PML边界条件下孔隙介质弹性波可变网格正演模拟方法研究 被引量：6

1

作者 孙林洁 刘春成 张世鑫 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期652-664,共13页

孔隙介质弹性波正演模拟对于储层预测和油气检测具有重要的指导意义。为提高孔隙介质波场正演模拟的精度,将可变网格方法应用于基于Biot理论的双相介质弹性波高阶有限差分正演模拟方法中,有效解决了二阶混合偏导数差分近似的可变网格过... 孔隙介质弹性波正演模拟对于储层预测和油气检测具有重要的指导意义。为提高孔隙介质波场正演模拟的精度,将可变网格方法应用于基于Biot理论的双相介质弹性波高阶有限差分正演模拟方法中,有效解决了二阶混合偏导数差分近似的可变网格过渡问题,推导了基于PML边界条件的可变网格差分格式,实现了空间与时间步长任意整数倍变化的双相介质弹性波可变网格正演模拟。对于细微地质结构或横向变化剧烈的介质区域,利用可变网格对区域精细重采样可有效提高正演的模拟精度;对于介质相对稳定的区域,采用大步长采样可保证正演计算效率。数值试验结果表明,与常规正演模拟方法相比,双相介质可变网格正演模拟方法的精度、效率有明显提高,对精细研究孔隙介质地震响应有着重要意义。 展开更多

关键词 BIOT理论 孔隙介质 pml边界条件 可变网格 有限差分

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基于PML-IGVL边界条件的黏滞声波方程数值模拟

2

作者 陈志立 汪勇 +3 位作者 桂志先 何幼娟 羊丹 年泽润 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第2期392-401,共10页

地震勘探中的波动方程正演模拟受计算和存储能力的限制,只能在有限空间进行,需要对其设置边界条件。常用的完全匹配层(Perfect Match Layer,PML)是一种应用广泛的边界条件,需要对边界条件设定一定的层数,层数太大时会降低正演速度和增... 地震勘探中的波动方程正演模拟受计算和存储能力的限制,只能在有限空间进行,需要对其设置边界条件。常用的完全匹配层(Perfect Match Layer,PML)是一种应用广泛的边界条件,需要对边界条件设定一定的层数,层数太大时会降低正演速度和增大内存存储。因此,文中通过将PML边界条件和改进后的梯度黏弹边界(Improved Gradient Viscoelastic Layer,IGVL)结合提出一种PML-IGVL边界条件,同时,为了减少截断误差和数值频散,将PML-IGVL边界条件应用于紧致交错网格的黏滞声波方程中进行数值模拟。均匀介质和Marmousi模型中的波场数值模拟结果表明,相对于PML边界条件,PML-IGVL边界条件使用的边界厚度更小,在相同较低边界层数下,能更好地吸收反射波,同时能节省更多的存储空间,并提高正演效率,证明了PML-IGVL边界条件的有效性和优越性,是正演模拟中一种有效的边界吸收方法。 展开更多

关键词 紧致交错有限差分 黏滞声波方程 数值模拟 pml边界条件 改进梯度黏弹边界 pml-IGVL边界条件

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稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其PML吸收边界条件 被引量：31

3

作者 刘有山 滕吉文 +1 位作者 刘少林 徐涛 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期3085-3099,共15页

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵... 有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行（CSR）格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法（显式有限元）的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式（弱形式）的PML吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4～1/6. 展开更多

关键词 显式有限元法 压缩存储行（CSR）格式 集中质量矩阵 Newmark算法 pml吸收边界条件 谱元法

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基于PML边界的变网格高阶有限差分声波方程逆时偏移 被引量：20

4

作者 郭念民 吴国忱 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期256-265,182,共10页

叠前逆时深度偏移采用全声波方程求解,不受介质横向速度变化和高陡倾角的影响,具有成像精度高、相位准确、实现回转波成像等优点。逆时偏移利用双程波动方程构造波场延拓算子,正向延拓时间域震源点波场,逆时反向外推时间域检波点波场,... 叠前逆时深度偏移采用全声波方程求解,不受介质横向速度变化和高陡倾角的影响,具有成像精度高、相位准确、实现回转波成像等优点。逆时偏移利用双程波动方程构造波场延拓算子,正向延拓时间域震源点波场,逆时反向外推时间域检波点波场,然后利用互相关成像条件实现成像,因此正演模拟技术是其成功与否的关键。当浅层为海水或者低速层时,常规的有限差分方法必须采用小网格才能有效压制频散,得到高质量的波场记录,从而保证成像精度。但是若对整个区域都用小网格和小的时间采样间隔进行波场计算,势必造成计算量的增加。本文给出了声波方程变网格算法的差分格式,推导了基于PML边界条件的变网格高阶有限差分方程,将可变网格和可变时间步长算法应用于逆时偏移的波场外推,既保证了波场外推计算的精度和最终逆时偏移的成像效果,同时又提高了计算效率,并通过数值算例试算和逆时偏移成像的应用,说明了该方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 逆时偏移 pml边界条件 变网格 高阶有限差分 正演模拟

