简介：标量CSAMT只适合一维及测量方向与构造方向垂直的二维情况,对于复杂的三维地电结构,CSAMT需采用张量测量。本文试图采用矢量有限元法实现三维张量CSAMT的正演模拟。为了验证算法的正确性,本文在层状介质中计算了三维CSAMT远区的电场,磁场及阻抗张量,并且与层状介质中的理论解进行了比较,接着还模拟了均匀半空间中含有三维异常体的模型,并且分析了四个阻抗张量、视电阻率及阻抗相位的响应特征。得出如下结论：采用矢量有限元法来模拟三维张量CSAMT,其电磁场及阻抗张量的实虚部计算精度都比较高,并且该方法本身满足电场法向不连续,不用进行散度校正。

简介：在直流电法有限元数值模拟中，针对常规结构化网格源点附近网格节点数值精度低的问题，并考虑计算效率和反演成像的需求，本文在二维点源问题中提出一种新的网格加密一收缩方法。其核心思想是在结构化网格计算区域中先后引入网格节点加密和网格节点收缩两个环节。通过在计算区域水平方向上均匀加密网格节点密度，降低源点奇异性的影响范围，并提升对地形的模拟能力；通过在计算区域垂向方向上将多个网格收缩到一个网格中，降低网格节点的规模，进而提高数值计算的效率。理论模型检验表明，网格加密-收缩方法能有效地解决源的奇异性问题，与均匀加密网格相比，网格节点总数降低了约80％。

简介：标量CSAMT只适合一维及测量方向与构造方向垂直的二维情况,对于复杂的三维地电结构,CSAMT需采用张量测量。本文试图采用矢量有限元法实现三维张量CSAMT的正演模拟。为了验证算法的正确性,本文在层状介质中计算了三维CSAMT远区的电场,磁场及阻抗张量,并且与层状介质中的理论解进行了比较,接着还模拟了均匀半空间中含有三维异常体的模型,并且分析了四个阻抗张量、视电阻率及阻抗相位的响应特征。得出如下结论:采用矢量有限元法来模拟三维张量CSAMT,其电磁场及阻抗张量的实虚部计算精度都比较高,并且该方法本身满足电场法向不连续,不用进行散度校正。

简介：含洞穴的碳酸盐岩地层具有强烈的非均质性及储集空间预测难度大的特点，利用随钻电阻率测井方法对井眼环境含洞穴的储层进行准确识别和划分，是当前研究的一个焦点问题。本文使用一种新型的高效和高精度自适应有限元方法（hp—FEM）模拟和分析了含洞穴地层随钻电阻率测井仪器响应。本文所提的hp—FEM与传统h-FEM相比，其结果具有网格自适应的特点，并且计算能够以指数速率收敛于较高的精度。数值实例使用自适应有限元方法研究地层中洞穴的大小、洞穴距离井眼的远近和仪器发射频率改变对测井响应的影响，并提供了识别含洞穴地层的方法。研究结果可以为实际测井中遇到的各种地层洞穴的准确识别和定量评价提供理论依据。

简介：Anewmulti-moderesistivityimagingsonde,withtoroidalcoilsassource,canconductthreeresistivitymeasurements:azimuthalresistivity,lateralresistivity,andbitresistivitymeasurements.Thus,theloggingtimeandcostaregreatlysaved.Thetoroidalcoilsaresimplifiedasanextendedvoltagedipoleandtheresponseequationsarederivedforahomogenousformation.Basedon3DFEM,thedepthofinvestigation(DOI),verticalresolution,circumferentialazimuthalcapacity,boreholediameter,mudresistivity,thicknessoftargetformation,andtheresistivityofthesurroundingformationandmudinvasionaresimulated.TheresultssuggestthatthethreemeasurementmodesofthenewsondearedifferentinverticalresolutionsandDOIs.Thecircumferentialdetectionabilityoftheazimuthbuttondependsonthecontrastbetweentheanomalyandformationresistivityandtheopenangleoftheanomaly.Whethertheboreholeistruncatedatthebitornothasagreatinfluenceonthesimulationresults.Theboreholeandmudinvasionaffecttheapparentresistivityinallmodes,buttheeffectsofresistivityofsurroundingformationandthicknessofthetargetformationareonlycorrectedforlateralresistivitymeasurement.

