检索结果-内蒙古大学图书馆

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

地球物理学报 2016年第4期59卷 1477-1490页

作者：李振春杨富森王小丹中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

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... 详细信息

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.

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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基于平均导数的标量波频率域正演数值模拟方法

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地球物理学进展 2016年第6期31卷 2564-2573页

作者：李美娟吴国忱陈浩中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

频率-空间域正演模拟是频率域全波形反演的基础.传统旋转坐标系的有限差分格式仅适用于纵横空间采样间隔相等的情况,为了打破这一局限性,本文结合平均导数法与15点差分格式提出了一种基于平均导数法(average-derivative method简称ADM)... 详细信息

频率-空间域正演模拟是频率域全波形反演的基础.传统旋转坐标系的有限差分格式仅适用于纵横空间采样间隔相等的情况,为了打破这一局限性,本文结合平均导数法与15点差分格式提出了一种基于平均导数法(average-derivative method简称ADM)的15点有限差方法,并运用最小二乘法求取加权优化系数,使得频散最小化,经优化后每个波长仅需2.85个网格点就能达到误差控制在1%内.本文通过引入最佳匹配层(perfectly matched layer简称pml)吸收边界条件,有效的压制人工边界反射.正演模拟测试验证了基于平均导数法的15点差分方法可以在不明显增加计算量的前提下,有效的压制数值频散,提高了频率域正演的效率.全波形反演模型测试验证了其矩形网格适合于大偏移距波形反演,具有广泛的实用性.

关键词：平均导数法 15点差分格式最小二乘法 pml边界条件

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双相介质地震波场数值模拟的迭积微分算子及其pml边界条件

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地球物理学进展 2010年第4期25卷 1180-1188页

作者：贺同江刘红艳李小凡天津市地震局天津300201 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

将基于计算数学中F0rsyte广义正交多项式的迭积微分算子引入到地震波动方程的一阶速度——应力方程的空间微分运算中去,并采用时间错格有限差分算子替代传统的差分算子以匹配高精度的空间迭积微分算子,从而发展一种全新的地震波场正演... 详细信息

将基于计算数学中F0rsyte广义正交多项式的迭积微分算子引入到地震波动方程的一阶速度——应力方程的空间微分运算中去,并采用时间错格有限差分算子替代传统的差分算子以匹配高精度的空间迭积微分算子,从而发展一种全新的地震波场正演模拟方法,来解决复杂非均匀介质模型中的波场传播问题.为了大幅衰减人工边界引起的反射,本文将完全匹配层(Perfectly Matched Layer,pml)吸收边界条件引入到所构建的方法中,以解决迭积微分算子法的边界问题.以二维波动方程为例,用迭积微分算子法实现了双相介质的地震波场正演模拟,模拟结果表明,双相介质模型较好地解释了合流体孔隙特性.同时也表明迭积微分算子法是一种非常实用、有效的数值模拟方法.

关键词：地震波数值模拟迭积微分算子 pml边界条件双相介质

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稳定的二维TTI介质一阶qP波方程RSGFD数值模拟

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物探与化探 2016年第1期40卷 135-142页

作者：王小丹印兴耀杨富森中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580

相比于VTI介质q P波数值模拟方法,考虑倾角因素的TTI介质q P波数值模拟方法能够更加准确地描述各向异性介质中波场的传播特征。常规的声学近似方法往往会造成TTI介质中倾角急剧变化的区域出现数值不稳定,笔者首先引入一个各向异性控制参... 详细信息

相比于VTI介质q P波数值模拟方法,考虑倾角因素的TTI介质q P波数值模拟方法能够更加准确地描述各向异性介质中波场的传播特征。常规的声学近似方法往往会造成TTI介质中倾角急剧变化的区域出现数值不稳定,笔者首先引入一个各向异性控制参数,推导了稳定形式的TTI介质二阶q P波方程,保证q P波场的稳定传播;其次,通过引入波场的伪速度分量,推导了其等价的一阶应力—速度形式及相应的pml边界条件,并应用优化的旋转交错网格有限差分(RSGFD)方法实现了精确的数值模拟。数值结果表明:TTI介质一阶q P波方程能够稳定、有效地模拟q P波的运动学特征,利用优化的RSGFD方法可以得到精确的合成地震记录,同时可以相对地提高计算效率。

关键词： TTI介质一阶应力-速度数值模拟旋转交错网格有限差分控制参数稳定性 pml边界条件

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基于CPU/GPU协同加速叠前逆时偏移方法研究

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陕西理工学院学报（自然科学版） 2016年第1期32卷 44-49页

作者：高新成李春生东北石油大学现代教育技术中心黑龙江大庆163318

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和pml边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,... 详细信息

