【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(chǎng)數(shù)值模擬。近年來(lái)三維甚至四維地震勘探有較大的發(fā)展趨勢(shì),本文主要針對(duì)三維地震進(jìn)行數(shù)值模擬。地下實(shí)際具有各向異性和粘滯性等特點(diǎn),對(duì)三維異性介質(zhì)及粘彈介質(zhì)中地震波場(chǎng)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(chǎng)模擬驗(yàn)證理論算法、識(shí)別波場(chǎng)特征以及對(duì)野外觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。本文使用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格模擬三維一階速度應(yīng)力波動(dòng)方程,將傳統(tǒng)交錯(cuò)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(duì)角線的兩個(gè)頂點(diǎn)上,通過(guò)對(duì)角線方向上的四個(gè)導(dǎo)數(shù)值近似計(jì)算水平方向和垂直方向上的導(dǎo)數(shù)。采用旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)網(wǎng)格正演模擬時(shí),不需要對(duì)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(shí)克服了傳統(tǒng)交錯(cuò)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定的缺點(diǎn),提高了波場(chǎng)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(chǎng)數(shù)值模擬,使用Kelvin介質(zhì)模擬粘彈性介質(zhì),并對(duì)其進(jìn)行波場(chǎng)模擬,分析了粘彈性介質(zhì)相對(duì)彈性介質(zhì)的波場(chǎng)差異。針對(duì)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(duì)波場(chǎng)在模型邊界附近進(jìn)行吸收衰減,對(duì)比了兩種邊界條件在相同情況下的吸收效果。有限差分?jǐn)?shù)值模擬時(shí),網(wǎng)格間距、采樣間隔選取不合適時(shí),會(huì)出現(xiàn)數(shù)值頻散,引入FCT通量校正技術(shù)對(duì)數(shù)值模擬中的數(shù)值頻散進(jìn)行有效壓制,對(duì)同等規(guī)模模型進(jìn)行波場(chǎng)模擬時(shí),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(jì)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(shì),對(duì)面波傳播過(guò)程中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了描述。使用三維地震波場(chǎng)數(shù)值模擬對(duì)認(rèn)識(shí)實(shí)際介質(zhì)中的地震波場(chǎng)傳播有很大的指導(dǎo)意義。程序設(shè)計(jì)方面,采用分布式共享存儲(chǔ)方式使用MPI+OpenMP函數(shù)庫(kù)對(duì)程序進(jìn)行并行設(shè)計(jì),提高了程序計(jì)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(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P631.4

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6 蓋秉政;論電磁波場(chǎng)的自相似解[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1991年04期

7 胡天躍,張廣娟,趙偉,溫書(shū)亮;多分量地震波波場(chǎng)分解研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2004年03期

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10 李志超;伍小平;何世平;;反射體運(yùn)動(dòng)、變形及波長(zhǎng)變化時(shí)波場(chǎng)強(qiáng)度的變化[J];中國(guó)激光;1983年Z1期

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3 畢玉英;楊寶俊;;二維粘滯介質(zhì)全波場(chǎng)正演[A];1994年中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1994年

4 郭全仕;;井間矢量波場(chǎng)顯示和偏振處理[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第22屆年會(huì)論文集[C];2006年

5 劉洪;袁江華;陳景波;首皓;李幼銘;;大步長(zhǎng)波場(chǎng)深度延拓的理論[A];中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2006年論文摘要集[C];2007年

6 張美根;李小凡;楊曉春;;有限元全波場(chǎng)彈性參數(shù)反演[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)年刊2002——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十八屆年會(huì)論文集[C];2002年

7 李佩;余德平;;波場(chǎng)數(shù)值模擬的并行算法[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十屆年會(huì)論文集[C];2004年

8 王童奎;李信富;李小凡;;譜元法數(shù)值模擬彈性波場(chǎng)[A];中國(guó)地球物理第二十一屆年會(huì)論文集[C];2005年

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10 朱亞平;王勇;董淵;楊慧珠;;適應(yīng)波場(chǎng)傳播特征的小波基優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];1999年中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)年刊——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十五屆年會(huì)論文集[C];1999年

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4 魏建新;正交各向異性介質(zhì)波場(chǎng)特性的物理模擬研究[D];中國(guó)地震局地球物理研究所;2003年

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10 高永新;地震電磁場(chǎng)—基于動(dòng)電效應(yīng)的波場(chǎng)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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3 湯政;高速鐵路線下結(jié)構(gòu)病害全波場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)方法研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 呂文正;高精度地震波場(chǎng)數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用研究[D];成都理工大學(xué);2015年

5 侯思安;基于彈性波場(chǎng)矢量分解和Lowrank分解的地震波場(chǎng)正演模擬[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

6 章陽(yáng);復(fù)雜介質(zhì)粘彈性波數(shù)值模擬技術(shù)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

7 張邦;三維復(fù)雜介質(zhì)彈性波場(chǎng)有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2016年

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9 許沖;非均勻介質(zhì)地震波散射波場(chǎng)傳播特征及正演模擬方法研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2011年

10 肖揚(yáng);改善低頻噪音和波場(chǎng)影響的偏移成像條件研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

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本文編號(hào)：2319052