简介：针对有限差分数值模拟的频散问题，本文将交错网格技术和紧致差分格式相结合，推导了横向各向同性介质一阶速度一应力波动方程的紧致交错网格差分格式；对比分析了紧致交错网格差分格式、交错网格差分格式以及紧致差分格式的截断误差主项，并利用Fourier误差分析方法分析了上述三种差分格式的近似精度；在此基础上，分别采用上述三种差分格式进行了波场数值模拟。结果表明，当差分方程阶数相同时，紧致交错网格差分格式截断误差最小，数值频散最弱，差分精度最高，证实了该方法的有效性。

简介：地震波场正演模拟是地震资料处理、解释中最为重要的技术之一。地震波场正演模拟在大时间步长、长时程的波场延拓中,存在计算不稳定的问题。本文基于声波方程的Hamilton表述,在波动方程求解中用辛差分格式进行时间网格离散,用傅里叶有限差分进行空间网格离散,提出一种新的保结构地震波场正演模拟方法一辛格式傅里叶有限差分法,在保证计算精度的同时提高计算的稳定性。利用声学近似处理空间-波数混合域的积分算子,将该方法推广至各向异性介质。给出各向同性和各向异性条件下的地震正演模拟的计算流程,并将本文方法用于BP盐丘、BPTTI等模型的波场正演模拟。数值算例表明本文开发的方法适用于速度变化剧烈的复杂介质地震波场正演模拟,计算精度高,数值频散小,在各向异性介质正演中能够有效避免qSV波残余,在大时间步长的迭代计算中稳定性好。本文为在辛算法的框架下实现高精度地震正演模拟提供了一种新的选择。

简介：在文献中,Kirchhoff型反偏移场的稳相分析主要是在下列两个条件下进行的:(1)等时面和目标反射面相切;(2)深度偏移像场信号的长度接近于零。对于与目标反射面不相切的等时面和长度远大于零的深度偏移像场子波,已有的结果将不再成立。为了在等时面和目标反射面不相切和深度偏移像场的子波长度远大于零的条件(一般条件)下对Kirchhoff型反偏移场进行稳相分析,我推导了出现在二维稳相分析公式中的诸因子的计算公式,并从中发现:(1)对于不同的等时面,距离差函数的稳相点具有不同的水平坐标;(2)Kirchhoff型真振幅反偏移的输出场由两部分(真振幅反偏移信号与振幅畸变因子)的乘积组成。由此得到下列两个结论:(1)一个给定的反偏移信号由多个深度偏移信号上的采样点组装而成,反偏移信号上的采样点个数等于对于这种组装有贡献的偏移信号的个数。(2)振幅畸变效应是Kirchhoff型反偏移中的固有效应,靠反偏移本身无法消除。如果一定要消除这种振幅畸变效应,必须对反偏移结果进行振幅校正。

简介：波场重构反演是一种改进的全波形反演理论。该反演方法通过将波动方程引入目标函数中拓宽了解的寻找空间，通过重构真实波场来计算模型梯度，大大提高了计算效率的同时还减弱了局部极小值的影响。但目前该理论基本在频率域进行，而频率域反演对计算内存的需求太高，并且很难应用到实际生产中。因此，本文将波场重构反演拓展到时间域，推导了时间域波场重构的增广方程，结合模型试算结果对波场重构的模型梯度进行了修改。数值实验表明，时间域波场重构反演准确性较高并且对低频信息具有良好的重建能力。

简介：阻抗张量元素的计算是在大地电磁测深数据处理的重要一步。按照常规,阻抗张量被定义为以Zxx,Zxy,Zyx,和Zyy为元素的2×2矩阵。在本次研究中,6个元素的阻抗张量的计算使用了一个含有Zxx,Zxy,Zyx,Zyy,Zxz和Zyz分量的2x3矩阵。对上述两类阻抗张量元素的属性进行了分析。利用由印度古吉拉特邦卡奇沉积盆地采集的5个分量大地电磁数据测试了文中的方法。从视电阻率和相位的计算中我们是观察到在大部分的频带范围内4个元素阻抗和6个元素阻抗Zxy和Zyx两类元素区别不大。然而,较长周期时间的数据,如超过100秒,观察到视电阻率的增加和相位的减少。我们还注意到,倾子幅度在大部分时间几乎是零,但较长周期（超过100秒）,逐渐呈增加的趋势。卡奇沉积盆地的地电断面表明在较长的周期内浅层近水平层和深层异常高电导性的不均质层都可能是引起大的Hz分量的原因。这表明,磁场垂直分量Hz对在大的2D/3D结构区域内的电场参数估计发挥的重要作用。

