正演模拟技术
自然电场三维有限元正演模拟
自然电场三维有限元正演模拟周竹生; 朱海伦; 谢静; 刘思琴; 杨阳【期刊名称】《《成都理工大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(046)006【总页数】8页(P754-761)【关键词】剖分技术; 自然电场; 正演模拟; 三维有限元; 复杂地形【作者】周竹生; 朱海伦; 谢静; 刘思琴; 杨阳【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083; 山西省煤炭地质物探测绘院山西晋中030600【正文语种】中文【中图分类】P631.321起伏地形对地表电位分布的影响较大，研究起伏地形引起的电位假异常是电法勘探理论发展的需要[1-4]。
目前直流电法二维正反演技术已相当成熟，也开展了大量的三维正反演研究工作并取得了显著成果；但复杂地形条件下的三维正反演研究仍有探索空间。
正演是反演的基础，开展快速、高精度的正演模拟工作，有助于反演技术的发展。
常规的正演模拟方法，如有限单元法、有限体积法、有限差分法等，通过简化实际地电模型实现正演模拟过程，以更好地认识地下异常体的地表异常响应。
其中有限单元方法模拟精度高、求解简易且规范、自动满足内部边界条件，适于各种复杂的物性分布情况，是一种实用高效并应用广泛的正演模拟方法 [5-9]。
单元网格剖分是正演模拟的核心工作，研究网格剖分方法对建立有限元模型至关重要。
目前常规的结构化网格剖分技术仍以六面体为基础单元。
规则六面体剖分只适用于水平地形条件下的三维正演模拟，一定程度上限制了三维有限元的发展和应用。
熊彬等首先提出先将研究区域进行一级六面体剖分，再将六面体二级剖分为6个四面体，对四面体添加地形数据，以完成三维复杂地形条件下的有限元正演模拟[10]；在此基础上，吕玉增等提出一种四面体网格交叉剖分技术，并将六面体的二级剖分减少为5个四面体[11]。
但以上两种剖分技术必须满足四面体单元交叉分布，才能保证模拟误差呈对称性分布。
强建科提出任意三棱柱单元剖分方式，该三棱柱包含地形特征，能有效贴合起伏地形，成功实现复杂地形条件下的三维有限元正演模拟[12]；但该剖分技术必须满足模型的顶底界面平行，不利于模型的建立，且对模拟精度有一定影响。
复杂介质地震波正演模拟方法及优化
复杂介质地震波正演模拟方法及优化摘要本文旨在探讨复杂介质地震波正演模拟方法及其优化。
我们将介绍地震波正演模拟的基本原理，同时介绍目前常用的模拟方法，并针对复杂介质中的挑战提出了一些优化措施。
通过本文的学习，读者将能够更好地理解复杂介质中地震波的正演模拟，并了解如何优化模拟结果。
1.引言地震波正演模拟是地震学中的重要研究方法，通过模拟地震波在地下介质中的传播过程，可以帮助我们解决很多实际问题，如地震勘探、地震灾害预测等。
然而，由于地下介质的复杂性，正演模拟在复杂介质中存在着一些挑战，如速度模型不准确、界面反射等问题。
因此，本文将介绍一些常用的地震波正演模拟方法，并提出一些优化措施，以改善正演模拟结果的准确性和可靠性。
2.地震波正演模拟方法地震波正演模拟方法可以分为有限差分法（F DM）、有限元法（F EM）和谱元法（S EM）等。
下面将逐一介绍它们的基本原理和适用范围。
2.1有限差分法（FD M）有限差分法是一种常用的地震波正演模拟方法，它将介质离散化为网格，通过有限差分的方式，近似求解地震波动方程。
有限差分法简单易行，适用范围广，但在复杂介质中存在一些限制，如对较大的速度变化不敏感。
2.2有限元法（F E M）有限元法是一种基于变分原理的地震波正演模拟方法。
它将介质离散化为小单元，并利用插值函数表示波场的变化。
有限元法相对于有限差分法更加灵活，适用于处理复杂介质中的问题。
然而，有限元法的计算量较大，在大规模模拟中可能存在困难。
2.3谱元法（S E M）谱元法是一种将频率域方法与网格法相结合的地震波正演模拟方法。
它首先利用傅里叶变换将地震波动方程转换为频率域方程，然后在空间域上进行离散化求解。
谱元法具有较高的精度和稳定性，适用于处理复杂介质中的地震波传播问题。
3.优化方法为了改善复杂介质中地震波正演模拟的精度和可靠性，我们提出了以下优化方法：3.1速度模型优化在复杂介质中，速度模型的准确性对地震波正演模拟结果具有重要影响。
全波场正演模拟技术在ZBTD区块的应用与分析
间物理 特 征 的 差 别 计 算 在 内。各 向 异 性 特 征 值 用
Ｔ ｏ ｓｎ 参数 ｅ ｄ 义。另外可以确定三 个裂缝 系 ｈｍｐｏ＇ ｓ 和 定 统 。它的计算时间 比弹性 波计算 波 的传播 时 问长 三倍
