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物探与化探  2019, Vol. 43 Issue (1): 199-208    DOI: 10.11720/wtyht.2019.1026
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一种变网格差分的快速行进法
何幼娟1, 乔玉雷2, 侯丽娟3, 竺俊4, 高刚1, 王鹏1
1. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北 武汉 430100
2. 中石化胜利油田勘探开发研究院,山东 东营 257000
3. 中国石油青海油田 采油一厂,青海 海西 816400
4. 中石化西北油田分公司 采油一厂,新疆 轮台 841600
A grid-variable finite-difference fast marching method
You-Juan HE1, Yu-Lei QIAO2, Li-Juan HOU3, Jun ZHU4, Gang GAO1, Peng WANG1
1. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources(Yangtze University),Ministry of Education,Wuhan 430100,China
2. Shengli Oil Field Exploration and Development Research Institute,SINOPEC,Dongying 257000,China
3. No.1 Oil Production Plant,Qinghai Oil Field,PetroChina,Haixi 816400,China
4. No.1 Oil Production Plant,Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Luntai 841600,China
全文: PDF(5782 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

地震波旅行时精度直接影响着地震反演、叠前偏移成像、层析成像等各领域研究成果的可靠性,因此,研究如何提高地震波旅行时精度是很有意义的。在双重网格技术的基础上,引入一种基于变网格差分格式的快速行进法(FMM)计算地震波旅行时,通过正演模拟均匀模型、存在高速异常体模型、Marmousi模型来分析变网格FMM的优势及适用性。研究结果表明:均匀模型背景下,变网格FMM与双重网格FMM优势相当,但是在存在高速异常体模型背景下,双重网格FMM可能违背波前扩展的规律,从而导致较大的误差,而变网格FMM则不存在这样的问题;Marmousi模型试算验证了变网格FMM能适应各种复杂模型。因此,该方法是一种有效提高走时计算精度和效率的方法,不仅增强了FMM法的适用性,而且扩展了变网格技术的应用范围。

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何幼娟
乔玉雷
侯丽娟
竺俊
高刚
王鹏
关键词 变网格双重网格有限差分快速行进法旅行时正演模拟    
Abstract

The accuracy of seismic wave traveltimes directly affects the reliability of research results in such fields as seismic inversion,pre-stack migration imaging and tomography.Therefore,it is of great significance to study the improvement of the accuracy of seismic wave traveltimes.Based on the double grid technology,this paper comes up with a fast marching method (FMM) based on the grid-various finite-difference scheme to calculate the traveltimes of seismic wave.It analyzes the advantages and applicability of the grid-various finite-difference FMM by the forward simulation of uniform model as well as the existence of high-speed anomalous body model,Marmousi model.The results show that the corner points need to be included in the calculation when the traveltimes are calculated by using Eikonal equation so as to reduce the error.Under the background of uniform model,the grid-variable finite-difference FMM has the same advantages as the double grid FMM.Nevertheless,under the background of the existence of high-speed anomalous body model,the double grid FMM may violate the law of wavefront expansion to cause a greater error.The grid-variable finite-difference FMM does not have such a problem,and its advantage is remarkable.Therefore,this method is an effective way to improve the accuracy and efficiency of traveltime calculation,which not only enhances the applicability of the FMM but also expands the application range of grid-various technology.

Key wordsgrid-various    double grid    finite-difference    fast marching method    traveltime    forward modeling
收稿日期: 2018-01-17      出版日期: 2019-02-20
:  P631.4  
基金资助:中国石油集团工程专项“随钻电磁波成像与测录井解释支持系统研发”(2013E-3809)
作者简介: 何幼娟(1990-),女,湖北荆州人,在读博士,主要从事地震数据处理方法研究工作。Email: pomelo_he@163.com
引用本文:   
何幼娟, 乔玉雷, 侯丽娟, 竺俊, 高刚, 王鹏. 一种变网格差分的快速行进法[J]. 物探与化探, 2019, 43(1): 199-208.
You-Juan HE, Yu-Lei QIAO, Li-Juan HOU, Jun ZHU, Gang GAO, Peng WANG. A grid-variable finite-difference fast marching method. Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 43(1): 199-208.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2019.1026      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2019/V43/I1/199
Fig.1  变网格FMM剖分方式
Fig.2  窄带技术示意
Fig.3  常规一阶FMM走时计算相对误差
a—不加角点;b—加角点;图4~7
Fig.4  常规二阶FMM走时计算相对误差
Fig.5  变网格一阶FMM走时计算相对误差
Fig.6  变网格二阶FMM走时计算相对误差
Fig.7  双重网格一阶FMM走时计算相对误差
网格类型 网格间距 网格点数
常规网格 12 m 166×166(27556)
常规网格 6 m 331×331(109561)
常网规格 4 m 496×496(246016)
常网规格 3 m 661×661(436921)
常规网格 2 m 991×991(982081)
变网格 大网12 m,小网6 m 184×184(33856)
变网格 大网12 m,小网4 m 202×202(40894)
变网格 大网12 m,小网3 m 220×220(48400)
变网格 大网12 m,小网2 m 256×256(65536)
双重网格 大网12 m,小网6 m 28564
双重网格 大网12 m,小网4 m 30220
双重网格 大网12 m,小网3 m 32524
双重网格 大网12 m,小网2 m 39076
Table 1  不同网格间距对应的网格点数
Fig.8  不同网格间距对应的网格点数
Fig.9  几种计算耗时对比
Fig.10  存在高速异常体的正演模型
Fig.11  三种方法地震走时等时线
a—全区域;b—局部放大
Fig.12  波前扩展规律
Fig.13  异常体速度为2 300 m/s
Fig.14  异常体速度为2 500 m/s
Fig.15  异常体速度为3 000 m/s
Fig.16  Marmousi模型走时等时线
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