波场模拟

摘要： 通过分析天然气水合物在海洋中的6种主要赋存状态类型,总结了每种赋存状态之间的相互转化关系及其物性参数计算方法,并应用到地震波场的正演模拟中.对比研究了声波模型、弹性波模型和双相介质模型对各种水合物赋存地层的响应特征,结果表明:1)当地层中存在孔隙充填型水合物且下伏地层不含游离气时,双相介质模拟的含水合物层底界表现负极性特征;当充填结核型水合物时,弹性介质和双相介质模拟的水合物底界反射呈负极性;2)当地层充填颗粒包裹型水合物且下伏地层含游离气时,无论是低频(25 Hz)条件还是提高子波主频(40 H z),3种介质模拟水合物的地震响应特征都很明显,但水合物层底界反射振幅随偏移距变化的关系存在差异;3)当沉积薄层中充填颗粒间胶结型水合物且下伏地层含游离气时,弹性介质和双相介质模拟水合物薄层底界的反射振幅随偏移距的增大而减小;将水合物类型改为颗粒支撑型并提高子波主频,声波介质和弹性介质模拟水合物层底界的反射振幅随偏移距的增大而减小.

摘要： 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.

摘要： 2.5D地震波场数值模拟通过在2D地质模型中施加点源从而计算得到3D地震波场.首先通过傅里叶变换得到了一种适用于混合(声波、弹性各向同性、弹性各向异性)介质和各种边界条件(声波自由地表、固体自由地表和固·液边界)的2.5D时域广义一阶波动方程,并采用曲线网格有限差分法求解该波动方程.在各种均匀介质模型(声波、弹性各向同性和弹性各向异性)中,通过对比2.5D数值解与3D解析解和3D数值解,不仅验证了推导的方程和数值求解方法的正确性,而且验证了2.5D数值方法相比3D数值方法在计算效率和内存占用方面有很大的优势.2D数值方法由于线源假设,其解与2.5D数值解相比存在较大的振幅误差和相移,难以直接应用.数值实验结果表明,该2.5D数值模拟方法适用于含各种边界(声波自由地表、固体自由地表和固·液边界)的地质模型.不同于2D波场数值模拟方法,2.5D波场数值模拟方法可直接应用于实际的点源观测数据处理,如2.5D逆时偏移成像.

摘要： 当介质的几何结构复杂或者内部存在强物性界面时,传统的地震波正演模拟方法的计算结果往往难以满足实际精细波场计算的要求。多松弛时间格子Boltzmann方法(MRT-LBM)是一种新兴数值模拟方法,具有稳定性好、计算精度高、边界处理灵活等优点。针对MRT-LBM数值模拟时面临的人工截断边界,提出了一种基于多松弛参数的黏滞吸收边界方案。由于边界反射的压制效果对衰减参数很敏感,因此通过大量数值模拟实验选择了最优参数组合,获得了适用性强的吸收边界条件。该吸收边界条件的算法简单,且可扩展性强。最后应用均匀模型和简单非均质模型验证了其吸收效果,并用复杂的BP模型验证了其适用性。

摘要： 人工源宽角反射(折射)地震资料具有偏移距较大、信噪比较低等特点,通常用于地震波走时反演重建地壳速度结构.逆时偏移成像方法作为勘探地震学领域获取地下构造形态的有效手段之一,可以有效弥补走时反演方法的不足.本文针对大偏移距宽角反射(折射)地震实验,利用四边形网格谱元法进行波场模拟,结合了有限元法的灵活性和谱方法的指数收敛性,高效且高精度获取模型合成地震记录,后采用逆时偏移成像方法将合成地震记录偏移归位,获取地壳几何结构,验证了逆时偏移成像方法在宽角地震资料处理及结果解释中的适用性,为后期实际地震资料的偏移成像提供了理论依据和支持.

摘要： 实际地下介质普遍具有黏弹性,一般采用品质因子Q表征介质黏弹性程度.在勘探地震频带范围内,通常认为Q不随频率变化,这种常Q特征可以用广义标准线性固体模型进行较好地刻画,因此广义标准线性固体模型成为了黏弹性地震波正演模拟的首选.但是目前这类黏弹介质地震波正演方法往往使用固定的松弛机制数,存在模拟精度与计算效率不能较好统一的缺陷.本文基于广义标准线性体模型,提出了一种黏声波动方程变松弛机制数有限差分地震波场正演方法,即在模型不同区域使用不同松弛机制数、不同模拟精度的求解方式,以达到计算效率与模拟精度的统一.将本文模拟结果与解析解对比,分析模拟精度与机制数、Q值和传播距离的关系,确定不同机制数的适用范围;进一步对比变松弛机制数模拟结果与固定松弛机制数模拟结果的精度和计算效率,结果表明前者适用范围广,模拟精度高,并可有效提高计算效率.

