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：本文基于弹性波动方程,从其弱形式出发,利用Galerkin变分原理,通过对方程进行空间和时间上的离散,在空间域中引入预条件共轭梯度的逐元算法,在时间域中引入时间积分的交错网格预处理/多次校正算法,发展了弹性波模拟的Chebyshev谱元算法。针对均匀固体介质和具有倾斜分层的分区均匀固体介质模型,通过与有限差分算法结果相比较验证其精度的可信性,同时利用该算法模拟了弹性波在具有水平分层的任意起伏自由表面模型中的传播,并分析了其传播特点。研究表明,我们提出的交错网格预处理/多次校正算法的Chebyshev谱元算法,保留了有限元法的优势,并且采用了具有最优张量乘积技术的元到元的算法,能够处理带有起伏自由表面的复杂介质模型,它具有比有限元法收敛快,计算效率较高等优点,特别适合于复杂结构和复杂介质中的弹性波传播的数值模拟。

简介：Finite-difference(FD)methodsarewidelyusedinseismicforwardmodelingowingtotheircomputationalefficiencybutarenotreadilyapplicabletoirregulartopographies.Thus,severalFDmethodsbasedonthetransformationtocurvilinearcoordinatesusingbody-fittedgridshavebeenproposed,e.g.,standstaggeredgrid(SSG)withinterpolation,nonstaggeredgrid,rotatedstaggeredgrid(RSG),andfullystaggered.TheFDbasedontheRSGissomewhatsuperiortoothersbecauseitsatisfiesthespatialdistributionofthewaveequationwithoutadditionalmemoryandcomputationalrequirements;furthermore,itissimplertoimplement.WeusetheRSGFDmethodtotransformthefirstorderstress–velocityequationinthecurvilinearcoordinatessystemandintroducethehighprecisionadaptive,unilateralmimeticfinite-difference(UMFD)methodtoprocessthefreeboundaryconditionsofanirregularsurface.Thenumericalresultssuggestthattheprecisionofthesolutionishigherthanthatofthevacuumformalism.Whentheminimumwavelengthislow,UMFDavoidsthesurfacewavedispersion.WecompareFDmethodsbasedonRSG,SEM,andnonstaggeredgridandinferthatallsimulationresultsareconsistentbutthecomputationalefficiencyoftheRSGFDmethodishigherthantherest.

简介：常规地震勘探大多基于反射波理论,对尺度小、倾角陡、构造复杂的灾害性地质体,很难得到精确的成像结果。本文建立2类典型矿井地质模型,采用有限差分正演模拟算法,研究了矿井地震散射波的特征,将等效偏移距偏移（EOM）和基于等效偏移距干涉叠加偏移的散射成像方法用于矿井地震勘探中,重点分析了散射波成像相比常规反射波地震成像的技术优势。研究表明：1）散射成像方法能够提高覆盖次数,充分利用有效的弱散射信号,对不均匀复杂地质体的散射波的成像效果明显优于反射波叠后偏移;2）对于巷道超前探测,它弥补了基于射线理论的叠加偏移的不足,为提高矿井地震勘探分辨率提供了有效的成像方法。

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：本文利用x射线CT获取反映岩心微观结构的三维数字岩心，利用数学形态学中的开运算模拟了岩石的油驱水排驱过程中，不同含水饱和度下油和地层水在孔隙空间中的分布。利用有限元方法计算了岩石电阻率，进而得到岩石地层因素和电阻率指数，并考查了岩石润湿性对岩石电阻率指数的影响。数值模拟结果表明：基于数字岩心的水湿岩石地层因素和电阻率指数数值模拟结果与实验结果一致，拓展了岩石电阻率实验的能力；岩石润湿性对岩石电性有重要影响，在相同含水饱和度下，油湿岩石电阻率高于水湿岩石电阻率，油湿岩石饱和度指数远大于水湿岩石饱和度指数。

简介：Webuiltathree-dimensionalmodeltosimulatethedisturbanceofthestressfieldnearthereversefaultinZhaziao,LeyiTownshipowingtohydraulicfracturing.Theporepressure,andshearandnormalstressesduringfracturingareanalyzedindetail.Inputrockmechanicsparametersaretakenfromlaboratorytestdataofshalesamplesfromthestudyarea.Thesimulationresultssuggestthatafter16hoursoffluidinjection,thepore-pressurevariationcanactivatethereversefault,i.e.,weobservereverseslip,andtheshearstressanddisplacementonthefaultplaneincreasewithtime.Thebiggeststress–strainchangeoccursafteronehouroffluidinjectionandtheyieldpointappearsabout0.5hafterinjection.Toobservethestressevolutionineachsection,thenormaldisplacementontheboundaryisconstrainedandthefaultplaneissetasnonpermeable.Thus,theslidingislimitedandthesheardisplacementisonlyinthescaleofmillimeters,andthecalculatedmagnitudeoftheinducedearthquakesisbetweenMw-3.5andMw-0.2.Thesimulationresultssuggestthatfluidwaterinjectionresultsininhomogeneousfracturing.Themainrupturedareasarearoundtheinjectionpositions,whereastheextentofrupturingandcracksinotherareasarerelativelysmall.Nevertheless,nonnegligiblefaultactivationisrecorded.Sensitivityanalysisofthekeyparameterssuggeststhattheporepressureismostsensitivetothemaximumunbalancedforceandtheinternalfrictionanglestronglyaffectsthefaultslip.Finally,thecomparisonbetweentheeffectivenormalstressandthemaximumandminimumprincipalstressesonthefaultplaneexplainsthefaultinstability,i.e.,theMohrcirclemovestowardstheleftwithdecreasingradiusreducesandintersectsthecriticalslipenvelope,andcausesthefaulttoslip.