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VTI介质一阶准P波方程正演模拟及边界条件 被引量：10

5

作者 韩令贺 何兵寿 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期819-825,共7页

本文根据具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,构造了该方程在交错网格中求解的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件;重点研究了适用于该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波... 本文根据具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质中的一阶准P波方程,构造了该方程在交错网格中求解的高阶有限差分格式,给出了其稳定性条件;重点研究了适用于该方程的完全匹配层(PML)吸收边界条件,在此基础上实现了VTI介质中一阶准P波方程的正演模拟,得到了高精度的波场快照和合成记录,并采用叠前逆时深度偏移算法对复杂模型的合成记录进行偏移成像,得到了较好的成像效果。数值算例表明:准P波方程正演模拟能克服常规弹性波方程正演模拟的某些缺陷,便于研究各向异性介质中纵波的传播机理;叠前逆时深度偏移算法能够对复杂模型准确成像;通过对比分析各向同性与各向异性Marmousi模型的合成记录以及两种偏移算法的成像结果,显示各向异性参数对波场特征(旅行时和振幅)会产生明显影响,在地震资料处理、反演和解释中不可忽略。 展开更多

关键词 VTI介质 准P波方程 正演 有限差分 交错网格 逆时偏移 pml吸收边界条件

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基于双相介质BISQ模型的地震波正演模拟 被引量：4

6

作者 胡英 陈辉 +2 位作者 苏云 刘忠亮 张红霖 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期901-907,1024+839,共7页

Biot流动机制和喷射流动机制是含流体孔隙介质中的两种重要的力学机制,同时包含这两种机制的BISQ模型能够更好地反映孔隙介质中弹性波的传播规律。本文从BISQ模型的基本方程出发,推导了完全匹配层(PML)吸收边界的交错网格高阶有限差分... Biot流动机制和喷射流动机制是含流体孔隙介质中的两种重要的力学机制,同时包含这两种机制的BISQ模型能够更好地反映孔隙介质中弹性波的传播规律。本文从BISQ模型的基本方程出发,推导了完全匹配层(PML)吸收边界的交错网格高阶有限差分方法的表达式,对双相各向同性介质中地震波场进行了数值模拟;然后通过调整孔隙度、渗透率等储层参数,对比分析了储层参数对双相介质波场特征的影响。数值模拟结果表明,基于BISQ模型的正演模拟正确反映了双相各向同性介质的波场特征;储层参数取值变化对波场特征的影响也十分明显。 展开更多

关键词 BISQ模型 双相介质 pml边界条件 波场模拟

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基于高阶谱差分的CAA模型预测高速列车过隧微气压波 被引量：3

7

作者 杨志刚 谭晓明 +1 位作者 梁习锋 任鑫 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期85-89,共5页

高速列车以大于300 km/h的速度穿越隧道时,在隧道出口形成的微气压波具有较强的非线性。该微气压波幅值的数量级达到102 Pa,难以用传统的CFD方法（2阶精度）精确模拟。基于高阶谱差分的CAA模型是一种值得尝试的方法。CAA方法能在强非线... 高速列车以大于300 km/h的速度穿越隧道时,在隧道出口形成的微气压波具有较强的非线性。该微气压波幅值的数量级达到102 Pa,难以用传统的CFD方法（2阶精度）精确模拟。基于高阶谱差分的CAA模型是一种值得尝试的方法。CAA方法能在强非线性区域保持流体变量和声学变量的传递精度,高阶谱差分方法能够融入非结构网格,获得较高的计算效率和几何灵活性。本文在动模型试验平台开展200～350 km/h速度下的微气压波缩比试验研究；采用基于3阶谱差分的CAA方法,对轴对称圆管模型,数值研究了管口气压爆波的产生和近场辐射特性。数值结果和缩比试验结果的一致性,验证了该数值方法的准确性和可靠性。 展开更多

关键词 微气压波 pml边界条件 高阶谱差分 计算气动声学 非线性特性

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基于LS-RSGFD方法优化的横向各向同性(TI)介质一阶qP波高精度数值模拟 被引量：12

