步长自适应的有限差分复杂地表波场数值模拟
本文选题:自适应网格 切入点:波动方程 出处:《地球物理学进展》2017年03期 论文类型:期刊论文
【摘要】:复杂地表条件下的有限差分地震波场的数值模拟,由于受到低速层和地表起伏的限制,模型速度分布范围变大,一般使用精细的差分网格来抑制频散,提高模拟分辨率,但精细网格会显著增加计算成本.为了能有效地解决这一问题,本文提出一种步长自适应有限差分波动方程数值模拟方法.(1)新方法根据模型中的介质速度分布,对不同的速度区域采用与该速度匹配的空间步长,实现对模型空间网格的步长自适应精细划分.对于速度分布范围大的复杂地表模型,新方法不仅能够极大地减少模型的网格节点数,同时又能提高波场的时间采样步长,减少时间采样数,提高计算效率.(2)推导了不同步长边界网格节点Laplace算子的二阶有限差分表达式,避免了在这些结点进行插值计算产生的假扰动和数值不稳定问题.(3)为了降低有限差分产生的数值频散,本文在常规的差分方程中增加了一频散校正项,能有效地衰减了高波数成分,抑制了数值频散.对复杂近地表的波场数值模拟结果表明,本文提出的步长自适应新方法能够有效减少网格节点数和时间采样数,极大地提高计算效率,计算量比常规粗网格增加一些,但效果能够达到了常规精细网格的模拟结果.
[Abstract]:The numerical simulation of finite difference seismic wave field under complex surface condition is limited by the low velocity layer and surface fluctuation, and the velocity distribution range of the model becomes larger. The fine difference grid is generally used to suppress dispersion and improve the simulation resolution. In order to solve this problem effectively, a step size adaptive finite difference wave equation numerical simulation method, I. e., a new method based on the velocity distribution of the medium in the model, is presented in this paper. For different velocity regions, the space step size matched with the velocity is adopted to realize the adaptive fine partition of the model space mesh. For the complex surface model with large velocity distribution, The new method can not only greatly reduce the number of mesh nodes in the model, but also increase the time sampling step size of the wave field and reduce the number of time samples. The second order finite-difference expression of the Laplace operator of grid nodes with different step sizes is derived. In order to reduce the numerical dispersion generated by finite difference, a dispersion correction term is added to the ordinary difference equation. The numerical simulation results show that the proposed step size adaptive method can effectively reduce the number of mesh nodes and the number of time samples, and the numerical simulation results show that the proposed method can effectively reduce the number of mesh nodes and the number of time samples, and the numerical simulation results show that the proposed step size adaptive method can effectively reduce the number of mesh nodes and the number of time samples. The computational efficiency is greatly improved, and the computational complexity is a little more than that of the conventional coarse mesh, but the simulation results of the conventional fine mesh can be achieved.
【作者单位】: 西安理工大学自动化与信息工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助重大项目课题(41390454)资助
【分类号】:P631.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 魏文斌;袁俊泉;刘伟明;刘清国;;基于正交规范化的小波的有限差分表示(英文)[J];数学杂志;2008年03期
2 陈楚琳,陈华杰;连续梁的有限差分解[J];力学与实践;1989年06期
3 周家纪;刘竟波;王铎;;有限差分的快速算法[J];物探化探计算技术;1993年02期
4 张育英,张维全;二阶偏微分方程的有限差分解法及其在气动力计算中的应用[J];甘肃工业大学学报;1992年02期
5 S.A.Magnier;;采用最小网格的有限差分法[J];石油物探译丛;1995年03期
6 C·L·艾肯;D·A·哈斯廷斯;张桂青;;激发极化的数字模拟[J];物化探电子计算技术;1981年01期
7 张德荣,袁陵涛,鲁百年;一类具有磁场效应的Schr銉dinger方程组的有限差分解[J];高校应用数学学报A辑(中文版);1987年02期
8 苑志江;金良安;田恒斗;卢yN斌;;海洋拖曳系统运动方程的变步长有限差分数值仿真[J];指挥控制与仿真;2013年01期
9 王候庭;姚国治;刘书成;;厚板焊接温度场的隐显交变有限差分计算方法[J];大连铁道学院学报;1984年01期
10 马红磊,王燕昌,李进;变步长的有限差分线法[J];宁夏大学学报(自然科学版);2000年02期
相关会议论文 前10条
1 陈勇;韩波;陈小宏;;有限差分注入法在时间推移地震中的应用[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
2 席丰;;爆炸与火载荷作用下钢梁响应的有限差分计算模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 唐晖;李小军;;显式积分格式对波动传播规律的影响[A];中国地震学会第11次学术大会论文摘要集[C];2006年
4 林庚浩;马天宝;宁建国;;三维前处理有限差分网格剖分技术的研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
5 徐朝繁;张先康;段永红;;三维射线有限差分混合地震模型及应用研究[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
6 梁文全;杨长春;王彦飞;刘红伟;;用于声波方程数值模拟的时间-空间域有限差分系数确定新方法[A];中国科学院地质与地球物理研究所2013年度(第13届)学术论文汇编——油气资源研究室[C];2014年
7 孙林洁;印兴耀;吴国忱;;基于PM_L边界条件的高倍可变网格有限差分数值模拟方法[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
8 田小波;吴庆举;曾融生;;有限差分合成接收函数[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
9 张金海;王卫民;符力耘;姚振兴;;傅立叶有限差分算子和广义屏算子的对比研究[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年
10 苏丽娟;;双边空间分数阶对流—扩散方程的一种有限差分解法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
相关博士学位论文 前2条
1 吕桂霞;抛物方程有限差分并行算法理论[D];吉林大学;2004年
2 胡平;探地雷达数值模拟技术的应用研究[D];中国地质大学(北京);2005年
相关硕士学位论文 前10条
1 刘埕伊;基于树图法和有限差分法的多叉树美式期权定价模型研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
2 李芳;2.5-D声波方程高阶有限差分数值分析[D];吉林大学;2007年
3 王丽丽;结构网格虚拟单元浸入边界有限差分基本无振荡格式[D];南京航空航天大学;2012年
4 孙旭;对比源方法在时间推移地震中的应用[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 王红;变网格步长声波方程有限差分数值模拟[D];中南大学;2013年
6 杨莹;二维地震波场有限差分法数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2009年
7 赫英红;带有阻尼项的波动方程有限差分解的长时间行为[D];黑龙江大学;2012年
8 田多勤;一维耗散的Schr(o|¨)dinger方程有限差分解的长时间行为[D];黑龙江大学;2012年
9 周忠双;基于MPI的一类椭圆型方程有限差分区域分解算法的并行实现[D];山东大学;2013年
10 赵良;抛物方程的有限差分区域分解算法[D];山东大学;2008年
,本文编号:1559489
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/1559489.html