一種在復(fù)雜各向異性介質(zhì)中模擬地震波的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有限差分菱形交錯(cuò)網(wǎng)格優(yōu)化領(lǐng)域，特別涉及一種在復(fù)雜各向異性介質(zhì) 中模擬地震波的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 關(guān)于數(shù)值求解波動(dòng)方程問(wèn)題主要是體現(xiàn)在如何求解波動(dòng)方程中空間導(dǎo)數(shù)。以下從 彈性波方程求解問(wèn)題的角度出發(fā)，探討目前常用的求解算法。在彈性介質(zhì)中彈性波方程的 表現(xiàn)形式可用一階速度應(yīng)力方程來(lái)描述，如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在復(fù)雜各向異性介質(zhì)中模擬地震波的方法，其特征在于，所述方法包括： 給數(shù)值化的地質(zhì)模型的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的彈性常數(shù)C和密度P賦值；
1獲取三維地質(zhì)模型中在網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為 (i，j，k)的沿三個(gè)坐標(biāo)軸的速度分量的一階空間導(dǎo)數(shù)；其中，當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)i+j+k=偶數(shù)， Ti，j，k=v ;當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)i+J_+k=奇數(shù)，Tuk的速度分量為網(wǎng)格點(diǎn)（i, j,k)的上、下、左、右、 前、后的六個(gè)坐標(biāo)值為偶數(shù)的網(wǎng)格點(diǎn)的速度分量的平均值，我們稱(chēng)這種網(wǎng)格為菱形交錯(cuò)網(wǎng) 格； 將獲取的所述速度分量V的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第一 方程式，并對(duì)第一方程式進(jìn)行求解獲取應(yīng)力分量σ ;其中，應(yīng)力分量〇為速度分量V的表 達(dá)式； 利用所述應(yīng)力分量σ，根據(jù)
三維地質(zhì)模型中在網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為（i，j，k)的沿三個(gè)坐標(biāo)軸的應(yīng)力分量〇的一階空間導(dǎo)數(shù)； 將獲取的所述應(yīng)力分量σ的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第二 方程式，并對(duì)第二方程式進(jìn)行求解獲取速度分量V ; 根據(jù)通過(guò)第二方程式獲取的速度分量得到當(dāng)前時(shí)刻的速度分量的值，作為當(dāng)前時(shí)刻的 地震波的記錄； 獲取下一時(shí)刻的地震波的記錄，直至獲取時(shí)間長(zhǎng)度t的地震波的波場(chǎng)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第一方 程式為：
上式中，c為彈性常數(shù)，P為密度，〇表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力分量，其雙下標(biāo)表示應(yīng)力的 6個(gè)分量，其上面一點(diǎn)表示一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)；V表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)速度分量，其單下標(biāo)表示應(yīng)力 的3個(gè)分量，其第二下表表示對(duì)X，y，ζ的一階空間導(dǎo)數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第二方 程式為：
上式中，P為密度，σ表不波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力分量，其雙下標(biāo)表不應(yīng)力的6個(gè)分量，其第 三下表表示對(duì)X，y, ζ的一階空間導(dǎo)數(shù)；V表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)速度分量，其單下標(biāo)X，y, ζ表示應(yīng) 力的3個(gè)分量，其上面一點(diǎn)表示一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)第一方程式進(jìn)行求解獲取應(yīng)力分量 〇的方法為常規(guī)中心差分方法。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)第二方程式進(jìn)行求解獲取速度分量V 的方法為常規(guī)中心差分方法。
6. -種在復(fù)雜各向異性介質(zhì)中模擬地震波的裝置，其特征在于，所述裝置包括： 三維地質(zhì)模型獲取單元，用于構(gòu)造三維地質(zhì)模型，給模型的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的彈性常數(shù)c 和密度P賦值； 速度分量的一階空間導(dǎo)數(shù)獲取單元，用于通過(guò)
獲取 三維地質(zhì)模型中在網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為（i，j，k)的沿三個(gè)坐標(biāo)軸的速度分量V的一階空間導(dǎo)數(shù)； 其中，當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)i+j+k=偶數(shù)，Ti^k=V ;當(dāng)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)i+j+k=奇數(shù)，Ti^k的速度分 量為網(wǎng)格點(diǎn)（i，j，k)的上、下、左、右、前、后的六個(gè)坐標(biāo)值為偶數(shù)的網(wǎng)格點(diǎn)的速度分量的平 均值； 應(yīng)力分量獲取單元，用于將獲取的所述速度分量V的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì)中 彈性波方程組中的第一方程式，并對(duì)第一方程式進(jìn)行求解獲取應(yīng)力分量〇 ;其中，應(yīng)力分 量σ為速度分量V的表達(dá)式； 應(yīng)力分量的一階空間導(dǎo)數(shù)獲取單元，用于利用所述應(yīng)力分量σ，根據(jù)