Ｔｓｅａ ２ ｅｓｒｌ 一Ｄ计算 引擎提供 了 ５种波动方 程有 限
较多的时间， 但是仍然比弹性方程快 。声波和垂直波传播
两种公式都仅用纵波速度和介质密度特性参数 。 ４ 弹性介质模拟 一一允许 用户精 确地、 ） 一致地模拟 在固体介质中 ２ Ｄ地震能量的传播。包括适于地质介质的
全波场效应， 如转换波和横波。它不仅考虑纵波速度和密 度的分布也要求知道 （ 至少估计 ） 对应的横波速度。计算
丁 茜 ， 白文 ， 荣 杰 朱 胡
（ 中国石化 江汉油 田分公 司物探研 究院 ， 湖北 武 汉 ４０３ ） ３０ ５ ［ 摘 要］ 在复杂地表条件下的地震资料处理 中， 正确识 别和应用各种波非常重要。应 用全波场正演模拟技术 ， 以 可 在地震资料处理 中数值模拟实际资料的理论模 型， 而分析各种波在地层 中的传播规律 ， 从 利用渡场快照识别有效波和 干扰波。全波场正演模拟可将看不到， 摸不着的波场 ， 象地展现 出来， 形 有助于观察地质结构与地震反射 同相轴之 间
差分数值解的算法 ：
’
ｌ 引言
随着油气勘探的不 断深入 ， 复杂地表地质 条件下 的 勘探越来越受到各勘探公司的关注。Ｚ Ｔ Ｂ Ｄ工 区内的地
１ ）垂直波场传播 一一对垂直 １ 一Ｄ传播 的地震波快 速计算地震反射波 的传播 时间和振幅。这样 的假设不考 虑在 ２ Ｄ模型剖面上地震能量的衰减 。
２ 标量介质模 拟 一 一仅 用 Ｐ波速度 ， ） 是模 拟 ２ 一Ｄ
基于TTI介质的P波剩余时差裂缝检测技术正演模拟研究
坐标旋 转得 到 的 （ 图１ ） ， 旋 转后 它 的 弹性 系 数 矩 阵
在 二维 情 况下有 １ ３个非 零元 素 ， 三 维 情 况下 有 ２ １
关键词 ： Ｔ Ｔ Ｉ 介质 ； 相速度 ； 裂缝检测 ； ＮＭＯ剩余 时差理论
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — １ ４ ４ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ ３
中图分类号 ： Ｐ ６ ３ １ ． ４
文献标识码 ： Ａ
质 和单 斜 各 向异 性 介 质 而 言 ， Ｔ ＴＩ 模 型 的 波 场 计 算 要更 为 复杂 ， 它在 三维 情况 下有 ２ １ 个元 素 ， 而且 拟 Ｐ波 、 拟 Ｓ Ｖ 波 和拟 Ｓ Ｈ 波耦 合 在一起 。
图１ Ｔ Ｔ Ｉ 介质对应 的观测坐标 系与 ｖｎ 坐标系对应关系
ＴＴ Ｉ 介 质 的基 本进行
质 。类 似 于落矶 山脉 丘 陵地 带 由 白垩 系页 岩 和 砂 岩形 成 “ 上 冲” 产状的“ 周 期性 薄 层 ” 产 生 的地 震 各 向异 性 ， 塔河 油 田的岩 心 资料 和超声 波 裂缝 测井 资 料显 示 ， 地 下 介 质 中发 育 有 大 量 的 高 角 度 裂 缝 系 统， 导致 了潜 在 的地震 成像 难 题 。随着 三维 地震 勘
第 ４期
梁志 强等 ． 基于 ＴＴ Ｉ 介质 的 Ｐ波剩余 时差裂缝检测技术正演模拟研究
３ ４ ９
角 的 Ｐ波 相 速 度 都 存 在 一 个 局 部 最 大 值 ， 但 随 着
二维地震正演模拟方法技术研究
二维地震正演模拟方法技术研究一、本文概述随着地球物理学的深入发展和油气勘探的不断推进，二维地震正演模拟方法技术在地震勘探领域的应用越来越广泛。
该技术通过模拟地震波在地下介质中的传播过程，为地震资料解释、储层预测和油气勘探提供重要的理论支撑和实践指导。
本文旨在深入研究二维地震正演模拟方法技术，探讨其基本原理、发展历程以及当前的研究热点和难点，为进一步提高地震勘探的精度和效率提供理论支持和技术保障。
本文将对二维地震正演模拟方法技术的基本概念进行阐述，包括其定义、特点以及应用领域等。
接着，回顾二维地震正演模拟方法技术的发展历程，分析其在不同阶段的主要特点和优缺点。
在此基础上，重点探讨当前二维地震正演模拟方法技术面临的主要挑战和难点，如复杂地质条件下的模拟精度问题、大规模计算的效率问题等。
针对这些挑战和难点，本文将进一步分析现有的解决方案和发展趋势，如基于高性能计算的并行化技术、基于人工智能的反演方法等。
同时，结合具体的应用案例，分析二维地震正演模拟方法技术在油气勘探、矿产资源调查等领域的实际应用效果，以验证其有效性和可靠性。