为了提高地震资料数据处理的计算效率与成像精度,对于逆时偏移算法,采用一阶速度-应力波动方程,使用交错网络高阶有限差分算法进行求解。利用随机边界条件和pml边界条件进行地震波场正向延拓,既减少波场存储量,又能保证波场数据准确性,同时,使用CPU/GPU协同并行计算技术来提高运算效率。实验结果表明,CPU/GPU协同并行加速计算效果明显,叠前逆时偏移算法可对大地层倾角和偏移孔径清晰成像,能够对复杂构造地质体精确成像。

关键词：叠前逆时偏移交错网格高阶有限差分随机边界条件 pml边界条件 GPU并行加速

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基于CPU/GPU异构平台的叠前逆时偏移成像系统

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长江大学学报（自科版）（上旬） 2016年第12期13卷 15-20页

作者：高新成石颖东北石油大学现代教育技术中心黑龙江大庆163318 东北石油大学地球科学学院黑龙江大庆163318

针对目前地震资料偏移成像过程中代码复杂分散、可移植性差和可视化操作弱等问题,结合叠前逆时偏移业务需求,研究了CPU/GPU协同并行计算技术优化叠前逆时偏移成像算法,设计了逆时偏移系统流程与功能,开发了一套基于CPU/GPU异构平台的叠... 详细信息

针对目前地震资料偏移成像过程中代码复杂分散、可移植性差和可视化操作弱等问题,结合叠前逆时偏移业务需求,研究了CPU/GPU协同并行计算技术优化叠前逆时偏移成像算法,设计了逆时偏移系统流程与功能,开发了一套基于CPU/GPU异构平台的叠前逆时偏移成像系统。利用自设模型和传统模型数据对系统进行测试,测试结果表明系统操作方便可行,运行效果良好,能够有效的对复杂构造地质体精确成像。

关键词：逆时偏移 CPU/GPU并行加速 pml边界条件 QT

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复杂构造叠前逆时偏移成像方法研究

复杂构造叠前逆时偏移成像方法研究

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作者：柯璇东北石油大学

学位级别：硕士

地震资料成像是获取地下构造信息的重要手段,叠前逆时偏移方法是目前公认的成像精度最高的偏移方法,其基于双程波方程,不受地下构造倾角的限制,可对绕射波、回转波以及多次波等复杂地震波场进行成像。但是该方法本身计算成本高、低频噪... 详细信息

地震资料成像是获取地下构造信息的重要手段,叠前逆时偏移方法是目前公认的成像精度最高的偏移方法,其基于双程波方程,不受地下构造倾角的限制,可对绕射波、回转波以及多次波等复杂地震波场进行成像。但是该方法本身计算成本高、低频噪音严重、内存需求大、波场模拟边界条件和地震波频散抑制尚待深化研究。针对上述问题,本文开展了波场模拟有限差分差分系数优化、地震波频散分析、GPU(图形处理器)加速逆时偏移、随机边界条件、pml有效边界存储、拉普拉斯低频噪音压制、数据测试以及Qt界面集成等方面的研究。本文主要取得以下进展:(1)本文从地震波场数值模拟入手,研究优化差分系数的有限差分数值模拟方法,研究了影响数值频散的主要因素,分析了地震波场数值计算的稳定性;(2)从GPU和CPU协同并行计算入手,研究了CPU/GPU协同并行加速技术,实现了地震波场数值模拟和逆时偏移的加速算法,大幅度提高了计算效率;(3)研究并对比分析了随机边界条件和节约存储的pml有效边界存储方法,在有效压制边界干扰的情况下,极大地降低了波场存储量,给出了随机边界方法和有效边界存储方法适用条件及范围。(4)研究了拉普拉斯低频噪音压制方法,有效地压制了逆时偏移的低频噪音;(5)本文进行了大量的数据测试和分析,分别对Marmousi模型、Sigsbee 2A模型、2D Salt模型、BP2004模型、字母模型、深层断裂模型、断陷盆地模型、碳酸盐岩模型以及实际数据进行逆时偏移计算。(6)研究了Qt界面集成技术,将地震波场数值模拟和叠前逆时偏移算法进行了界面封装和优化,形成了快捷、实用性强的友好界面。本文针对逆时偏移现存的问题开展研究,提出了切实可行的实施方案,并进行了大量的数据测试和分析,推动了叠前逆时偏移方法的理论研究和实用化进程。

关键词：逆时偏移波场模拟 GPU 随机边界条件 pml边界条件碳酸盐岩储层

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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

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铁道学报 2014年第7期36卷 85-89页

作者：杨志刚谭晓明梁习锋任鑫中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

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... 详细信息

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。

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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有限差分法在瑞雷波波场正演模拟中的应用

有限差分法在瑞雷波波场正演模拟中的应用

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作者：刘建宙中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

