地震声波数值模拟中人工边界条件的差别与组合

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (1): 261-.

地震声波数值模拟中人工边界条件的差别与组合

吉林大学地球探测科学与技术学院，长春130026

收稿日期:2021-02-07 出版日期:2022-01-27 发布日期:2022-03-03
通讯作者: 孙章庆(1982—)，男，副教授，主要从事地球物理数值模拟计算，储层预测、反演、偏移成像及岩石物理学等方面的研究，Email: sun_zhangq@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(42074150)；国家重点研发计划项目（2017YFC0601305）

Difference and Combination of Artificial Boundary Conditions in Seismic Acoustic Numerical Simulation

College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China

Received:2021-02-07 Online:2022-01-27 Published:2022-03-03
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China (42074150) and the National Key Research and Development Project (2017YFC0601305)

摘要/Abstract

摘要： 地震数值模拟中选取的有限计算区域产生的边界反射会干扰正常波场模拟结果，因此引入人工边界条件来降低边界反射的影响。本文针对PML（perfectly matched layer）边界条件的解耦与非解耦差分形式，应用不同空间差分阶数进行地震波场数值模拟。空间差分阶数提高后，非解耦PML差分形式在计算效率和实现方式上均更具优势。针对CE（ClaytonEngquist）边界条件受入射波入射角度限制、边界处精度低吸收效果不好等问题，将2阶CE边界条件和PML边界条件组合成一种新的组合边界条件，在保证吸收效果的同时减少衰减带厚度，从而达到提高计算效率的目的。数值模拟结果验证了算法的有效性。

关键词: 数值模拟, 有限差分, 完全匹配层法, 组合边界条件

Abstract: In seismic numerical simulation, the boundary reflection generated by the finite calculation area will interfere with the results of normal wave field simulation. In this paper, the artificial boundary condition is introduced to reduce the influence of boundary reflection. For the decoupled and uncoupled differential forms of PML (perfectly matched layer) boundary conditions, different spatial difference orders are used for seismic wave field numerical simulation. When the order of spatial difference is increased, the nondecoupled PML differential form has more advantages in computational efficiency and implementation mode than those of the decoupled. Aiming at the problems of CE (ClaytonEngquist) boundary condition limited by the incident angle of incident wave, low accuracy at the boundary, and poor absorption effect, the secondorder CE boundary condition and PML boundary condition are combined into a new combined boundary condition, which can reduce the thickness of attenuation band while ensuring the absorption effect, so as to improve the calculation efficiency. The effectiveness of this algorithm is verified by the numerical simulation results.

Key words: numerical simulation, finite difference, perfectly matched layer method, combination boundary condition ,

中图分类号:

P631.4

韩复兴, 王若雯, 孙章庆, 高正辉. 地震声波数值模拟中人工边界条件的差别与组合[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 261-.

Han Fuxing, Wang Ruowen, Sun Zhangqing, Gao Zhenghui. Difference and Combination of Artificial Boundary Conditions in Seismic Acoustic Numerical Simulation[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2022, 52(1): 261-.

参考文献

相关文章 15

[1]	岳崇旺, 王祝文. Kelvin-Voigt黏弹性介质井孔声场有限差分数值模拟与波形特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1268-1275.
[2]	邵广周, 赵凯鹏, 吴华. 基于MPI的面波有限差分正演模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(1): 294-303.
[3]	刘明忱, 孙建国, 韩复兴, 孙章庆, 孙辉, 刘志强. 基于自适应加权广义逆矢量方向滤波估计地震同相轴倾角[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(3): 881-889.
[4]	李建平, 翁爱华, 李世文, 李大俊, 李斯睿, 杨悦, 唐裕, 张艳辉. 基于球坐标系下有限差分的地磁测深三维正演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(2): 411-419.
[5]	李大俊, 翁爱华, 杨悦, 李斯睿, 李建平, 李世文. 地-井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(5): 1552-1561.
[6]	杨海燕, 岳建华, 徐正玉, 张华, 姜志海. 覆盖层影响下典型地-井模型瞬变电磁法正演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(5): 1527-1537.
[7]	贲放, 刘云鹤, 黄威, 徐驰. 各向异性介质中的浅海海洋可控源电磁响应特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(2): 581-593.
[8]	王卫平, 曾昭发, 李静, 吴成平. 频率域航空电磁法地形影响和校正方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(3): 941-951.
[9]	周晓华, 陈祖斌, 曾晓献, 焦健. 交错网格有限差分法模拟微动信号[J]. J4, 2012, 42(3): 852-857.
[10]	孟庆生, 樊玉清, 张珂, 张盟. 高阶有限差分法管波传播数值模拟[J]. J4, 2011, 41(1): 292-298.
[11]	刘四新, 周俊峰, 吴俊军, 曾昭发, 万洪祥. 金属矿钻孔雷达探测的数值模拟[J]. J4, 2010, 40(6): 1479-1484.
[12]	孙章庆, 孙建国, 张东良. 2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J]. J4, 2010, 40(2): 425-431.
[13]	杨昊, 孙建国, 韩复兴, 马淑芳. 基于完全三叉树堆排序的波前扩展有限差分地震波走时快速算法[J]. J4, 2010, 40(1): 188-194.
[14]	孙章庆, 孙建国, 张东良. 二维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J]. J4, 2009, 39(3): 528-534.
[15]	殷文. 基于频率域高阶有限差分法的正演模拟及并行算法[J]. J4, 2008, 38(1): 144-0151.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed