【摘要】：地震勘探在能源礦產(chǎn)及工程勘查中都有著廣泛的應(yīng)用,但多為二維地震勘探及相應(yīng)的二維地震波場數(shù)值模擬。近年來三維甚至四維地震勘探有較大的發(fā)展趨勢,本文主要針對三維地震進行數(shù)值模擬。地下實際具有各向異性和粘滯性等特點,對三維異性介質(zhì)及粘彈介質(zhì)中地震波場的傳播特性的模擬是地震勘探學(xué)研究的重要課題之一,可以利用三維波場模擬驗證理論算法、識別波場特征以及對野外觀測系統(tǒng)設(shè)計具有指導(dǎo)作用。本文使用旋轉(zhuǎn)交錯網(wǎng)格模擬三維一階速度應(yīng)力波動方程,將傳統(tǒng)交錯網(wǎng)格中的速度、應(yīng)力分量和介質(zhì)參數(shù)重新分布。應(yīng)力分量、彈性模量和速度分量、密度被分別放置在單元網(wǎng)格沿對角線的兩個頂點上,通過對角線方向上的四個導(dǎo)數(shù)值近似計算水平方向和垂直方向上的導(dǎo)數(shù)。采用旋轉(zhuǎn)交錯網(wǎng)格正演模擬時,不需要對彈性模量求平均,使得在模擬地震波在粘彈介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中傳播時克服了傳統(tǒng)交錯網(wǎng)格計算結(jié)果不穩(wěn)定的缺點,提高了波場模擬的精度。文中討論了彈性各向異性介質(zhì)中的地震波場數(shù)值模擬,使用Kelvin介質(zhì)模擬粘彈性介質(zhì),并對其進行波場模擬,分析了粘彈性介質(zhì)相對彈性介質(zhì)的波場差異。針對數(shù)值模擬中的人工邊界條件,使用CE吸收邊界和非分裂的NPML吸收邊界對波場在模型邊界附近進行吸收衰減,對比了兩種邊界條件在相同情況下的吸收效果。有限差分數(shù)值模擬時,網(wǎng)格間距、采樣間隔選取不合適時,會出現(xiàn)數(shù)值頻散,引入FCT通量校正技術(shù)對數(shù)值模擬中的數(shù)值頻散進行有效壓制,對同等規(guī)模模型進行波場模擬時,可以加大網(wǎng)格間距或采樣間隔或降低空間差分階數(shù),在一定程度上可以加快計算效率。使用組合邊界條件模擬面波,利用三維數(shù)值模擬的優(yōu)勢,對面波傳播過程中的質(zhì)點運動狀態(tài)進行了描述。使用三維地震波場數(shù)值模擬對認識實際介質(zhì)中的地震波場傳播有很大的指導(dǎo)意義。程序設(shè)計方面,采用分布式共享存儲方式使用MPI+OpenMP函數(shù)庫對程序進行并行設(shè)計,提高了程序計算效率和硬件的利用率。
[Abstract]:Seismic exploration is widely used in energy mineral exploration and engineering exploration, but most of them are two-dimensional seismic exploration and corresponding two-dimensional seismic wave field numerical simulation. In recent years, three dimensional and even four dimensional seismic exploration has a great trend of development. This paper mainly focuses on the numerical simulation of three dimensional seismic. The simulation of the propagation characteristics of seismic wave field in three-dimensional anisotropic medium and viscoelastic medium is one of the most important topics in seismic exploration, and the theoretical algorithm can be verified by three-dimensional wave field simulation. The recognition of wave field features and the design of field observation system are instructive. In this paper, the rotation staggered grid is used to simulate the three-dimensional first-order velocity stress wave equation, and the velocity, stress component and medium parameters in the traditional staggered grid are redistributed. The stress component, elastic modulus and velocity component, density are placed on two vertices of the grid along the diagonal line, and the derivatives in the horizontal and vertical directions are approximately calculated by the four conductance values in the diagonal direction. In the forward modeling of rotating staggered grids, there is no need to average the elastic modulus, which makes the traditional staggered grid calculation results unstable when simulating seismic waves propagating in viscoelastic medium and anisotropic medium. The accuracy of wave field simulation is improved. In this paper, the numerical simulation of seismic wave field in elastic anisotropic medium is discussed. The wave field of viscoelastic medium is simulated by using Kelvin medium, and the difference of wave field between viscoelastic medium and elastic medium is analyzed. According to the artificial boundary conditions in numerical simulation, the absorption attenuation of the wave field near the model boundary is carried out by using the CE absorbing boundary and the non-splitting NPML absorbing boundary. The absorption effects of the two boundary conditions are compared under the same conditions. In finite difference numerical simulation, numerical dispersion will occur when the mesh spacing and sampling interval are not properly selected. The numerical dispersion can be suppressed effectively by introducing FCT flux correction technique, and the wave field simulation of the same scale model will be carried out. The grid spacing or sampling interval can be increased or the order of spatial difference can be reduced, and the computational efficiency can be accelerated to a certain extent. The combined boundary condition is used to simulate the surface wave and the advantage of 3D numerical simulation is used to describe the motion state of the particle in the process of surface wave propagation. The numerical simulation of 3D seismic wave field is of great significance in understanding the propagation of seismic wave field in practical medium. In the aspect of programming, distributed shared storage is used to design the program in parallel with MPI OpenMP library, which improves the efficiency of program calculation and the utilization of hardware.
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P631.4

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本文編號：2319052