简介：在地震波场数值模拟中，为了消除由人为边界产生的边界反射，需要引进边界吸收条件。本文从声波方程完全匹配层吸收边界的经典方法出发，基于高斯函数任意阶光滑的特点，提出了一种高斯型衰减因子，分析比较该因子与一般衰减因子的性质，并基于均匀与层状速度模型分别进行了数值模拟计算。数值结果显示，当选择相同的PML边界吸收层层数时，高斯型衰减因子的吸收效果明显优于一般的衰减因子，边界反射更少，信噪比更高；对比最近提出的正弦型衰减因子，在信噪比接近的情况下，高斯型衰减因子所需的PML吸收层层数更少。

简介：电磁全息测量数据包含两种模态，因此重建流动图像也需采用“双模”融合的敏感场。首先，通过电磁全息探测物理场分析，结合层析成像数学理论Radon反变换，从定解问题推导了全息测量敏感场函数表达式。其次，将有限元仿真计算得到的全息测量敏感场应用于模拟流动试验和全息成像。结果表明，基于复电位φ关于极径r的偏导数的全息测量敏感场契合了Radon反变换的数学表达，且充分体现了幅度、相位测量敏感性；反演所得流动图像更加吻合实际流型。全息测量敏感场构建有效克服了传统单模敏感场在计算精度和计算效率等方面的局限性。

简介：为了解决海底起伏变化对地震波场的影响问题,本文提出将（x-z）域中的曲网格映射成（ξ,η）域中的矩形网格,推导出（ξ,η）域中的二维标量声波方程,根据推导出来的波动方程采用逆时有限差分法将海面上采集到的地震波场在（ξ,η）域中向下延拓至海底面,延拓时采用海水的速度,然后采用顺时有限差分法将延拓后的地震波场再反延拓到海面上,延拓时采用海底面以下地层的速度,从而消除了海底起伏带来的负面影响。模型及实际地震资料的计算分析表明该方法不但能够校正由于海底起伏所引起的海底面下地层反射波场的不连续性还能够校正由于海底起伏所引起的地震波的动力学特征的变化。对延拓前后的地震波场进行速度反演,延拓后反演的地层速度比延拓前反演的地层速度的精度提高很多,延拓前后地震波场的叠加剖面对比表明该延拓方法能够明显提高地震波场的成像质量。

简介：传统上，有限差分的差分系数一般可以通过泰勒级数展开法或优化方法来极小化频散误差得到。基于泰勒级数展开的差分法在有限的波数范围内精度较高，但在这个范围之外会产生较强的数值频散；基于最小二乘的优化有限差分法能在更大的波数范围内达到较高的精度，并可以在较小的计算需求内获得全局最优解。本文将基于最小二乘的优化有限差分法从二维正演模拟推广到三维，形成了计算效率高、高精度范围宽、适合并行计算的三维声波优化有限差分方法。频散分析及正演模拟表明本文发展的有限差分方法可以很好地压制数值频散。最后，将本文发展的有限差分方法应用到三维逆时偏移的震源波场延拓和检波点波场延拓中，并结合有效边界存储策略与checkpointing技术在GPU集群上实现三维逆时偏移以提高计算效率、减少存储量。三维逆时偏移试算结果表明本文三维优化有限差分方法与传统的有限差分法相比可以获得更高精度的偏移成像结果。

简介：将偏移后的炮域偏移距道集转换为角度域共成像道集（ADCIGs）可为偏移速度分析（MVA）和叠前反演提供输入道集，并且ADCIGs是理论上没有假象的叠前反演道集，也是目前公认的精度最高的叠前反演道集。本文研究了基于矢量波场逆时偏移的弹性波保幅ADCIGs的提取方法，以保幅弹性波逆时偏移方程为基础，其核心是求取不同震源位置的纵、横波场在地下各成像点的入射角，对于转换波勘探，二者共享一个入射角，即震源纵波入射角。根据几何关系，震源纵波波场的传播角、构造的局部地层倾角之差为震源纵波入射角，震源纵波波场的传播角利用解耦后纵波场的极化向量得到，构造的局部地层倾角利用偏移叠加剖面的复波数得到。对纵、横波的共炮点偏移道集按入射角重新排列即可得到各自的ADCIGs。文中利用水平层状介质模型、倾斜层状介质模型、Marmousi—II弹性波部分模型和实测资料验证了算法的有效性，计算结果表明，本文方法计算的纵、横波角度具有较高的精度，提取的角道集具有较好的振幅保真性，能够为MVA和叠前反演提供可靠的输入道集。