本文将对二维地震正演模拟方法技术的未来发展进行展望，提出可能的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为推动二维地震正演模拟方法技术的发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、二维地震正演模拟理论基础二维地震正演模拟是地球物理学中一种重要的方法，其理论基础主要基于波动方程和地震波的传播原理。
在二维空间中，地震波的传播受到介质速度、密度、弹性等因素的影响，这些因素决定了波场的空间分布和时间变化。
理解和应用波动方程是二维地震正演模拟的关键。
波动方程是描述波在介质中传播的基本方程，对于地震波而言，常用的波动方程有弹性波方程和声波方程。
在二维正演模拟中，我们通常采用声波方程，因为它相对简单且能够较好地模拟地震波的主要特征。
声波方程描述了声波在弹性介质中的传播规律，包括波速、振幅、相位等参数的变化。
时间域航空电磁法正演模拟
( 2 (( x )
r u
2
(
1 1 F ( , ) F jx ( , ) Fiz ( , ) F jz ( , ) u 2 r ) )dxdz u T ( ix ) d d )u 1 1 z 2 J
泛函可以表示为：
1 1 Fix ( , ) F jx ( , ) Fiz ( , ) F jz ( , ) 1 1 Fix ( , ) F jx ( , ) Fiz ( , ) F jz ( , ) r r J (u,v) uT ( ) d d )u vT ( ) d d )v 1 1 1 1 2 J 2 J
国内外研究现状（1）
1948年，加拿大试飞第一套 航空电磁系统。 1950年INCO航空电磁系统 研制成功。 60－70年代，首次在矿产开 发上得到应用。 70－80年代，航空电磁系统 进一步优化。 80年代后，几经曲折，航空 电磁法仪器已经相对稳定。 时间域航空电磁系统（INPU -T）,在1980年夏首次试飞， 随后相继推出多种改进的型 号。
K1,16 W1 S1 K 2,16 W 2 S2 K16,16 W16 S16
当边界网格取足够大时， 边界节点上的电场u，v 可以近似等于0.
，
其中： r
，
，
i 0 p 2 2 k k y ik q 2 y 2 k ky 2 k i 0
2 k 2 ky
右端项是和一次场有关的量，本文一次场 取无限均匀空间，对于垂直磁偶极子有： i m ikr y E ( ikr 1) e x 4 r 2 r i m ikr x E ( ikr 1) e y 2 4 r r Ez 0
正演模拟技术
二、
系统功能 简介
地质模型的人机交互构制 渐近线法正演模拟 有限元法正演模拟 褶积模型 图形输出
系统功能简介
1. 一维和二维地震褶积记录
模块功能简介
（1）对声波时差及密度测井资料进行合成一维地震记录 （2）模拟给定的二维地质模型的地震褶积记录如楔状模型、砂泥互层的 韵律层模型的褶积记录。
七、 物理模拟
物理模拟与计算模拟的优缺点： 计算模拟：它的效率高，计算、修改参数较方便,使用更为广泛。但任何一种计算模拟方法都要作一定的数学 抽象，故其结果理论记录总是与实际记录有较大差异，不能完全包括实际记录过程中所出现的所有现象。 物理模拟：它没引入任何数学抽象，只是将大范围的实验(野外工作)在小范围中重现，故结果更接近实际， 更为可靠，更有可比性。但，它的缺点是不灵活，改变参数困难，模型的制作不容易等。
七、 物理模拟
例如，某工区野外记录上某一界面地震反射波频率约为25Hz，平均速度以3000m/s计 算，则地震波波 长约为120m。室内超声波频率约为100KHz，模型材料速度为1200m/s，故 超声波波长约为1.2cm 。相似比达104数量级，即可用10cm大小的模型表示地下1km大小的 介质。当然，不同地层的相似比 可能不同，应分别计算。
5.3 射线法模拟示意图
最大炮间距对应的各界面上的一次反 射波射线路径图
一次反射波共炮点记录
最大炮间距对应的各界面上的多次反 射波射线路径图
按指定的多次反射波射线码传播的多次反射波共 炮点记录
射线法模拟程序可靠性验证
一次及多次反射波共炮点记录
某一共中心点道集内各界面 上的一次反射波射线路径图
某一共中心点处的一次反射波共中心点道集记录
GMAX正演技术—流体替换和AVO
：饱和岩石的体积模量
2
K fl
：孔隙流体体积模量
K am：岩石骨架体积模量 fr e
K atrix ：矿物颗粒体积模量 m
φ
：孔隙度（也包含裂隙 ）
Xu-White模型 模型
K atrix +4 µ atrix Am m K am = fr e 1 3 −A
