpenMP并行计算模式进行了并行优化,较大程度上提高了正演计算的速度和精度;同时实现了二阶Higdon边界条件,改善了边界吸收效果;也在一定程度上提高了计算速度.塔中地区主要目的层埋藏深,逆断层发育,地震反射特征复杂,增加了地震勘探的难度.本文依据该地区的地质模型,利用波动方程正演技术论证了该地区的地震采集观测系统,为该区地震采集观测系统的设计提供了科学依据. 相似文献
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一般偏移算法是用反演算子通过解析方法求解.最小二乘偏移方法采用另一种思路,即采用数值方法,通过解一个线性离散反问题来索求解.这样我们试着寻找一个模型匹配地震数据并能表现出其某些特点来得到偏移图像.最小二乘法能减少偏移赝像,得到更精确的偏移效果.Kirchhoff算子在最小二乘偏移方法中应用较广,但需要较多的迭代次数,而且具有Kirchhoff偏移的缺点.本文把最小二乘方法运用到基于波长延拓的波动方程偏移方法中,为提高最小二乘偏移的效率,可采用效率较高的正传播算子和反传播算子.我们利用效率较高,能适应剧烈横向变速的傅立叶有限差分正传播和反传播算子来做叠后最小二乘偏移.数值实例表明,通过少数的共轭梯度法迭代,就能得到与真实模型差别很微小的偏移效果.对于傅式变换我们采用了数值软件FFTW,其变换速度比常规FFT算法一般要快六倍以上,进一步提高了效率.本文算法很容易在并行机上实现,这些特点在处理大型数据时大有裨益. 相似文献
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基于任意广角波动方程的频率-空间域深度偏移方法研究 总被引：1，自引：1，他引：0
孙歧峰 《CT理论与应用研究》2010,19(2):17-24
传统的单程波动方程偏移算法对大倾角成像困难,本文基于时空域任意广角单程声波方程,通过对时间变量进行傅立叶变换得到其频率-空间域形式,利用有限差分进行离散化,设计并实现了频率-空间域有限差分叠后偏移成像算法。模型试算表明,该方法能够通过参数优化使得低阶数算子适应较大倾角地层的偏移成像。 相似文献
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波动方程有限差分法是波场模拟的一个重要方法,为解决常规有限差分法存在着数值频散的问题,本文从具有垂直对称轴的三维横向各向同性(VTI)介质频率-空间域qP波动方程出发,在常规差分算子的基础上构造了适合三维VTI介质的频率空间域有限差分优化算子,然后利用最优化理论中的Gauss-Newton法求解了优化算子的系数,使差分方程的相速度与波动方程的相速度尽量吻合,从而在理论上使网格数值频散达到极小,精度对比分析及数值测试表明,有限差分优化算子具有较高的波场数值模拟精度,有效地压制了数值频散现象,为三维VTI介质频率一空间域qP波正演模拟研究提供了理论基础. 相似文献
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对于大多数速度场，地震波沿射线传播的初至波走时，可以用有限差分外推的方法在二维或三维数值网格上计算出来. 在保证精度的条件下，为提高计算效率和适应性，本文推导了基于任意矩形网格和局部平面波前近似的有限差分初至波走时计算方法. 另外，该方法对首波和散射波做了合适的处理，而且不会碰到传统射线法存在的阴影区和焦散区等问题. 简单模型和复杂的Marmousi模型试算的结果表明，该方法精度较高并适用于强纵、横向变速的复杂介质. 基于该方法的Kirchhoff叠前深度偏移, 在主要构造和目的层位置的成像效果上基本达到了波动方程法叠前深度偏移的位置成像效果. 由于未考虑续至波等有效能量，在成像的保幅性上不如波动方程法叠前深度偏移的效果，但其计算效率则明显高于全格林函数法和波动方程法. 相似文献
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有限差分时间域正演是弹性波逆时偏移和全波形反演的基础,正演的计算精度也控制着偏移结果的准确性,若精度不高,则在偏移、反演后会带来假象.为了有效提高正演精度,本文结合窗函数优化方法,在窗函数截断伪谱法空间褶积序列以逼近有限差分算子的基础上,提出了一种基于Chebyshev窗的余弦调制模型,在原始Chebyshev窗的基础上引入了调制次数和调制范围,通过调节这两个参数可以人工可视化的调节截断误差,新的窗函数继承了Chebyshev窗的特点,在不明显降低截断谱范围的基础上明显降低了截断误差.本文针对不同正演阶数N,给出了一组经验调制系数,并通过数值模拟方法,对比了新方法、改进二项式窗和基于最小二乘优化方法的正演效果.结果表明,基于余弦调制的Chebyshev窗控制数值频散的能力更强,在大网格下可以得到更精确的正演结果.从经济角度分析,该方法减小了计算花费,提高了计算效率. 相似文献
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求解波动方程的任意差分精细积分法 总被引：5，自引：0，他引：5
在地震偏移成像技术中，常常要反向外推波场，因此涉及到波动方程的数值求解问题。本文提出了一种求解偏微分方程的新的半解析方法——任意差分精细积分(ADPI)法。其大体思路是：空间域上作坐标离散，但不采用古典差分法的等分离散方式，而是一种相对自由的、任意的离散法；时间域上则采用子域精细积分的方法，既保留了精细积分法的高精度，又克服了工作量大、占用存储大等缺点。该方法具有精度高、带宽小、稳定性好等多项突出优点，并且可以灵括处理各类边界条件。本文从简单一维、较普遍一维、以及二维3种情形讨论该方法对波动方程的具体应用，结合实际的算例，详细分析了各种算法的可行性和精度特点。 相似文献