简介：本文提出了一种将高分辨率阵列侧向和方位电极系综合在一起的三维侧向测井电极系3D-LS,该电极系具有径向、纵向和周向探测能力。通过有限元数值模拟计算,考察了井眼尺寸、冲洗带电阻率、侵入深度、层厚及围岩电阻率对六种不同探测模式的影响,确定了电极系尺寸和探测特性。分析伪几何因子,低侵时电极系的探测深度最深可达1.5m,其值接近斯伦贝谢双侧向电极系深探测深度,而大于高分辨率方位侧向成像仪深探测深度,并且三维侧向测井电极系可提供多条径向不同深度曲线,可更好地描述地层侵入剖面。无限厚地层条件下,方位电极可识别出厚度0.1m的异常体,利用方位侧向曲线半幅点对应异常体厚度判断,对异常体纵向分层能力可达0.5m。高阻背景下,异常体的电阻率越低,越靠近井眼,方位越大于15度,越易被方位电极探测。数值模拟结果为后续三维侧向测井电极系的研究奠定了基础,对低阻异常评价具有一定的指导意义。

简介：地震波场数值模拟方法对理解和分析地震波的传播规律具有着重要的意义。弹性波动方程能够模拟地下介质的实际情况，为偏移和成像提供有效的依据。在弹性波波场数值模拟中，旋转交错网格数值模拟（RSM）修改了标准交错网格数值模拟（SSM）方法，将同类的参数定义在同样的节点上，拓宽了稳定性条件的约束，但在低速区会出现较严重的频散。变阶数差分方法是自适应空间算子长度方法的一种变化和推广。它以理论频散误差研究为基础，结合实际波场传播的情况进行误差计算，对不同速度匹配不同的差分阶数。本文研究了变阶数旋转交错网格数值模拟（VRSM），即是籽变阶数方法应用到RSM中，它可以很好地解决RSM在低速区域的数值频散问题，以及减少不必要的时间损耗；同时讨论了旋转交错网格的理论频散特性，并基于波场分离的方法分析了实际波场传播的频散误差，将原方法的应用范围由声波推广到剪切波，由理论值推广到时变值。在数值模拟试验中，VRSM将被应用于水平层模型和Overthrust模型。通过阶数分配以及相应波场传播效果和计算时间的分析，验证了该方法应用于复杂介质波场模拟中的实用性和有效性。实验的结果表明VRSM能够合理分配不同速度所对应的差分阶数，能保证计算的精确性，并合理控制计算的时间。

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：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：地震正演模拟技术是研究地震波在复杂介质中传播规律的有效途经，尤其在地质构造及其复杂的中国西部地区，其意义更是重大。本文介绍了两种新的正演模拟技术：有限元有限差分方法（FE—FDM）和任意精细积分方法（ADPI），并结合实例分析来验证FE—FDM和ADPI算法的实际效果，结果证明这两种方法能够有效地适用于复杂介质下的地震波传播性质的研究。

简介：本文通过人工变换T2分布和建立管-球模型模拟法研究含水合物地层渗透率与水合物含量之间的关系。首先,在渗透率的模拟试验中,我们改变了束缚水与可动水的比例、总孔隙度以及与之关联的T2分布。试验结果表明,相对渗透率与水合物含量之间的关系受到这些因素的制约。随后,我们用管-球模型表示水合物生长的孔隙空间,并把水合物的生长过程看成是向孔隙空间随机扔小球的过程。在此过程中,采用两种方法计算渗透率,一是Schlumberger＇sT2公式（即SDR模型）,二是Darcy定律与Poiseuille流动方程相结合的方法。前人的实验研究表明,在一定的水合物含量范围内,渗透率基本保持不变。以此为参考,我们将计算结果与之进行比较。我们发现,采用SDR模型时,渗透率的数值模拟曲线与Masuda模型N=15时的结果相近。而采用Darcy定律时,渗透率模拟值较高,但与实验结果的趋势相一致,都会出现渗透率的平直阶段。尤其,当水合物晶体在孔隙体内优先生成时,优先的概率越高,渗透率的平直范围越大。

简介：波动方程有限差分法是地震数值模拟中的一种重要的方法，对理解和分析地震传播规律、分析地震属性和解释地震资料有着非常重要的意义。但是有限差分法由于其离散化的思想，产生了不稳定性。精细积分法在有限差分法的基础上，在时间域采用解析解的表达形式，在空间域保留任意差分格式，发展成为半解析的数值方法。本文结合并发展了以往学者的成果，推导了任意精细积分法的三维弹性波正演模拟计算公式，并对其稳定性进行了数值分析。在计算实例中，实现了精细积分法二维和三维弹性波模型的地震正演模拟，对计算结果的分析表明，精细积分法反射信号走时准确，稳定性好，弹性波场相较于声波波场，弹性波波场成分更为丰富，包含了更多波型成分（PP-和PS-反射波、透射波和绕射波），这对实际地震资料的解释和储层分析有重要的意义。实践证明，该方法可直接应用到弹性波的地质模型的数值模拟中。

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。