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旋转时空双变网格有限差分地震波场正演模拟

地球物理学报 2023年第9期66卷 3840-3853页

作者：刘财罗玉钦吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026 广东大湾区空天信息研究院广州510530

在交错网格有限差分算法中,模型网格剖分原则与正演计算效率密切相关.当模型存在小型非均质体或者低降速层等情况,为保证精度,满足稳定性条件,需缩小网格步长,导致局部过采样,计算效率低下.为保证模拟精度的同时保持高计算效率,通常采... 详细信息

在交错网格有限差分算法中,模型网格剖分原则与正演计算效率密切相关.当模型存在小型非均质体或者低降速层等情况,为保证精度,满足稳定性条件,需缩小网格步长,导致局部过采样,计算效率低下.为保证模拟精度的同时保持高计算效率,通常采用变化的空间网格与时间步长相结合的高阶有限差分模拟方法对波场进行模拟.然而,时空双变算法存在着交错网格固有缺点,在模拟非均匀性较强的复杂介质波场传播时,需对介质参数进行平均或内插.同时,该算法在空间与时间上的变网格实现极为复杂.为压制变网格引起的虚假反射,提升模拟精度和计算效率,本文在时空双变网格算法的基础上,采用旋转差分角度的方式,提出了旋转时空双变交错网格算法.该方法既保留了旋转网格和双变网格的优势,又简化了时空双变算法流程,更利于推广和应用.

关键词：有限差分算法旋转时空双变网格波场模拟

地震波模拟中多轴复频移近似完全匹配层的吸收效果及稳定性

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地球物理学报 2020年第8期63卷 3078-3090页

作者：罗玉钦刘财吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026

在进行地震波模拟计算的过程中用有限的计算区域模拟地下无限空间,需要进行边界截断.为了在边界处不产生虚假反射影响模拟结果,需要引入吸收边界条件.本文采用的近似完全匹配层是一种新型非分裂完全匹配层,计算效率较高.同时相比于其他... 详细信息

在进行地震波模拟计算的过程中用有限的计算区域模拟地下无限空间,需要进行边界截断.为了在边界处不产生虚假反射影响模拟结果,需要引入吸收边界条件.本文采用的近似完全匹配层是一种新型非分裂完全匹配层,计算效率较高.同时相比于其他非分裂完全匹配层,其还具有不改变方程的形式、易于实现等优势.但是当入射波角度较大,边界吸收效果变弱,且残留在边界中的能量使近似完全匹配层变得极其不稳定.多轴复频移近似完全匹配层的提出就是为了改善对大角度入射波的吸收并且提高边界的稳定性.通过实验模拟和矩阵特征值灵敏度来研究多轴复频移近似完全匹配层的吸收效果及稳定性.结果表明该方法不仅能够吸收掠入波,而且对常规入射波的吸收也得到提升,同时拥有更好的稳定性.

关键词：完全匹配层地震波模拟多轴复频移

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多轴复频移近似完全匹配层弹性波模拟

石油地球物理勘探 2019年第5期54卷 1024-1033,I0009页

作者：罗玉钦刘财吉林大学地球探测科学与技术学院

在地震正演模拟中完全匹配层是现今吸收效果最好、应用最广的边界条件。由分裂法发展到各种非分裂方法,很大程度上提升了完全匹配层的计算效率并减少所需内存。近似完全匹配层是一种直接对波场进行变换的新型非分裂方法,相比卷积完全匹... 详细信息

在地震正演模拟中完全匹配层是现今吸收效果最好、应用最广的边界条件。由分裂法发展到各种非分裂方法,很大程度上提升了完全匹配层的计算效率并减少所需内存。近似完全匹配层是一种直接对波场进行变换的新型非分裂方法,相比卷积完全匹配层具有不改变方程形式且易于实现等优势,但无法吸收掠入波和瞬逝波,因此目前仍以卷积完全匹配层为主。本文在近似完全匹配层边界处理技术的基础上引入复频移技术,实现了对大角度入射波和极低频波的吸收;采用多轴技术提升近似完全匹配层的稳定性;引入新的衰减函数以整体提升近似完全匹配层吸收效果。最终使近似完全匹配层能够更稳定有效地吸收任意入射波。

关键词：完全匹配层正演模拟多轴复频移吸收边界条件

基于MCPML边界条件的频率域声波方程高精度模拟

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石油地球物理勘探 2018年第1期53卷 47-54页

作者：董士琦韩立国胡勇罗玉钦吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026

由于地下介质结构复杂,混合网格二阶精度的9点差分已不能满足频率域声波方程数值模拟的需要。在四阶精度9点差分格式的基础上,推导了四阶精度17点差分格式,并引入非分裂的多轴卷积完全匹配层(MCPML)边界条件。相比传统完全匹配层(PML)... 详细信息

由于地下介质结构复杂,混合网格二阶精度的9点差分已不能满足频率域声波方程数值模拟的需要。在四阶精度9点差分格式的基础上,推导了四阶精度17点差分格式,并引入非分裂的多轴卷积完全匹配层(MCPML)边界条件。相比传统完全匹配层(PML)边界条件,MCPML结合了卷积完全匹配层(CPML)边界条件和多轴完全匹配层(MPML)边界条件的优点,在不增加计算时间的同时改进了对大入射角波场的吸收效果,而且非分裂的方法易于编程实现。应用Marmousi模型进行试算,验证了方法的有效性。

关键词：频率域声波方程 17点差分格式 MCPML边界条件

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介质中波场数值模拟

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地球物理学报 2018年第6期61卷 2446-2458页

作者：刘财胡宁郭智奇罗玉钦吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026 吉林大学应用地球物理实验教学中心长春130026 吉林大学地质资源立体探测虚拟仿真实验教学中心长春130026 国土资源部应用地球物理重点实验室长春130026

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... 详细信息

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.

