地震波数值模拟中数值频散的机理分析及其波场特征.pdf

《地震波数值模拟中数值频散的机理分析及其波场特征.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、油气地球物理2015年7月PETROLEUMGEOPHYSICS第13卷第3期·技术·方法·地震波数值模拟中数值频散的机理分析及其波场特征陈可洋（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）摘要：如何提高地震波数值模拟精度是地震数值波动理论研究的重要问题之一。从地震波动方程出发，采用有限差分法进行数值离散，并以均匀介质为例，根据相对相速度计算公式和波场快照，详细分析了数值频散成因机理及其波场特征。研究认为，波场成分中的频率越高，其传播速度越慢，形成了“拖尾”现象和各向异性效应，而通过提高数

2、值计算精度，能够保证不同频率成分的相对相速度保持一致。对复杂介质模型进行数值模拟，计算结果具有更高的数值精度和可靠性。关键词：地震波动方程；数值模拟；数值频散；机理分析；波场特征NumericaldispersionmechanismanalysisanditswavefieldcharacteristicofseismicwavenumericalpropagationCHENKe-yang（ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfie

3、ldCompanyLimited,Daqing,Heilongjiang,163371,China）Abstract:Howtoimproveseismicwavenumericalsimulationprecisionisoneofthekeyproblemsofseismicwavenumericaltheorystudy.Thefinitedifferencemethodisusedtonumericallydiscretetheseismicwaveequation,thenumericaldis

4、persion’smechanismanditswavefieldcharacteristicareanalyzedindetails,accordingtotherelativephasevelocitycomputationalequationandsnapshotswithisotropicmediummodel.Thestudyshowsthatthehigherfrequencycomponentofwavefieldpropagateswithlowervelocity,whichformst

5、hetailphenomenonandanisotropiceffect,whileimprovingthenumericalcomputationalprecisioncanensurethedifferentfrequencycomponentswithconsistentrelativephasevelocity.Finally,thenumericalresultwithcomplexmodelshowshigherprecisionandreliability.Keywords:seismicw

6、aveequation,numericalsimulation,numericaldispersion,mechanismanalysisandwavefieldcharacteristics有限差分法是最常用的数值离散方法，在地的，而是数值离散方法，特别是有限差分法固有的震波成像、图像处理等诸多领域得到了广泛应本质特征。用。在地震波数值模拟中，如何提高数值模拟精为了压制数值频散现象，提高数值模拟精度，度，适应更为复杂的地球介质，一直都是地球物理国内外学者进行了大量的方法研究，例如，Alford[1][2

7、，3][4]界关注的焦点。研究认为，采用有限差分数值等分析了声波二阶空间差分的数值频散现象，指离散方程逼近连续的偏微分方程是引入的误差引出网格大小和地震波传播方向是影响频散的两个[5]起数值频散的原因，造成数值计算结果的振幅值因素；Marfurt研究了标量声波和弹性波中有限差[6]衰减，地震波传播的相速度和群速度不一致，使地分法和有限元法的数值精度问题；Dablain研究了[7，8]震波前形状发生变化，这不是由于介质物性引起对不同差分近似阶数的地震波场；陈可洋采用全收稿日期：2014-12-25；改回日期

8、：2015-04-12作者简介：陈可洋，男，工程师，硕士，地球探测与信息技术专业，主要从事高精度地震波传播模拟与逆时成像、高性能集群并行程序开发、实际地震资料数字处理方法研究与应用等工作。·8·油气地球物理2015年7月[9，10]方位FCT技术压制数值频散；董良国等推导了高阶交错网格有限差分方法，提高了数值模拟精1基本理论[11]度；吴国忱等分析了造成数值模拟频散问题的误[13，14]差来源。因此，对于数值频散的研究仍不够深