8

作者 李振春 杨富森 王小丹 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1477-1490,共14页

为克服各向异性介质弹性波数值模拟中存在着计算量大和波场分离困难等局限,研究了声学近似的VTI介质和TTI介质一阶qP波数值模拟方法.首先对VTI介质弹性波方程进行声学近似,推导了VTI介质一阶qP波方程;然后基于精确的TTI介质频散关系,引... 为克服各向异性介质弹性波数值模拟中存在着计算量大和波场分离困难等局限,研究了声学近似的VTI介质和TTI介质一阶qP波数值模拟方法.首先对VTI介质弹性波方程进行声学近似,推导了VTI介质一阶qP波方程;然后基于精确的TTI介质频散关系,引入一个包含各向异性控制参数σ的新辅助波场,推导了稳定的TTI介质二阶耦合qP波波动方程,并通过引入波场的伪速度分量,推导了等价的一阶应力-速度形式.结合旋转交错网格有限差分(RSGFD)和基于最小二乘优化的有限差分(LS-FD)两种各具优势的方法,研究了最小二乘旋转交错网格有限差分(LS-RSGFD)方法,并用其数值求解VTI和TTI介质一阶qP波方程,然后通过构造其LS-RSGFD格式,实现了高精度的各向异性介质qP波波场数值模拟.数值模拟结果表明:TI介质一阶qP波方程能够准确地模拟各向异性介质中qP波的运动学特征,引入控制参数σ能够有效地减弱不稳定性问题,保证非均匀TTI介质中qP波场的稳定传播;利用优化的LS-RSGFD方法可以得到高精度的合成地震记录,同时还可以相对地提高计算效率. 展开更多

关键词 TI介质 LS-RSGFD方法 一阶qP波 数值模拟 pml边界条件 控制参数 不稳定性

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Lax-Wendroff集中质量有限元法地震波场模拟 被引量：6

9

作者 刘少林 李小凡 +1 位作者 汪文帅 刘有山 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期905-911,924,共8页

为了高精度、高效地震波模拟的需要,本文在空间离散上运用集中质量三角网格有限元法求解弹性波方程,在时间离散上运用Lax-Wendroff方法获得时间四阶精度,提出了模拟弹性波传播的Lax-Wendroff集中质量有限元法(LWFEM)。为了防止人工截断... 为了高精度、高效地震波模拟的需要,本文在空间离散上运用集中质量三角网格有限元法求解弹性波方程,在时间离散上运用Lax-Wendroff方法获得时间四阶精度,提出了模拟弹性波传播的Lax-Wendroff集中质量有限元法(LWFEM)。为了防止人工截断边界而引起的虚假反射,构造了二阶位移形式的PML吸收边界条件。在周期性网格中,构造LWFEM频散分析的一般特征值问题,得到了LWFEM的稳定性条件。在数值实验中通过与中心差分有限元法(CDFEM)、Runge-Kutta有限元法(RKFEM)以及Newmark谱元法(NSEM)等常见方法的对比,证实了LWFEM弹性波模拟的高效、高精度性及对复杂模型的适应性。 展开更多

关键词 弹性波 有限元法 Lax-Wendroff方法 pml吸收边界条件

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高阶高密度三维多波多分量弹性波波场分离正演数值模拟 被引量：1

10

作者 陈可洋 吴清岭 +5 位作者 范兴才 陈树民 李来林 王建民 关昕 刘振宽 《油气藏评价与开发》 2013年第2期6-14,共9页

针对二维全波场弹性波模拟无法准确表征真实的三维地球介质波场响应,为此首次开展了三维弹性波全波场波场分离正演数值模拟研究,该方法是全面认识和研究地震波在三维地球介质中传播规律的重要手段。从三维一阶速度—应力弹性波波动方程... 针对二维全波场弹性波模拟无法准确表征真实的三维地球介质波场响应,为此首次开展了三维弹性波全波场波场分离正演数值模拟研究,该方法是全面认识和研究地震波在三维地球介质中传播规律的重要手段。从三维一阶速度—应力弹性波波动方程出发,采用高阶(16阶)交错网格有限差分法和内外侧镶边法PML吸收边界条件,并结合了基于散度和旋度原理的三维空间高阶波场分离算子。以三维地质模型为例,设计模拟了野外地表多分量地震资料的采集、零偏移距和非零偏移距VSP记录的采集,开展了三维弹性波全波场高精度、高密度正演数值模拟,并对计算结果进行了三维立体显示。从理论分析和数值试验均表明,文中方法的模拟结果中包括3个多分量混合波场、1个纯纵波波场和3个纯横波波场,在三维弹性波波场快照和模拟记录中均可以容易识别和追踪出各个地层反射界面的反射波和转换波等复杂波场,且计算结果的精度较高,边界吸收较好,采用的三维弹性波波场分离模拟方法还可为实际多波多分量地震资料波场分离方法的准确有效性和三维多波多分量弹性波逆时偏移成像提供方法指导,该方法研究在多波多分量地震勘探中具有一定的推广价值。 展开更多