1 B 9 mtrix +8 mtrix) + ( Ka µa µfram =µ atrix e m 1 6 ( K atrix +2 mtrix) −B m µa
1 K −K atrix N fl m A= φ iijj ) ∑lT (α Ka µa 33 mtrix +4 mtrix l=s,c
N T (α ) 1 ( µ −µ atrix) fl m iijj B= φ ijij ∑l T (α) − 3 2 ( 3 mtrix +4 mtrix) l=s,c 5 Ka µa
C层AVO响应统计曲线
GMAX软件 二维地质建模与异常体，流体替代 软件—二维地质建模与异常体 软件 二维地质建模二维地质建模与异常体， 二维地质建模与异常体，流体替代功能介绍
二维剖面地质模型的创建
异常体交互拾取，异常体替换模拟
流体区域的交互拾取，流体替换模拟
二维地质建模与异常体， 二维地质建模与异常体，流体替代操作流程
谢谢大家！
P波剖面理论模型
二维叠前入射角道集
ＡＶＯ特征属性剖面 ＡＶＯ特征属性剖面
理论模型AVO正演梯度剖面
理论模型AVO正演截距剖面
理论模型AVO正演泊松比剖面
理论模型AVO正演横波反射率剖面
ＡＶＯ特征属性剖面 ＡＶＯ特征属性剖面
第七讲正演模拟技术
2．一维计算模拟的基本公式
在计算机上实现必须以离散形式进行
式中，xn =x(n△)为x(t)在t＝tn＝n△时 刻的样值，其余类推，N为子波的全部 采样个数 ，Rn=R(n△)为反射系数序 列。
正演模拟种类：物理模拟和计算模拟 物理模拟：是用一些已知参数的介质做成一 定几何形态的模型来模拟地下地质结构采用超 声波模拟地震波,专用换能器模拟震源和检波器, 将野外地震勘探过程在实验室内重现,得到理论 地震记录的方法技术。具有与实际情况更为接 近的优点。 计算模拟：是用计算计实现的正演模拟。它 包括一维和二、三维模拟。具有效率高，计算、 修改参数方较方便,使用更为广泛。
模块功能简介
射线法正演模拟模块特点
模块(1)～(4)适用于含断层、岩性尖灭的复杂介质模 型，能模拟断点、岩性尖灭点上绕射波；模块(1)～ (3)能模拟一次波和多次波的波场，模块(4)能分别模 拟介质中的纵波、转换横波、纯横波一次波的波场； 接收的记录分量有水平和垂直分量；能模拟地震波 的运动学（某个界面上的某类波的旅行时间）和地 震波的动力学（考虑波前扩散、介质吸收、透射损 失及界面曲率的影响）；能计算整个模型的波场， 也可只计算指定的任意层的任意种类的波场两分量 记录。
声测井合成地震记录
射线法模模块功拟能原简理
5.1.2 传输方程的解
零阶近似的振幅系数可以足够好地描述 体波最重要的动力学特征，其表达式为
u0u00
J0V00 JV
式中，V对应P波或S波速度，ρ是介质密度， J（τ0）和J（τ）分别为时刻τ0及τ时的雅 可比值。
三维大地电磁正演及反演方法研究现状
三维大地电磁正演及反演方法研究现状摘要：近年来，随着计算机技术和三维电磁模拟技术的发展。
基于积分方程法(IEM)、有限差分法(FDM)和有限单元法(FEM)的三大方法的三维大地电磁正演模拟技术得到了极大的发展。
基于最优化理论的三维大地电磁反演研究也得到了快速发展。
关键词：电磁正演模拟；数值模拟技术；大地电磁反演1 三维大地电磁正演方法研究现状积分方程法(IEM)、有限差分法(FDM)和有限单元法(FEM)是数值模拟技术中的三大方法。
近年来，基于上述方法的三维大地电磁正演模拟技术得到了极大的发展。
在积分方程法中，麦克斯韦方程组被转换为 Fredholm 积分方程，并以此实现对电磁场散射方程的离散，从而得到与待求电场有关的复线性方程组。
该线性方程组的系数矩阵为致密的复数矩阵。
在简单模型的模拟计算中，该方法仅对异常区进行离散，由此得到规模较小的致密系数矩阵，这有利于线性方程组的快速求解。
基于积分方程法在内存消耗、计算速度等方面的优势，该方法在电磁模拟的研究中受到了研究人员的重视。
然而必须指出的是，在复杂地球物理模型中，必须考虑全区域离散化，此时基于积分方程法得到的系数矩阵表现为大规模的致密矩阵，不利于方程组求解。
因此，考虑到对复杂模型模拟计算的适应性问题，认为基于积分方程法的三维 MT 正演技术在反演中的应用具有一定的局限性。
有限差分法发展最为成熟数值计算方法之一，该方法基于差分原理，以节点的差商近似为相应的偏导数，从而得到节点上关于物理场的相关线性方程组。
在电磁场模拟计算中，该线性方程组的系数矩阵为大型稀疏复数矩阵，基于合适的存储和求解方案，可以较快速的对其进行求解。
早在上世纪 60 年代，有限差分法就被用于地球物理场的模拟计算。
进入上世纪90 年代以后，随着交错网格有限差分理论的提出，该方法在地球电磁场模拟研究领域中得到了更为广泛的关注和重视。
交错网格有限差分法在处理内部电磁差异引起的电场与磁场不连续现象等方面具有相当优势，且易于适合编程实现，因而在三维大地电磁场的正演模拟中得到了广泛应用。
模型正演技术在复杂构造解释中的应用
缸 科 技 ２ １年第５ ０２ 期
模 型正演技 术在 复杂构造解 释 中的应用
陈 先 红 ① 王 树 华 ① ②
① 胜 利 油 田物 探 研 究 院 ２ ７ ２ 山 东 东 营 ；② 胜 利 油 田西 部 新 区 研 究 中 心 ５ ０２
摘 要 针对地下构造复杂 ，地表地 震条件不好 ，地震 资料 品质 差的复杂地 区，如何确 定地震 构造样式 、落实构造 圈闭，一直是 复杂构造解释的难题。应 用模型正演技术 ，通过设 置观察 系统、地质建模 、速度建模 ，利 用射 线追踪或 波动 方程模 拟地 震成像 。通过 对准噶 尔盆地西北缘哈拉 阿特 山构造 带的应 用表 明，该技术有助 于勘探初期地震解释方案 的确定 。 关 键 词 复 杂构 造 模 型 波 动 方 程 正 演 构造 样 式 速 度 分 析
１ 地 质 模 型 建 立
１１ 模 型 地 质 层 位 标 定 ．
由ｌ多个古生 界断块叠 加而成 的双重构造 ，双重构造内的各断块均表 ０ 现 为断层转折褶 皱 ，它 们是潜在 的勘探 目标群 】 。陈刚教授提 出走 滑单剪的构造解释模式 ， 为哈山及 其前缘 变形带总体表现为早期逆 认 冲推覆与后期走滑 图冲断复合叠 加的非对称半花状 构造样式 ，且具有 东西分段 的特点 。在充分 吸收前 人成果 的基础 上 ，我们以原始地震资 料为基础 ，结合资料 的属性分析 、时频 分析 等成果 ，给出了初步地震
为提 高正演的真实性 ， 次地震波动方程正演模拟 ，采用了 当时 本 野外 实际采集的观测系统 ：中间放炮 ，点震源激发 ， 间距２ ｍ，总 道 ５ 共３ ８ ，采样间隔２ ｓ ８道 ｍ ，采样点数３０ ， ００ 子波 的激发频率为３ Ｈ 。根 ０ｚ 据需要正演 的资料 的实 际情况 ，在可选用的地震波动方程 中采用了 中 小规模 的声 波方程模型 。声波方程模 型仅考虑纵波速度和密度特性 ， 计算速度较快 。其 计算速 度比垂直入 射模型慢 ，比弹性波方程模型要 快 ，基本达 到了我 们的要 求。本次正演采用的具体的模型参数为网格
地震波传播正演模拟方法和装置
地震波传播正演模拟方法和装置地震是一种对人类社会具有巨大破坏力的自然灾害，为了更好地理解地震的发生机制、预测地震的影响以及进行有效的抗震设计，地震波传播的研究显得至关重要。
地震波传播正演模拟作为一种重要的研究手段，可以帮助我们深入了解地震波在地下介质中的传播规律。
地震波传播正演模拟方法主要基于物理学原理和数学模型来描述地震波在地下的传播过程。
常见的方法包括有限差分法、有限元法和射线追踪法等。
有限差分法是一种应用广泛的数值方法。
它通过将求解区域划分为网格，然后对波动方程进行离散化处理，用差分格式近似替代微分方程中的导数项，从而得到一组代数方程。
通过求解这组代数方程，可以得到地震波在各个网格点上的数值解。
有限差分法的优点是计算效率较高，适用于处理大规模的计算问题。
但其精度在复杂介质中可能会受到一定限制。
有限元法是另一种重要的数值方法。
它将求解区域划分为有限个单元，通过构建单元的插值函数来近似表示波场。
然后，基于变分原理将波动方程转化为一个泛函的极值问题，从而得到一组线性方程组。
有限元法在处理复杂几何形状和非均匀介质时具有优势，能够较好地模拟波的散射和折射现象，但计算量相对较大。
射线追踪法是一种基于几何光学原理的方法。
它通过追踪地震波传播的射线路径来计算波的传播时间和振幅。
这种方法计算效率高，尤其适用于长距离传播和高频波的模拟。
但射线追踪法在处理波的衍射和散射等现象时存在一定的局限性。
除了上述方法，还有一些其他的正演模拟方法，如谱元法、伪谱法等，它们在不同的应用场景中都发挥着各自的作用。
在地震波传播正演模拟中，装置的选择和应用也非常关键。
高性能计算机是实现大规模模拟计算的重要工具。
强大的计算能力和存储容量能够支持处理复杂的模型和大量的数据。
同时，专业的地震模拟软件也是不可或缺的。
这些软件通常集成了各种正演模拟方法，并提供了友好的用户界面和丰富的后处理功能，方便研究人员进行模型构建、参数设置和结果分析。
模拟仿真技术在加工过程中的应
能源领域
模拟仿真技术可以用于能源系 统的设计和优化，提高能源利 用效率，降低环境污染。
02
加工过程中模拟仿真技术的应用
切削过程的模拟仿真
切削过程模拟仿真技术是利用 计算机技术对切削加工过程进 行模拟，以预测工件材料去除 过程、刀具磨损和破损情况， 优化切削参数，提高加工效率 和加工质量。
Байду номын сангаас
通过切削过程模拟仿真，可以 分析切削力、切削热、切屑形 成和刀具磨损等过程，为实际 切削加工提供理论依据和优化 方案。
模拟仿真技术在加工过程中的 应用
目
CONTENCT
录
• 模拟仿真技术概述 • 加工过程中模拟仿真技术的应用 • 模拟仿真技术在加工过程中的优势
与挑战 • 未来展望与研究方向
01
模拟仿真技术概述
定义与特点
定义
模拟仿真技术是一种通过计算机建模和仿真来模拟真实系统运行 的技术。
特点
具有高度逼真性、可重复性、可调控性和低成本等特点，能够为 实际加工过程提供有效的预测和优化手段。
该技术广泛应用于机械制造、 航空航天、汽车制造等领域， 有助于减少试切次数、降低生 产成本和提高生产效率。
热力耦合过程的模拟仿真
01
热力耦合过程模拟仿真技术是利用计算机技术对加工过程中产 生的热和力进行耦合分析，以预测工件变形、残余应力和热应
力等，优化工艺参数和减少加工缺陷。
02
通过热力耦合过程模拟仿真，可以分析热传导、热对流和热辐 射等热学现象以及弹性变形、塑性变形和断裂等力学现象，为
该技术广泛应用于冶金、化学、制药等领域，有助于缩短产品研发周期、降低研发成本和提高产品竞争 力。
03
模拟仿真技术在加工过程中的优势与挑战
地震正演模拟
地震正演模拟
1. 原理
在地震记录上看到的波形是地震子波叠加的结果，从地下许多反射界面发生反射时形成的地震子波，振幅大小决定于反射界面反射系数的绝对值，极性的正负决定于反射系数的正负，到达时间的先后取决于界面深度和覆盖层的波速。
若地震子波波形用S(t)表示，反射系数是双程垂直反射旅行时t 的函数，用R(t)表示，地震记录f(t)形成的物理过程在数学上就可表示为：
f(t)=S(t)* R(t)=∫S (t )R (t −τ)dτT
其中反射系数R 取R=ρ2v2−ρ1v1ρ2v2+ρ1v1，设地层密度为均匀的，且令ρ2=4ρ1，则反射系数只与地层间速度有关。
地震子波取雷克子波S(t)=[1-2*（pi*fp*t ）2]exp[-（pi*fp*t ）2]，其中主频取fp=20。
2. 模型
本次模拟中采用的是300*80的网格，道数为80，垂直采样点数为300。
模型为一个三层水平层状均匀介质，其速度分别为1000m/s 、2000m/s 、3000m/s ，模型如下：
图1 模型示意图 图2 地震子波 3. 结果 2000m/s 1000m/s
3000m/s
图2 各层界面的地震响应。
地震正演模拟技术在观测系统设计中的应用
针 对 不 同构造 位置 和地 层组 合进 行正演 模 拟 ，分 析 不 同构 造部 位所 需 的观测 系统 最大炮 检距 、道距 和覆 盖次 数等 。分 析得 到 的反射 波波 场 中地震 波 的传 播 特征 和各 种 地震 响应 现 象 ，弄 清地 震 波 在 复杂 构 造 、
复杂 介 质 中的传 播 特 征 。根据不 同地 区的实 际情况 ，确 定面 元尺 寸 、最大炮 检距 和覆 盖次 数等 观测 系统
［ 键 词 ］ 正 演模 拟 ；模 拟 分 析 ；射 线追 踪 ；观 测 系统 关 ［ 中圈 分 类 号 ］ Ｐ ３ ． ４ ６ １４ ［ 献标识码］Ａ 文 ［ 文章 编 号 ］ ｉ０ —９ ５ （０ ２ ５ ２ ６— ４ ０ ０ ７ ２ ２ １ ）０ —００ ０
随着 油气 勘探 开发 的难 度不 断增 大 ，经常会 遇 到复 杂地表 、复杂构 造 、小尺 度 目标 体 、复 杂岩性 等
的 数 值 模 拟 方 法 。模 型 正 演 包 括 模 型 建 立 、正 演 模 拟 、记 录 分 析 等 过 程 。
１ １ 建 立 地 质 模 型 ．
地震 正演 技术 的基 础是 要建 立准 确 、合理 的地 质模 型 。为 了建 立一 个有 代表性 的地质模 型 ，需要 预
先 了 解 所 选 区 块 的 各 种 地 震 地 质 条 件 ， 以 及 工 区 的 表 层 结 构 、地 表 条 件 ， 目 的层 埋 藏 深 度 及 构 造 发 育 情 第 ３ ４卷 第 Nhomakorabea５ 期
魏 燕 ：地 震 正 演 模 拟 技 术 在 观 测 系 统设 计 中 的 应 用
２ 正 演 模 拟 技 术 应 用 实 例
某 复杂 断 阶带 Ｚ Ｄ地表 条 件复 杂 ，乡镇 密集 ，人 为 干扰 较 严 重 。其 中 Ｘ Ｘ镇 面 积约 ５ ｉ。 ｋ ，南 北 窄 、 ｎ 东 西 宽 。小镇 西北 部 为老 城 区 ，街 道 较 窄 ，交 通 不 便 ，采 集 物 理 点 布设 非 常 困难 。工 区东 南部 为新 城 区 ，工厂 和商 品房 为 主 。同时 工 区地下 地质 条件 复杂 ，是 工 区所在 盆地 南部 的一 级边 界断 裂 ，属伸 展断 裂 ，由两 条断 裂 系所夹 持 的狭长 地 带组成 ，断裂 系统 比较 复杂 ；工 区南 部为 隆起 老地层 。
波场延拓法VSP正演模拟
波场延拓法VSP正演模拟乐友喜;罗焕宏;郭旭光;傅晓宁【摘要】波场延拓法模拟VSP,可以根据具体情况的需要同时对上、下行波场进行模拟,也可以只模拟上行波场或下行波场.对多次波能够有效地控制,通常在只关注一次波的情况下,可以不对多次波进行模拟.该方法相对其他波动方程正演模拟方法,有更高的计算效率.采用分步Fourier法延拓波场,既保证了延拓过程的稳定性,又不失较为复杂模型的模拟精度.模型试验表明,该方法能够有效地对VSP波场进行模拟,模拟的结果正确、可靠.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2008(032)006【总页数】3页(P693-695)【关键词】VSP;波场延拓;正演;多次波【作者】乐友喜;罗焕宏;郭旭光;傅晓宁【作者单位】中国石油大学(华东),地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东),地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东),地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中国石油,新疆油田分公司,勘探开发研究院,新疆,克拉玛依,834000;中国石油大学(华东),地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中国石油,新疆油田分公司,勘探开发研究院,新疆,克拉玛依,834000【正文语种】中文【中图分类】P631.4VSP在井中进行观测，与地面地震相比，VSP资料有较高的信噪比和分辨率，波的动力学特征更明显［1］，能够更为直接地反应井附近的地层、岩性等地质现象，在解决特殊地质体方面有特殊的优势。
正演模拟是研究地震波场的有效手段，地震波场的模拟技术主要分为两大类［2］，一是基于运动学理论的射线追踪方法，射线理论是对波动理论的高频近似，主要考虑了波传播过程中运动学特征，而缺少动力学特征，其计算效率较高；二是波动方程法正演模拟，根据对波动方程的求解方法的不同，主要分为有限差分法、伪谱法以及有限元法，各种方法对波动方程的近似程度不同，其效果和效率方面也不同。
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声测井合成地震记录
射线法模模块功拟能原简理
5.1.2 传输方程的解
零阶近似的振幅系数可以足够好地描述 体波最重要的动力学特征，其表达式为
u0u00
J0V00 JV
式中，V对应P波或S波速度，ρ是介质密度， J（τ0）和J（τ）分别为时刻τ0及τ时的雅 可比值。
它有下列几个方面的用途： 1．野外采集方面：提供野外地震勘探 野外数据采集的观测系统设计的参数 2．处理方面：为地震资料处理确定合 适的处理参数；
3．解释方面： ➢帮助地震资料的解释，判断地震剖面上 的波的类型； ➢ 验证地震资料的构造及岩性解释的正确 性，尤其验证构造高点的位置是否正确； ➢ 为地震资料反演构造提供理论走时； ➢ 为地震资料岩性解释提供合成记录。
模块功能简介
射线法正演模拟模块特点
模块(1)～(4)适用于含断层、岩性尖灭的复杂介质模 型，能模拟断点、岩性尖灭点上绕射波；模块(1)～ (3)能模拟一次波和多次波的波场，模块(4)能分别模 拟介质中的纵波、转换横波、纯横波一次波的波场； 接收的记录分量有水平和垂直分量；能模拟地震波 的运动学（某个界面上的某类波的旅行时间）和地 震波的动力学（考虑波前扩散、介质吸收、透射损 失及界面曲率的影响）；能计算整个模型的波场， 也可只计算指定的任意层的任意种类的波场两分量 记录。
平行薄层所组成。 (2)薄层假设为等时厚，每层时间厚度均为半个
△(采样间隔)。 (3)地震波为平面波法线入射． (4)每一界面的反射子波形状都相同，仅振幅和符
号依据各界面反射系数而变。 (5)忽略透射影响和多次反射。
2．一维计算模拟的基本公式
在上述假设条件下，反射地震记录x(t)可以看 作是地震子波b(t)与反射函数R(t)(离散时为反 射系数序列)的褶积。即
一、基本概念
正演模拟：指用物理模型和数学模型代替地下 真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记 录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方 法、技术。 在地震勘探中,正演模拟占据着重要的地位。 它不仅对于地震勘探基础理论的研究具有十分 重要的意义，而且在生产实际中也起着越来越 重要的作用。例如，前述的某些补偿处理需要 用到正演模拟，人机联作解释中很重要的一部 分也是正演模拟。
物探新方法技术（地震勘探）
第七讲：地震波场正演模拟技术
物探新方法技术（地震勘探）
第七讲：地震波场正演模拟技术
一、基本概念 二、地震地质模型建立方法 三、渐近射线追踪方法 四、有限差分法正演模拟 五、有限元正演模拟方法 六、物理模拟技术
【思考题】 （1） 正演模拟、计算模拟和物理模拟的概念。 （2） 计算模拟与物理模拟的优缺点。 （3） 何为古皮特模型？ (4） 射线追踪的步骤？ (5) 何为两点射线追踪、初值问题的求解？ (6) 物理模拟的两个相似性准则。
层位自动编号及排序
模型处理
应遵循下列主要原则： （1） 编号从左至右，再从上至下； （2） 编号在前的某一层位的两个端点 纵坐标其中之一要小于该编号后的所有 层位的纵坐标。
(3) 水平位置不同但深度相近的层位， 交平缓的层位编号在前。
四、一维计算模拟（褶积模型） 1．一维计算模拟的基本假设
一维模拟包括如下基本假设 (通常称之为古皮特模型)： (1)地层横向均匀，纵向由一系列不同弹性性质的
模
块
有限元法正演模拟模块特点
模块功能简介
模块能适用于含断层、岩性尖灭的复杂介质 模型；能模拟介质中所有波的波场（面波、 反射波、直达波、绕射波）；接收记录的分 量有位移及位移速度的水平和垂直分量。
三、 模型构制原理及算法
模型构制是将地质模型简化为地震地 质模型的过程，简化的方式必须考虑前述 正演公式的适应条件，同时也要尽量使模 型参数数量最少。地质模型可以分解成三 部分组成：(1)速度均匀的区域；(2)弯曲或 不连续界面，它是两个不同速度变化区域 的分界面；(3)不连续点(断点和岩性尖灭点) 组成的绕射点。
正演模拟种类：物理模拟和计算模拟 物理模拟：是用一些已知参数的介质做成一 定几何形态的模型来模拟地下地质结构采用超 声波模拟地震波,专用换能器模拟震源和检波器, 将野外地震勘探过程在实验室内重现,得到理论 地震记录的方法技术。具有与实际情况更为接 近的优点。 计算模拟：是用计算计实现的正演模拟。它 包括一维和二、三维模拟。具有效率高，计算、 修改参数方较方便,使用更为广泛。
二、 系 统 功 能 简
介
系统功能简介
地质模型的人机交互构制 渐近线法正演模拟 有限元法正演模拟 褶积模型 图形输出
1.资料进 行合成一维地震记录 （2）模拟给定的二维地质模型的地 震褶积记录如楔状模型、砂泥互层 的韵律层模型的褶积记录。
此即一维计算模拟的基本公式。若已知b(t) 和R(t)，按上式可计算出理论地震记录，称之为 合成地震记录。因此．一维模拟又称为合成地 震记录的制作。它用于记录标定。
2．一维计算模拟的基本公式
在计算机上实现必须以离散形式进行
式中，xn =x(n△)为x(t)在t＝tn＝n△时 刻的样值，其余类推，N为子波的全部 采样个数 ，Rn=R(n△)为反射系数序 列。
地震地质模型示意图
模型构制
模型构制
3.1 界面描述及参数给定
界面由一系列界面上的离散点坐标组成， 离散点之间的深度由三次样条函数插值求 得，故模型的输入参数包括界面的离散点 坐标，该界面两侧的纵波速度值，而对应 的横波速度值及密度值可由人工给定，也 可由经验公式换算。
模型处理
模型处理是对模型构制得到的 一系列线段组成的地质分界线赋予 层位地质属性。即将线段定义为分 界面（层位及断层面），给定分界 面两侧的弹性参数，按一定原则对 层位进行自动排序。
3
模块功能简介
.
声
波
模拟共炮点记录（CSP）模块
方
程 有
限
元
模拟自激自收记录（CDP）模块
法
正
演 模
模拟垂直地震剖面（VSP）模块
拟
（零偏、有偏多种观测方式）
模
块
4
模块功能简介
.
弹 性
模拟共炮点记录（CSP）模块
波
方
程
有
模拟自激自收记录（CDP）模块
限
元
法 正 演
模拟垂直地震剖面（VSP）模块 （零偏、有偏多种观测方式）