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地球物理学进展 2019年第3期34卷 1010-1016页

作者：常晓伟曹丹平梁锴印兴耀中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征.在实际应用中,通常假设表征吸收衰减特征的品质因子Q在地震频带范围内不随频率变化.高阶广义流变模型能够在时间域内精确的表征品质因子Q不随频率变化的特征,为黏弹性介质波动方程精细... 详细信息

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征.在实际应用中,通常假设表征吸收衰减特征的品质因子Q在地震频带范围内不随频率变化.高阶广义流变模型能够在时间域内精确的表征品质因子Q不随频率变化的特征,为黏弹性介质波动方程精细模拟奠定了基础.基于广义标准线性体模型理论,采用最小二乘拟合方法对Q值不随频率变化特征进行拟合,分析了不同阶次广义标准线性体模型对黏弹性介质Q值特征的拟合程度,在权衡计算精度和三维计算量的基础上,确定了五阶广义标准线性体模型并建立了相应的三维黏弹性波的速度-应力方程,结合CFS-PML边界条件开展了高精度三维黏弹性波正演模拟.通过均匀介质正演模拟,验证算法的正确性,明确了地震波的传播时的吸收衰减特征,对三维盐丘模型进行数值模拟,表明了五阶广义标准线性体可以精确的模拟黏弹性介质地震波吸收衰减特征.

关键词：广义标准线性体弹性波正演模拟黏弹性品质因子

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常Q滞弹性介质地震波动数值模拟--时域本构优化逼近

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地球物理学报 2018年第10期61卷 4007-4020页

作者：谢志南郑永路章旭斌中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但... 详细信息

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.

关键词：滞弹性地震波动模拟常Q 广义标准线性体时域本构

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弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟

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地球物理学报 2019年第8期62卷 3140-3154页

作者：谢志南郑永路章旭斌唐丽华中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 新疆维吾尔自治区地震局乌鲁木齐830011

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直... 详细信息

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件:完美匹配层(Perfectly Matched Layer:PML),其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元(高精度集中质量有限元)结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.

关键词：滞弹性广义标准线性体完美匹配层勒让德谱元波动模拟

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三维粘弹性介质波动方程正演模拟

三维粘弹性介质波动方程正演模拟

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作者：常晓伟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征,在地震勘探中通常采用品质因子Q来量化地层对地震波的吸收衰减程度。研究表明,地震波能量的衰减可以视为Q不随频率变化和Q随频率变化两种成分的线性组合。针对上述两种Q值变化特征,开... 详细信息

吸收衰减是地震波在实际地球介质中传播的固有特征,在地震勘探中通常采用品质因子Q来量化地层对地震波的吸收衰减程度。研究表明,地震波能量的衰减可以视为Q不随频率变化和Q随频率变化两种成分的线性组合。针对上述两种Q值变化特征,开展三维粘弹性波动方程正演模拟有助于研究不同吸收衰减规律对地震波传播特征的影响,对实际地震数据的采集、处理和解释具有重要意义。目前,三维粘弹性介质时间域波动方程正演模拟主要以低阶衰减模型为主,Q值随频率变化规律对地震波传播特征的影响研究还不够深入,论文采用高阶广义标准线性体模型,在期望频带内通过最小二乘拟合算法求取每个标准线性体独立的表征参数,实现对Q不随频率变化和Q随频率变化两种特征的高精度表征。论文分析了不同阶次广义标准线性体模型对上述两种Q值特征的精确拟合程度,在权衡计算精度和三维波动方程正演模拟效率的基础上,针对Q不随频率变化和Q随频率变化两种特征分别选择五阶和九阶广义模型进行模拟。在此基础上,推导了基于广义标准线型模型的三维粘弹性波动方程,采用CPML边界条件吸收边界处的反射,采用MPI+Open MP进行并行加速,实现了三维粘弹性介质波动方程正演模拟。针对Q值随频率变化规律受孔隙度、渗透率等物性参数影响的问题,论文根据实际地震工区特征,采用地震解释层位和断层构建了三维地层格架,在地震相约束下采用测井资料建立了工区三维物性参数模型。采用了含孔隙周期层状介质模型表征了Q值随物性参数的变化规律,在三维物性参数建模的基础上建立了不同频率下的三维Q值数据体。在此基础上开展了三维粘弹性介质波动方程正演模拟,分析了不同Q值变化规律在不同地震频带下对地震波吸收衰减特征的影响,讨论了地震波振幅随孔隙度和渗透率的变化规律。研究表明,品质因子Q直接受到地层固有性质和地震波的频带范围的影响,因此,在粘弹性介质波动方程正演模拟中应该充分考虑Q值与频率的关系,对精细表征地震波在实际介质中的吸收衰减特征具有重要理论意义和实际应用价值。

关键词：粘弹性品质因子Q 三维正演模拟广义标准线性体孔隙流体

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