起伏地表下彈性波傳播數(shù)值模擬方法對比研究

發(fā)布時間：2020-11-20 05:38

　　隨著地表速度復(fù)雜區(qū)域勘探力度的加大,地震勘探作業(yè)區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。特別地,在我國西部探區(qū)和山前帶區(qū)域,由于構(gòu)造運動和風(fēng)化作用的影響,地表構(gòu)造特別復(fù)雜,低速異常普遍存在,由地表起伏引起的地震資料信噪比低、靜校正問題復(fù)雜以及觀測系統(tǒng)布置困難等問題正影響著復(fù)雜區(qū)域地震工作的開展。為了研究這一系列實際問題,必須對復(fù)雜地表下地震波的傳播規(guī)律有清醒的認識。在地震波傳播的研究中,地球物理界普遍認可地震波傳播數(shù)值模擬,也就是通常所說的正演模擬。正演模擬的算法很多且各有優(yōu)勢,本次選擇有限差分法和譜元法進行研究。有限差分法使用差分格式替代空間偏導(dǎo)項,該方法編程難度小、計算效率高以及對復(fù)雜地質(zhì)模型適用的優(yōu)點使其被廣泛采用。而譜元法作為一種高階有限元法,兼具有限元法剖分模型的貼體性和譜方法的計算效率,逐漸被更多人關(guān)注。本文先總結(jié)了復(fù)雜地表條件下地震波數(shù)值模擬方法,再從有限差分法和譜元法入手完成以下研究工作:1)通過應(yīng)力鏡像法實施自由邊界條件后,使用交錯網(wǎng)格差分完成了起伏地表下彈性波方程有限差分法數(shù)值模擬;2)在彈性波方程弱形式的基礎(chǔ)上,使用Galerkin譜展開法、Lagrange插值基函數(shù)以及Gauss-Lobatto-Legendre積分方法,完成了起伏地表下彈性波方程譜元法數(shù)值模擬;3)對比有限差分法和譜元法的精度、計算效率和計算機內(nèi)存占用情況,并使用MPI+CUDA的異構(gòu)并行技術(shù)完成譜元法的加速。4)使用譜元法對地表起伏以及地表速度復(fù)雜模型進行彈性波傳播數(shù)值模擬,并對波場特征做了詳細分析。通過研究發(fā)現(xiàn):1)譜元法的貼體網(wǎng)格劃分能克服矩形網(wǎng)格剖分帶來的角點數(shù)值散射,提高了數(shù)值模擬精度;2)有限差分法的計算時間和計算機內(nèi)存占用均小于譜元法,但是并不能改善其由于矩形網(wǎng)格劃分所帶來的數(shù)值散射,使用MPI+CUDA的異構(gòu)并行技術(shù)能極大的提高計算效率,使較大模型的正演變得現(xiàn)實;3)在起伏地表模型下彈性波的傳播模式發(fā)生了很大的變化,散射波和多次波同時影響著記錄,這也是起伏地表下地震資料信噪比低的原因。
【學(xué)位單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P631.4
【部分圖文】：