摘要： 本文研究了二维多孔弹性波方程的多尺度波场数值模拟方法.该多尺度方法可采用较粗的网格计算,同时又能反映细尺度上物性参数的变化信息.文中详细阐述了多尺度模拟方法与算法,并推导了相应的计算格式.基本思想是建立粗细两套网格,在粗网格上,基于有限体积方法计算更新波场;在细网格上,计算多尺度基函数,这基于有限元方法通过求解一个局部化问题得到.对含有随机分布散射体的多孔介质模型进行了数值计算,计算中应用了完全匹配层(PML)吸收边界条件,数值结果验证了本文方法和算法的正确性和有效性.

摘要： 孔隙介质中的Biot流机制和喷射流机制是影响波频散和衰减的重要物理机制,研究其对波传播的影响,对指导油气勘探开发具有重要的理论价值和现实意义.在众多的方法中,波场模拟对于认识其对波传播的影响具有直观性,因而本文将采用波场模拟的手段,通过构造求解部分应力形式BISQ模型的SSM方法,深入研究Biot流机制和喷射流机制对波传播的影响.rn SSM方法是求解非耗散Biot方程的保持辛几何结构不变的数值方法，它具有计算速度快，压制数值频散能力强等优点。所以，本文采用其思想构造出求解BISQ方程的SSM方法以探讨波传播规律。rn 为了分析SSM方法压制数值频散的效果和计算效率，本文基于部分应力形式BISQ模型分别利用SSM方法和LWC方法对其求解，并将其波场和波形记录进行了对比。rn 为了消除传统LWC方法求解BISQ模型产生的数值频散使其与SSM方法具有相同的压制数值频散效果，本文将LWC方法中的计算网格不断加细，比较了利用加细后网格计算得到的波场快照和粗网格条件下用SSM方法计算得到的波场。rn 为了考察Biot模型和BISQ模型的波场的差异，从而研究两个模型中的波传播规律，本文对比了相同时刻Biot模型和BISQ模型的固相波场。

摘要： 随机介质表征的地球介质自组织性,体现了地球内部复杂介质在大尺度背景场上附加的小尺度非均匀性和统计性特征,对理解地球内部构造和动力学演化有重要的意义.地球介质自组织性的研究,对正确认识地球内部构造、实际地震资料的地质解释与储层预测等,均具有重要的理论和实际意义.地震波的传播理论是地球介质反演的基础,主要包括波动方程理论和高频近似的地震射线理论等.波场模拟方法,是研究自组织介质的理想途径,对于小尺度的非均匀性,通常要求精细的网格划分,因此会产生巨大的计算量.采用了非均匀多尺度化波场模拟方法,可以实现整体区域粗网格化,而局部区域的精细网格划分,在保证计算精度的同时,可以大大提高精算效率.rn 地球内部小尺度非均匀体会引起地震波的散射，携带了大量的关于地球内部非均匀精细结构的信息，产生了波前愈合效应。即介质中非均匀异常引起的波前扰动，会随着传播距离的增大而减小。基于高频近似的射线理论，认为在射线路径上的波速异常体造成的震相初至扰动与震源距无关，仅与射线路径经过的介质有关。为了研究地震射线理论在自组织介质中的适用性范围，本文选取高斯型、指数型和von Karman型自相关函数来描述自组织介质，采用非均匀化多尺度方法进行大尺度地球模型的波场模拟。利用互相关方法求取背景速度场与附加自组织介质速度场之间的波场走时差，并与由射线理论得到的走时差进行比较。结果表明自组织介质相关长度越小、波长越长且传播距离越远时，波前愈合效应越强。当相关长度α、波长λ以及传播距离L之间满足时α/(λL)1/2≤0.5，波前愈合效应显著，且随着比值减小两者差异增大，波前愈合效应在增加，在该范围内射线理论计算走时的误差较大。

摘要： 地震波场数值模拟技术是地震勘探及开发中的一项十分重要的应用技术.传统的单震源波场模拟计算效率低,为减少计算量,常常通过降低采样点数.多震源波场模拟技术可以改善这一情况,基于单程波动方程的波场模拟算法，计算速度快，波场简单，干扰少，方便用于衰减介质的正演模拟，将其与多震源技术相结合，能够有效提高波场模拟的计算效率，增加采样信息，可以辅助实现高精度的地震资料成像。衰减介质较完全弹性介质更为符合实际地下介质的情况，将其波场进行对比发现，当地下介质含有衰减特征时，伪分离后的数据部分炮集中的串扰噪声会相对较小。