关键词：常Q黏弹本构关系分数阶时间导数双相介质各向异性短时记忆

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介质中波场数值模拟

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地球物理学进展 2021年

作者：刘财胡宁郭智奇罗玉钦吉林大学地球探测科学与技术学院吉林大学应用地球物理实验教学中心吉林大学地质资源立体探测虚拟仿真实验教学中心国土资源部应用地球物理重点实验室

关键词：常Q黏弹本构关系分数阶时间导数双相介质各向异性短时记忆

近似完全匹配层在地震波正演模拟中的研究及应用

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近似完全匹配层在地震波正演模拟中的研究及应用

作者：罗玉钦吉林大学

学位级别：硕士

在进行地震波模拟计算的过程中用有限的计算区域模拟地下无限空间,需要进行边界截断。为了在边界处不产生虚假反射影响模拟结果,需要引入吸收边界条件。完全匹配层是目前吸收效果最好应用最广的边界条件,发展迅速。完全匹配层边界条件... 详细信息

在进行地震波模拟计算的过程中用有限的计算区域模拟地下无限空间,需要进行边界截断。为了在边界处不产生虚假反射影响模拟结果,需要引入吸收边界条件。完全匹配层是目前吸收效果最好应用最广的边界条件,发展迅速。完全匹配层边界条件存在三个问题,一是如何减少实际应用带来的额外存储量以及提升计算速度,其次是如何提升匹配层的吸收效果,最后是如何提升完全匹配层的稳定性。对于第一个问题发展了多种非分裂形式,本文采用的近似完全匹配层是一种直接对波场进行变换的新型非分裂方法,相比卷积完全匹配层拥有不改变方程的形式以及易于实现等优势。然而,近似完全匹配层无法吸收掠入波和瞬逝波,因此目前仍以卷积完全匹配层为主。完全匹配层引起的虚假反射是无法避免的,同时离散差异使匹配层的吸收问题更为复杂,一般采取增加匹配层层数的措施来缩小离散差,但是又会导致计算量和存储量的增加。同时完全匹配层都存在着一定的不稳定性,近似完全匹配层会产生低频奇异值,采用复频移变换避免低频奇异值之后却仍然存在着不稳定性,本文也在对多种介质进行模拟的过程中观测到了不稳定性。本文在不增加匹配层层数以及不减小理论反射的情况下以减小离散差异所带来的虚假反射为目的,对传统的衰减因子进行分析,研究匹配层的吸收机理,设计新的衰减因子,以提高完全匹配层的吸收性能。该衰减因子能够进一步削弱虚假反射振幅值,在匹配层层数为5到20层时,新衰减因子下的反射强度只有原反射强度的40%—80%。对于近似完全匹配层对大角度入射波吸收困难以及会产生低频奇异值的问题,本文引用复频移技术,提出复频移近似完全匹配层,实现了对大角度入射波和极低频波的吸收。就边界稳定性问题,本文在边界中额外引入一个与原衰减剖面垂直的新剖面,提出多轴复频移近似完全匹配层。多轴复频移近似完全匹配层在原波动方程中引入了衰减因子、频移因子、尺度因子和稳定性因子。为了详细分析验证各个因子在边界中的作用,本文通过实验模拟和矩阵特征值灵敏度来研究该边界的吸收效果及稳定性。为了满足正反演发展需求,本文同时将提出的多轴复频移近似完全匹配层扩展应用到不同的介质模拟中。包括弹性介质,各向异性介质以及双相各向异性介质。

关键词：弹性介质各向异性双相完全匹配层多轴复频移

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深部地质资源地球物理探测技术研究发展

地球物理学进展 2021年第5期36卷 2011-2033页

作者：李鹏罗玉钦田有刘洋鹿琪陈常乐刘财吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026

随着经济发展,人类经济社会对资源与能源的需求日益增加.我国在采资源正在枯竭,供需矛盾不断加大,对外依存度较高.国家对陆地盲区、深地和深海的资源勘探极为重视,同时未来勘探对象更为隐蔽、地质条件更为复杂,勘探与开采难度越来越大.... 详细信息

随着经济发展,人类经济社会对资源与能源的需求日益增加.我国在采资源正在枯竭,供需矛盾不断加大,对外依存度较高.国家对陆地盲区、深地和深海的资源勘探极为重视,同时未来勘探对象更为隐蔽、地质条件更为复杂,勘探与开采难度越来越大.地球物理方法作为勘查技术中最有效准确的预测方法之一,为满足勘探任务的需求,近年来地球物理勘探在研究新技术、新方法、仪器研发和数据处理解释等方面取得突破性进展.本文详细阐述我国的金属矿、煤矿、油气以及非常规油气资源的勘探开发现状,归纳了相应领域的地球物理技术新进展,对深地资源的勘探开发进行了展望,为资源与能源开发提供参考.

关键词：地球物理勘探金属矿煤矿油气非常规

复频移残差完全匹配层在电磁波数值模拟中的应用

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