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叠前深度偏移是复杂构造成像的重要手段.本文基于波场分裂理论,首先给出了波场延拓的一般方程,即一个上下行波的耦合方程组.通常所用的波场延拓方程就是该耦合方程组的特例.根据平方根算子的近似,推导了一种新的高精度混合法偏移方法,用分裂法即可进行计算.通过对一个横向强烈变速模型的叠后偏移及Marmousi复杂构造模型的叠前偏移计算,说明了方法的有效性,精度较高.采用MPI并行编程实现并行计算,提高了计算效率.该方法可用于对横向强烈变速的复杂构造的精确成像. 相似文献
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逆时偏移方法利用双程波算子模拟波场的正向和反向传播,通常采用互相关成像条件获得偏移剖面,是一种高精度的成像方法.但是传统的互相关成像条件会在偏移结果中产生低频噪声;此外,如果偏移速度中存在剧烈速度变化还可能进一步产生偏移假象.为了提高逆时偏移的成像质量,可在成像过程中先对震源波场和检波点波场分别进行波场分离,然后选择合适的波场成分进行互相关成像.本文基于Hilbert变换,推导了可在偏移过程中进行上下行和左右行波场分离的高效波场分离公式以及相应的成像条件,结合Sigsbee 2B合成数据,给出了不同波场成分的互相关成像结果.数值算例结果表明,采用本文提出的高效波场分离算法以及合理的波场成分互相关成像条件可以获得高信噪比的成像结果. 相似文献
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波动方程正演在地震资料采集、处理、解释与反演中均能发挥重要作用,但现有的基于求解地震波动方程的正演算法由于受庞大计算量的制约而难于大规模应用于工业生产.本文从二维弹性波动方程出发,研究了利用有限差分法并行求解该方程的基本思路与方法,给出了适于并行求解的计算空间划分方法与通信方案,分析了不同参数条件下并行程序的运行时间、加速比与效率.引入消息传递接口（MPI）实现了弹性波方程的并行求解,极大地提高了数值求解弹性波方程的计算效率. 相似文献
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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
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Jia Xiaofeng 《中国地震研究》2004,18(1):36-41
Wave equation migration is often applied to solve seismic imaging problems. Usually, the finite difference method is used to obtain the numerical solution of the wave equation. In this paper, the arbitrary difference precise integration (ADPI) method is discussed and applied in seismic migration. The ADPI method has its own distinctive idea. When dispersing coordinates in the space domain, it employs a relatively unrestrained form instead of the one used by the conventional finite difference method. Moreover, in the time domain it adopts the sub-domain precise integration method. As a result, it not only takes the merits of high precision and narrow bandwidth, but also can process various boundary conditions and describe the feature of an inhomogeneous medium better. Numerical results show the benefit of the presented algorithm using the ADPI method. 相似文献
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为了处理横向强变速介质中的深度成像问题,本文提出一种基于共炮道集的优化系数的傍轴近似方程叠前深度偏移算子,并在基于反射系数估算的成像条件下,可实现叠前深度偏移成像.该算子具有方程阶数低且能对陡倾角成像的特征,并采用有限差分法波场延拓,能适应速度场的任意变化.当在频率-空间域进行计算时,相对于纯粹的时间-空间域有限差分算法有计算效率高、成像方便的优点.脉冲响应测试和对Marmousi模型进行的叠前深度偏移结果表明,该偏移方法在强横向变速情况下具有非常好的成像效果. 相似文献