獲取三維地 質(zhì)模型中在網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為（i，j，k)的沿三個(gè)坐標(biāo)軸的應(yīng)力分量σ的一階空間導(dǎo)數(shù)； 速度分量獲取單元，用于將獲取的所述應(yīng)力分量σ的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì) 中彈性波方程組中的第二方程式，并對(duì)第二方程式進(jìn)行求解獲取速度分量V ; 當(dāng)前時(shí)刻地震波記錄獲取單元，用于根據(jù)通過(guò)第二方程式獲取的速度分量得到當(dāng)前時(shí) 間第一時(shí)刻的速度分量的值，作為當(dāng)前時(shí)刻的地震波的記錄； 地震波的波場(chǎng)值獲取單元，用于獲取下一時(shí)刻的地震波的記錄，直至獲取時(shí)間長(zhǎng)度t 的地震波的波場(chǎng)值。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)力分量獲取單元使用的彈性介質(zhì)中 彈性波方程組中的第一方程式為：
上式中，c為彈性常數(shù)，P為密度，〇表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力分量，其雙下標(biāo)表示應(yīng)力的 6個(gè)分量，其上面一點(diǎn)表示一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)；V表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)速度分量，其單下標(biāo)表示應(yīng)力 的3個(gè)分量，其第二下表表示對(duì)X，y，ζ的一階空間導(dǎo)數(shù)。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述速度分量獲取單元使用的彈性介質(zhì)中 彈性波方程組中的第二方程式為：
(4) 上式中，P為密度，〇表不波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力分量，其雙下標(biāo)表不應(yīng)力的6個(gè)分量，其第 三下表表示對(duì)X，y, ζ的一階空間導(dǎo)數(shù)；V表示波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)速度分量，其單下標(biāo)X，y, ζ表示應(yīng) 力的3個(gè)分量，其上面一點(diǎn)表示一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)力分量獲取單元對(duì)第一方程式進(jìn)行 求解獲取應(yīng)力分量σ的方法為常規(guī)中心差分方法。
10. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述速度分量獲取單元對(duì)第二方程式進(jìn)行 求解獲取速度分量V的方法為常規(guī)中心差分方法。
11. 一種有限差分菱形交錯(cuò)網(wǎng)格優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括： 定義T (i，j，k)為在網(wǎng)格點(diǎn)（i，j，k)處的任何一個(gè)分量；并定義三維空間的坐標(biāo)系ζ向 下，X向右方，y向紙面外的方向；
將菱形交錯(cuò)網(wǎng)格中兩種菱形網(wǎng)格合并為 9
一種網(wǎng)格，合并后的網(wǎng)格是規(guī)則的矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格點(diǎn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸的一階空間導(dǎo)數(shù) 為： O
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種在復(fù)雜各向異性介質(zhì)中模擬地震波的方法及裝置，方法包括：給數(shù)值化的三維地質(zhì)模型的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的彈性常數(shù)和密度賦值；獲取三維地質(zhì)模型中網(wǎng)格點(diǎn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸的速度分量的一階空間導(dǎo)數(shù)；將速度分量的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第一方程式，并進(jìn)行求解獲取應(yīng)力分量；獲取三維地質(zhì)模型中網(wǎng)格點(diǎn)沿三個(gè)坐標(biāo)軸的應(yīng)力分量的一階空間導(dǎo)數(shù)；將應(yīng)力分量的一階空間導(dǎo)數(shù)代入到彈性介質(zhì)中彈性波方程組中的第二方程式，并進(jìn)行求解獲取速度分量；根據(jù)通過(guò)第二方程式獲取的速度分量得到當(dāng)前時(shí)間第一時(shí)刻的速度分量的值，作為當(dāng)前時(shí)刻的地震波的記錄；獲取下一時(shí)刻的地震波的記錄，直至獲取時(shí)間長(zhǎng)度t的地震波的波場(chǎng)值。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104750954
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310741415
【發(fā)明人】徐云貴, 陳雙全, 李向陽(yáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日