简介：便于不同观测系统的统一，本文定义了广义炮检距概念，给出了空间平界面广义炮检距不同阶地震菲涅耳带表达式。基于波动理论，推导出了广义炮检距地震菲涅耳带横向叠加波场公式。以不同阶几何菲涅耳带形状为参考，分为零炮检距和非零炮检距情况，进行了相似菲涅耳带不同绕射面元大小的横向叠加振幅分析。结果表明：①绕射面元对观测点的波场贡献与炮检距、地表起伏程度、界面倾斜程度、激发点到界面深度、观测方式和干涉叠加区大小等因素有关；②第一菲涅耳带是主要绕射波干涉叠加区，并且该区域对观测点的半振幅贡献约小于所有阶菲涅耳带的振幅贡献；③当绕射面元小于第一菲涅耳带时，即使采用非自激自收观测方式，仍有绕射面元越大观测点振幅越大的结论。

简介：角度域共成像点道集（ADCIGS）是偏移速度分析和振幅随角度变化分析（AVA）的基础数据。传统Kirchhoff叠前深度偏移（KPSDM）按偏移距组织数据,能方便的输出偏移距域共成像点道集（ODCIGS）,其高效的角度道集输出是有挑战的。本文提出基于旅行时梯度场的KPSDM角道集输出方法。其核心步骤为：（1）利用任意介质中的动态规划法旅行时计算方法提供炮点和检波点的旅行时场;（2）根据旅行时场的梯度方向计算反射张角;（3）在偏移过程中抽取ADCIGS。由于本文旅行时计算方法没有射线阴影区,也没有对速度光滑性的要求,其角度道集输出在阴影区比传统射线追踪更有优势。基于该角度道集输出方法,本文发展了一种适合大规模三维地震数据的KPSDM及角道集输出的并行实现方案。其基本思想是：（1）按照炮数据来组织输入数据;（2）旅行时场的输入与单炮覆盖范围相联系以节省内存;（3）多炮数据间采用MPI并行处理,单炮深度切片之间采用OpenMp并行处理,可进一步提高内存利用率和并行力度。数值试验结果证明本文角度道集生成方法的优越性和本文实现方案的有效性。

简介：应用多分量地震资料进行成像时通常需要先做波场分离,然后再对分离的波型进行成像。其中,波场分离可以在空间域或波数域实现。然而,由于用交错网格有限差分进行弹性波场数值模拟时,用来进行波数域波场分离的质点振动速度分量定义在不同网格节点上,本文提出了利用波数域插值方法来估算同一网格节点所需质点振动速度值;进而给出了先进行波数域插值后进行波场分离的波数域保幅波场分离方案。数值实验结果表明波数域插值方法具有较高的插值精度且保幅波场分离方法具有较好的保幅性,将本文方法进一步应用于弹性波逆时偏移可以获得保幅性较好的成像结果且对存在一定程度速度误差情况具有较好的适应性。

简介：有限差分方法广泛应用于求解许多科技领域所涉及的偏微分方程，高阶显式有限差分方法通常用来提高求解精度，已经提出的高阶隐式有限差分方法和截断高阶显式有限差分方法可用来进一步提高模拟精度而不增加计算量。本文首先计算了针对常规网格上的一阶导数和二阶导数、交错网格上的一阶导数的有限差分系数，发现高阶隐式有限差分系数中存在一些小的系数。频散分析结果表明：忽略这些小的差分系数能够近似维持有限差分的精度，但是显著减小了计算量。然后，引入镜像对称边界条件来提高隐式有限差分方法的精度和稳定性，采用混合吸收边界条件来减小来自模型边界所不需要的反射。最后，给出了针对均匀和非均匀介质模型的弹性波模拟例子，表明了本文方法的优点。

简介：角度域共成像点道集(ADCIGS)是偏移速度分析和振幅随角度变化分析(AVA)的基础数据。传统Kirchhoff叠前深度偏移(KPSDM)按偏移距组织数据,能方便的输出偏移距域共成像点道集(ODCIGS),其高效的角度道集输出是有挑战的。本文提出基于旅行时梯度场的KPSDM角道集输出方法。其核心步骤为:(1)利用任意介质中的动态规划法旅行时计算方法提供炮点和检波点的旅行时场;(2)根据旅行时场的梯度方向计算反射张角;(3)在偏移过程中抽取ADCIGS。由于本文旅行时计算方法没有射线阴影区,也没有对速度光滑性的要求,其角度道集输出在阴影区比传统射线追踪更有优势。基于该角度道集输出方法,本文发展了一种适合大规模三维地震数据的KPSDM及角道集输出的并行实现方案。其基本思想是:(1)按照炮数据来组织输入数据;(2)旅行时场的输入与单炮覆盖范围相联系以节省内存;(3)多炮数据间采用MPI并行处理,单炮深度切片之间采用OpenMp并行处理,可进一步提高内存利用率和并行力度。数值试验结果证明本文角度道集生成方法的优越性和本文实现方案的有效性。