摘要： 不通过岩石物理实验和数字岩心图像处理,研究直接通过数值计算地震波场特征,获得地震岩石物理参数及其响应特征的方法.基于岩心资料,构造厘米—毫米级小尺度数值地质模型,随机加入有机质、有机孔、层间缝、垂直缝、TOC和基质孔隙等地质要素.在小尺度网格采用等效介质理论建立地球物理参数模型.进行不同角度非均匀平面地震波传播模拟,直接获取波长尺度的页岩模型真正地震岩石物理参数.通过改变地质参数,获得相应的地震波场响应特征、计算得到纵横波速度、弹性参数和各向异性参数.计算结果与实验室测量及其理论计算交会分析趋势符合,规律一致,表明地震计算岩石物理思路和技术流程的有效性.

摘要： 本文基于三维流体饱和多孔介质方程的混合有限元形式,用四阶谱元方法来模拟波场传播,为模拟吸收边界,推导了相应的完全匹配层(PML)方程,数值计算表明本文方法具有精度高和边界吸收效果好的优点.

摘要： 高斯束是沿中心射线邻近的正则性区域求解波动方程的高频近似解.传统的高斯束在局部射线中心坐标系下构建,对每一个观测点,都需要计算它到中心射线的法向距离,其中坐标变换是很费时的计算.为了减小计算量,可以在观测点邻域应用局部几何坐标系,然而只是部分解决了这个问题.本文采用拟设理论来构建沿中心射线的全局笛卡尔坐标系高斯束.数学上,此拟设可理解为沿中心射线对旅行时求导,增加一个虚部项作为中心射线在其邻域Taylor展开的二阶项,来构建一个近似旅行时函数.传统高斯束的近似旅行时函数可由本论文近似旅行时函数应用局部射线中心坐标变换得到。数值试验表明，全局笛卡尔坐标系高斯束可以准确、高效地模拟地震波场，并且有望进一步应用于地震偏移成像。

摘要： 有限元法因其网格剖分的灵活性与自由地表的自然适应性在地震波模拟、成像与反演中得到了广泛的应用.传统的谱元法通过选取GLL插值节点与GLL积分而形成的对角质量矩阵虽然具有计算效率高等优点,但是谱元法的四边形(六面体)网格对地下精细结构的刻画不如有限元法的三角形(四面体)网格.发展的三角形(四面体)网格谱元法通过选取Fekete点构造Koornwinder-Dubiner插值多项式利用Gauss-Legendre积分形成对角质量矩阵,虽然三角形网格谱元法也能对地下几何结构很好刻画,但是同阶(n阶)的三角形网格谱元法需要的插值点数是有限元法的(n+2)/2倍,这将形成更大规模的刚度矩阵,势必严重降低三角谱元的计算效率,实际计算表明其效率与精度低于传统的有限元法.rn 为了在计算效率与精度之间达到平衡，提出将有限元的一致质量矩阵分成集中质量矩阵与剩余质量矩阵，现在的质量矩阵为一致质量矩阵与集中质量矩阵的线性组合，称此时的质量矩阵为混合质量矩阵。将混合质量矩阵的逆矩阵Taylor展开，证明了Taylor级数的收敛性。此时发现集中质量有限元法即为Taylor展开的第一项，混合质量有限元法更具有普遍性。为了提高精度与计算效率可以取不同的线性组合以及Taylor级数的有限项。相比于一致质量矩阵有限元法，混合质量矩阵有限元法计算速度明显提升;相比于集中质量有限元法其精度有较大提升，特别是网格划分较大的情况下尤为明显;相比于GLL插值的谱元法，混合质量有限元法网格划分更加灵活，其精度与谱元法相当，计算效率只是略低于谱元法。