关键词 三维弹性波 高阶交错网格有限差分法 pml吸收边界条件 波场分离 散度和旋度

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三维似French模型高精度弹性波正演数值模拟及其波场特征

11

作者 刘阿男 刘思彤 +1 位作者 陈可洋 杨微 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 2010年第4期45-50,共6页

基于三维一阶双曲型各向异性介质速度-应力弹性波动方程,给出各向异性介质向各向同性介质转化的条件,采用高阶交错网格有限差分法和PML吸收边界条件,实现高精度三维弹性波正演数值模拟.以均匀介质为例,研究弹性波在三维空间的波场特征;... 基于三维一阶双曲型各向异性介质速度-应力弹性波动方程,给出各向异性介质向各向同性介质转化的条件,采用高阶交错网格有限差分法和PML吸收边界条件,实现高精度三维弹性波正演数值模拟.以均匀介质为例,研究弹性波在三维空间的波场特征;以三维似French模型为例,合成不同时刻的三分量波场快照和共炮点记录,并对比分析三维各向同性介质和各向异性介质在该模型中的波场响应特征.数值结果验证了方法的正确性和有效性,同时具有精度高和边界吸收效果明显的优点. 展开更多

关键词 三维弹性介质 高精度正演数值模拟 pml吸收边界条件 似French模型 高阶交错网格有限差分法

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模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法 被引量：20

12

作者 刘少林 杨顶辉 +3 位作者 徐锡伟 李小凡 申文豪 刘有山 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期993-1005,共13页

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量... 高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(PML)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性. 展开更多

关键词 地震波 谱元法 正演模拟 pml吸收边界条件

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一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格数值模拟 被引量：6

13

作者 王辉 何兵寿 邵祥奇 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1352-1361,I0004,共11页

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或... 弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或位移分量,要想得到更直观的纯纵波和纯横波分量记录,还需要在模拟过程中采用波场解耦算子进行纵、横波分离,因此纵、横波模拟精度同时受制于模拟算法和波场解耦算法的精度。为此,推导了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程在三维交错网格空间中的高阶有限差分格式,并给出了相应的稳定性条件;推导了适应该方程的PML吸收边界条件,实现了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程的正演模拟;分析了模拟结果中各分量的物理意义。由于一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程不仅包含了质点的振动速度矢量,而且显式地包含了横波振动速度矢量和纵波振动速度矢量,还包含了一个体应变和一个旋转矢量,因此应用该方程模拟除了能得到三个质点振动速度分量外,还可以直接得到解耦后的纵、横波分量,避免了解耦算法对模拟精度的影响。模型试算证明了该模拟方法的正确性和优越性。 展开更多

关键词 一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程 交错网格 正演模拟 有限差分 pml吸收边界条件 纵、横波分离

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时域有限差分法的广义高阶算法研究

14

作者 焦世岩 徐乐 +1 位作者 史小卫 余振宇 《微波学报》 CSCD 北大核心 2018年第A01期64-67,共4页

本文对传统时域有限差分法做出了改进,在空间和时间上采用高阶精度的离散格式,使空间差分和时间差分都达到了4阶,得到了新的广义高阶算法。详细推导了高阶FDTD方法的迭代公式,并推导了高阶算法对应的PML吸收边界条件,以及总场/散射场的... 本文对传统时域有限差分法做出了改进,在空间和时间上采用高阶精度的离散格式,使空间差分和时间差分都达到了4阶,得到了新的广义高阶算法。详细推导了高阶FDTD方法的迭代公式,并推导了高阶算法对应的PML吸收边界条件,以及总场/散射场的连接边界。最后将高阶FDTD方法应用到二维金属方柱的电磁散射特性分析中,并将数值计算结果与传统的FDTD方法作了比较和分析,数值结果表明高阶FDTD方法具有更高的计算精度。 展开更多

关键词 高阶时域有限差分法 pml吸收边界条件 总场/散射场的连接边界 电磁散射

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