吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 377-385.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250226

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基于广义递归卷积的孔隙黏弹地震波正演模拟

黄兴国,翁央央,韩丽   

  1. 吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春 130026
  • 收稿日期:2025-09-16 出版日期:2026-01-26 发布日期:2026-02-09
  • 通讯作者: 韩丽(1989—),女,助理研究员,主要从事复杂地震波场传播研究,E-mail: hanli23@jlu.edu.cn
  • 作者简介:黄兴国(1990—),男,教授,博士生导师,主要从事地震探测技术与装备研究,E-mail: xingguohuang@jlu.edu. cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42504122,42374149);国家科技重大专项(2024ZD1002907)

Poroelastic Seismic Wave Forward Modeling Based on Generalized Recursive Convolution

Huang Xingguo, Weng Yangyang, Han Li   

  1. College of Instrumentation & Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130026, China
  • Received:2025-09-16 Online:2026-01-26 Published:2026-02-09
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China (42504122, 42374149) and the National Science and Technology Major Project (2024ZD1002907)

摘要: 随着油气勘探对储层精度要求的提高,传统基于完全弹性假设的地震波传播理论已无法有效描述复杂介质中岩石黏弹性和孔隙结构导致地震波在传播过程中表现出的频散和衰减特性。孔隙黏弹介质地震正演模拟成为准确描述此类耦合效应的重要研究工具,其中广义标准线性固体模型及其记忆变量法,通过引入辅助微分方程替代卷积积分降低计算复杂度,实现了对频率相关衰减的有效模拟。然而,在强非线性、强衰减的复杂储层条件下,传统算法仍面临计算精度与效率难以兼顾的问题。本文引入广义递归卷积法将本构方程中的时间卷积项转化为高阶递推公式,在时域内直接递归更新波场状态,避免了对历史数据的全局存储与重复积分运算,显著降低了计算复杂度与内存占用。数值实验表明:在均质模型中,本文方法相比传统记忆变量法计算效率提升约9%,且波场振幅保真度更高;在双层各向异性模型中,与记忆变量法相比,本文方法能更清晰地刻画层间反射与波型转换,显著改善了波场模拟的精度;在复杂非均匀Marmousi模型中,本文方法能有效模拟强起伏界面下的波场干涉与慢波衰减特征。

关键词: 孔隙黏弹介质, 地震正演, 地震波传播, 广义递归卷积, 数值模拟, 波场模拟

Abstract: With the increasing requirements for reservoir precision in oil and gas exploration, the traditional seismic wave propagation theory based on the pure elasticity assumption can no longer effectively describe the dispersion and attenuation characteristics exhibited by seismic waves during propagation caused by rock viscoelasticity and pore structure in complex media. Seismic forward modeling in poro-viscoelastic media has become an important research tool for accurately characterizing such coupling effects, among which the generalized standard linear solid model and its memory variable approach reduce computational complexity by introducing auxiliary differential equations to replace convolution integrals, thus realizing effective simulation of frequency-dependent attenuation. However, under the conditions of complex reservoirs with strong nonlinearity and strong attenuation, traditional algorithms still face the dilemma of balancing computational accuracy and efficiency. This paper introduces the generalized recursive convolution method to convert the time convolution term in the constitutive equation into a high-order recursive formula, directly updating the wavefield state recursively in the time domain, avoiding the global storage of historical data and repeated integral operations, and significantly reducing computational complexity and memory consumption. Numerical experiments show that in the homogeneous model, the proposed method in this paper improves computational efficiency by approximately 9% compared with the traditional memory variable method while achieving higher wavefield amplitude fidelity; In the two-layer anisotropic model, it can depict interlayer reflection and wave mode conversion more clearly than the memory variable method, significantly improving the accuracy of wavefield simulation; And in the complex heterogeneous Marmousi model, this method can effectively simulate the wavefield interference and slow-wave attenuation characteristics under strongly undulating interfaces.

Key words: poroelastic medium, seismic forward modeling, seismic wave propagation, generalized recursive convolution, numerical simulation, wavefield simulation

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