摘要： 1谱元法采用Guass-Lobatto-Legendre(GLL)积分以获得对角的质量矩阵,它以其高精度、高效性在地震学中得到广泛地使用,并能够自然满足自由边界条件.显式有限元法,通过使用质量集中技术以获得对角的质量矩阵,具有与谱元法同样的高效性.然而,GLL积分具有计算精度的损失,对于n+1个点的GLL积分仅有2n阶精度,而在有限元中使用的Gauss-Legendre积分却具有2n+1阶精度.同样,用集中质量矩阵代替一致质量矩阵也存在计算精度的损失.那么，在使用相同个数的插值节点的情况下，这两种质量集中策略哪一个更有效?rn 研究表明，当所使用的多项式的阶数较低时(＜=3)，有限元法具有计算速度和计算精度的优势，但是随着阶数的提高，这种优势便会丧失。有文献报道，高阶的有限元法会产生很多虚假的波致使计算精度下降，并且有限元是很难扩展到高阶的情形。因此，根据计算精度的要求，若采用低阶的多项式能够满足计算精度，有限元法比较有效，反之谱元法则为更具优势。

摘要： 为了充分认识多波多分量地震勘探技术中各种波及其分量的传播特点,以便深入挖掘来自地下复杂介质的信号中的有效信息,解决实际勘探中遇到的复杂问题,本文选择了一种特殊的各向异性介质—具有垂直对称轴的横向各向同性介质(VTI)中传播的波及其分量作为研究对象,对其波场进行了数值模拟,并与传统纵波勘探的基础方程—声波方程的波场进行了对比,分析总结了其传播特点.为了解决边界反射的干扰问题,构建并应用了相应的PML吸收边界条件,模拟结果表明,吸收效果较好.

摘要： 为了充分认识多波多分量地震勘探技术中各种波及其分量的传播特点,以便深入挖掘来自地下复杂介质的信号中的有效信息,解决实际勘探中遇到的复杂问题,本文选择了一种特殊的各向异性介质—具有垂直对称轴的横向各向同性介质(VTI)中传播的波及其分量作为研究对象,对其波场进行了数值模拟,并与传统纵波勘探的基础方程—声波方程的波场进行了对比,分析总结了其传播特点.为了解决边界反射的干扰问题,构建并应用了相应的PML吸收边界条件,模拟结果表明,吸收效果较好.

摘要： 本发明涉及一种复杂裂缝系统波场正演模拟的跨尺度数值方法，包括以下步骤：1)生成并获取RVE晶格节点输入参数；2)获取RVE弹性模量并量化RVE尺度特征参数；3)模拟复杂裂缝系统波场；4)对照超声实验探索尺度效应关联机制。本发明可以实现一种能够计及更小样本尺度微观裂缝诱发波场异常特征的跨尺度数值方法，对阐明不同样本尺度裂缝系统波场特征的关联机制与叠合效应具有重要的理论意义，对推动非常规油气藏的勘探与开发具有广泛的实际应用价值。

摘要： 本发明公开了一种用于交错网格模拟地震数据的波场分离与时移校正方法，将检波器放置在地面，使用交错网格进行地震波场数值模拟，得到地震数据；对得到的时空域的地震数据做二维傅里叶变换，得到频率波数域对应的地震数据；在频率波数域中沿kx轴负方向对地震数据的垂直质点速度分量相移校正半网格；根据P波与S波的频散关系分别计算P波与S波在z轴的波数，并使用相移算子将垂直质点速度分量沿z轴负方向延拓半个网格；在频率波数域中应用散度和旋度算子完成经校正后的地震数据的P波和S波的纵横波波场分离；通过二维傅里叶逆变换将频率波数域的波场分离后的P波与S波变换至时空域，得到时空域的波场分离后的P波与S波。

摘要： 本发明提供了一种基于随机搜索算法的弹性矢量波场数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及地震勘探技术领域。该方法包括：构建改进的粒子群算法；根据所述改进的粒子群算法对包含有限差分系数的目标函数进行优化求解，得到优化的有限差分系数；根据所述优化的有限差分系数所构成的有限差分算子，对弹性矢量波场进行数值模拟。本发明设计了一种随机搜索算法，即改进的粒子群算法，通过改进的粒子群算法对包含有限差分系数的目标函数进行优化求解，获得优化的有限差分系数，再利用该有限差分系数所构成的有限差分算子，进行弹性矢量波场数值模拟，提高了弹性矢量波场数值模拟的精度与效率。

摘要： 公开了一种弹性波场数值模拟方法及系统。该方法可以包括：步骤1：建立速度模型，确定空间和时间的采样间隔，进行有限差分网格离散化；步骤2：根据弹性波动方程计算内部波场数据；步骤3：根据角点波场数值计算公式计算角点波场数据；步骤4：根据波场吸收边界方程和波场吸收系数计算边界波场数据；步骤5：获得速度模型的波场数据，判断波场边界的反射情况是否满足预定标准，若是，执行步骤6，若否，重新确定波场吸收系数，重复步骤4‑5；步骤6：输出最终波场数据。本发明的模型波场值能准确反映出弹性波在二维各向同性介质中传播的真实性，达到提高弹性波数值模拟结果精度的目的。

摘要： 本发明属于地球物理勘探领域，公开了一种基于反射波场的水合物地层地震物理模拟测试设备，所述设备包括水合物制备装置和反射声波测试装置；水合物制备装置用于生成模拟水合物，反射声波测试装置用于持续地向生成过程中的所述模拟水合物发射超声波，并对接收到的反射波进行信号处理，以识别提取反射特征信息及声波速度变化信息，同时持续监测模拟水合物的饱和度，以得到反射特征信息及声波速度变化信息二者与所述模拟水合物的饱和度大小之间的对应关系。本发明通过水合物地层反射波场采集获得水合物地层反射特征、声波速度变化，得到与水合物饱和度的关系，对气水合物海上地震勘探数据解释和气水合物饱和度估算具有较为重要的指导意义。

摘要： 本发明涉及一种基于离散小波矩量法的地震散射波场数值模拟方法；首先，选取形式较为简单的正交分域基函数，对待求波场进行展开，通过矩量法将LS方程转化为矩阵方程；其次，选取具有较好消失矩、正则性和紧支撑的Daubechie小波函数，利用Mallat塔式分解算法得到Daubechie小波滤波器，进而构造出正交小波变换矩阵对系数矩阵进行稀疏化，即得到关于小波展开系数的线性方程组；接着采用共轭梯度法求解该线性方程组；最后，对线性方程组的解向量进行小波逆变换，即得到待求波场的展开系数，进而求得计算区域上的待求波场值。本方法解决了传统矩量法在解LS方程时，离散系数矩阵满秩导致占用存储空间大、计算效率低的问题。

摘要： 本发明实施例公开了一种三维Lowrank有限差分波场数值模拟方法、装置及电子设备。其中，三维Lowrank有限差分波场数值模拟方法，包括：获取速度模型及网格点信息；基于获取的速度模型及网格点信息构建弹性递归时间积分算子；基于所述弹性递归时间积分算子得到分解的弹性递归时间积分算子；基于所述分解的弹性递归时间积分算子得到有限差分系数；基于所述有限差分系数和弹性波方程得到进行波场数值模拟得到弹性波场。达到提高弹性波场精度的目的。

摘要： 本发明属于模拟深水环境爆炸试验技术领域。具体涉及一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置。本发明设计出一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，利用磁铁之间的斥力来对活塞式密闭罐进行加压。该装置由活塞式密闭罐、增压系统、冲击波压力测试系统、注排水系统组成。其技术方案是：根据试验目的来选择传感器位置和数量，通过注排水系统注水，再通电给增压系统赋予磁力来进行加压，完成试验后排出废水，导出测试数据。本发明利用电磁效应来进行加压，与传统深水爆炸测试装置相比，具有环保高效、实验周期短、系统设计简单、装置成本低的特点，可为后续研究提供一种新思路。

摘要： 本发明涉及一种拓展显式差分稳定性条件的波场模拟方法、装置及设备。所述方法包括：根据设定的时间步长和波场模拟模型参数对波动方程进行有限差分离散，得到离散后的波动方程；对所述离散后的波动方程的震源函数进行时间频散变换得到新的震源函数；对所述离散后的波动方程的增长矩阵进行特征值扰动得到新的增长矩阵；将所述新的震源函数和所述新的增长矩阵代入所述离散后的波动方程，得到新的稳定的波场迭代式；采用所述新的波场迭代式进行波场数值模拟得到波场数据；针对所述波场数据中需要输出的目的波场数据进行逆时间频散变换操作，得到消除时间频散的波场数据；存储所述的逆时间频散变换处理之后的波场数据。

摘要： 本发明公开了一种基于时域高阶有限差分法的高精度波场数值模拟方法,包括以下步骤：S1.在波场方程的基础上，对空间2M阶展开，发展得到的传统时间二阶空间高阶的有限差分方法；S2.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到奇数时刻时间高阶差分求解公式,并将奇数时刻时间高阶有限差分表示；S3.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到偶数时刻时间高阶差分求解公式,并将偶数时刻时间高阶有限差分表示；S4.对波场模拟奇数时刻和偶数时刻有限差分方法进行奇偶加权处理。本发明在保证高稳定性的同时有效的压制了频散，可提供精确稳定的波场模拟结果。