随着现代化进程的加速，我国在基础设施建设方面的投资力度越来越大，其中道路和住宅房屋建设方面的变化尤为突出。特别是在2014年三月份举办的十二届全国人大会议上，李克强总理提出的棚户区改造和高铁建设的推进，施工前的地基勘查就... 详细信息

随着现代化进程的加速，我国在基础设施建设方面的投资力度越来越大，其中道路和住宅房屋建设方面的变化尤为突出。特别是在2014年三月份举办的十二届全国人大会议上，李克强总理提出的棚户区改造和高铁建设的推进，施工前的地基勘查就显得非常重要了，直接关系到工程建设的安全程度。目前在工程勘探中使用的方法很多，主要有高密度电法、瞬变电磁法、折射波地震勘探法和瑞雷面波法等。其中瑞雷面波法以浅层分辨率高、对施工场地损害小、抗干扰能力强、施工效率高等优点而备受青睐。然而，由于实际工程场地的复杂性，采集的数据并不理想，例如：包含低速层的和空洞塌陷的地质情况。因此，如何从理论上对这些特殊情况的介质模型进行分析探讨就显得非常重要了。有限差分法作为一种有效的数值模拟方法，它不仅能反映地震波的运动学信息，还能反映地震波的动力学信息，能够较全面的反映波场信息。把有限差分法应用到瑞雷波的数值模拟中，突破了频散方程只能研究简单的层状介质模型的局限性，对较复杂的地质模型（包含空洞）也能进行数值模拟和分析。本文采用高阶交错网格有限差分法，把数值模拟中遇到的频散问题、pml边界条件问题、自由边界条件问题等解决基础上，对实际工程勘探中遇到的包含软弱夹层和空洞的情况，构造模型进行了数值模拟，从波场快照、单炮记录、频散曲线方面进行了探讨和分析。得出一些规律性的结论，为实际工程勘探提供理论指导。另外，由于实际勘探介质的复杂性，特别是包含空洞的地质情况，通过传统的提取频散曲线的方法，无法获得反映地下介质情况的地质剖面;因此，本文另辟蹊径，借用文献[45]中提出了“反散射”分析处理方法，从单炮记录入手，通过对单炮数据进行处理（包括f k变换、LMO等），最终，获得空洞在地表的准确位置，规避了提取频散曲线方法本身的缺陷。

关键词：有限差分法瑞雷面波 pml边界条件波场数值模拟

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基于改进型TSP观测装置的地震波场正演模拟及分离

基于改进型TSP观测装置的地震波场正演模拟及分离

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作者：齐红伟中南大学

学位级别：硕士

摘要：隧道施工过程中,往往因为不了解施工前方地质情况而引发地质灾害,不仅影响施工进度,甚至造成人员伤亡等重大安全事故。超前探测是隧道地质灾害预测和防治的基础,因此,隧道超前探测的理论和实践研究意义重大。在众多隧道地震超前... 详细信息

摘要：隧道施工过程中,往往因为不了解施工前方地质情况而引发地质灾害,不仅影响施工进度,甚至造成人员伤亡等重大安全事故。超前探测是隧道地质灾害预测和防治的基础,因此,隧道超前探测的理论和实践研究意义重大。在众多隧道地震超前探测方法中,隧道地震反射波法超前探测应用最为广泛。针对改进型TSP观测装置,本文主要做了以下基础性研究： 1、分析了传统TSP观测装置的不足,建立了易于实施、对隧道施工影响小、可获得隧道全方位波场信息的改进型TSP观测装置,且该装置易于实现地震反射的多次覆盖观测,以提高成果资料的信噪比,有利于复杂地质介质的准确成像和地质解释。 2、从弹性波场理论的本构方程、Cauchy方程和Navier方程出发,推导了一阶速度—应力弹性波动方程,并结合交错网格,推导了用于波场正演模拟的任意偶数阶时间—空间差分精度的交错网格差分格式。 3、设计了垂直断层、软弱夹层地质模型,采用MATLAB编程语言进行编程实现了正演模拟,得到了波场快照和单炮记录。模拟结果清晰显示了直达波、反射波以及转换波等全波场信息。 4、利用F-K滤波、τ-p滤波、基于偏振特性的纵、横波分离方法对模拟的波场进行了上、下行波分离以及纵、横波分离,对比分析了各种方法的应用效果。其中,F-K滤波和τ-p滤波均可有效分离上、下行波,但在分离纵、横波方面效果欠佳;基于偏振特性的纵、横波分离方法有其独特的优点,对横波分离效果突出,适用于复杂地质情况下的横波波场提取。通过TSP观测装置的改进、波场数值正演模拟算法的构建、编程实现以及对上、下行波和纵、横波等复杂波场的有效分离方法的研究,为进一步利用该新型装置进行隧道超前探测施工及其配套的成像方法研究奠定了基础。

关键词：隧道地震超前探测(TSP) 有限差分数值模拟 pml边界条件上下行波分离纵横波分离

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