[发明专利]基于间断有限元和交错网格的高精度地震波场模拟方法

权利要求书

1.一种基于间断有限元和交错网格的高精度地震波场模拟方法，将地质模型分为构造简单区域模型和构造复杂区域模型；在构造简单区域采用交错网格方法进行地震波场模拟，在构造复杂区域采用间断有限元方法进行地震波场模拟；模型输入数据包括交错网格地质模型数据、间断有限元地质模型数据和模型区域分解参数；在模型计算过程中，通过交错网格计算、分解边界波场交换、间断有限元计算、数值模拟阶数设置、数值流设置和人工边界反射压制技术，实现在地质模型复杂构造中地震波场的高精度传播模拟，并获得高精度的勘探地震波传播数据；包括如下步骤：

A.构建地震波场模拟所需的地质模型，通过区域分解方法，将地质模型分为构造简单区域和构造复杂区域的不同情形；获取交错网格地质模型数据、间断有限元地质模型数据和模型区域分解参数；获取地震子波数据；接收地震波场数据记录；

B.进行数据前处理和混合算法稳定性分析；

C.通过进行人工边界反射压制，利用完全匹配层技术使得间断有限元和交错网格方法的吸收边界兼容，在不同的计算区域应用完全匹配层边界条件；

D.进行波场模拟演化计算，包括：

D1.进行初始化，将所有的变量参数初始化为0；变量参数包括波场和地震记录；

D2.在相应的地质模型中输入人工震源，激发地震波场，对模型边界产生的人工反射波进行吸收，在表面对地震波进行接收，获取表面地震观测数据；

D3.计算从n时刻到n+1时刻波场演化：

在n时刻，交错网格区域即构造简单区域内的变量值为(P)^n+1/2、(V_x)ⁿ、(V_z)ⁿ；采用高阶交错网格方法计算n+1时刻的波场变量值(P)^n+3/2、(V_x)ⁿ⁺¹、(V_z)ⁿ⁺¹；其中，P表示正应力，V_x和V_z分别是在x方向和z方向上的质点速度；计算波场演化包括：

首先，利用时间转换公式和高精度插值方法；得到n+1时刻间断有限元区域即构造复杂区域边界处的变量值(P)ⁿ⁺¹、(V_x)ⁿ⁺¹、(V_z)ⁿ⁺¹；

然后，根据得到的间断有限元区域n+1时刻的边界信息，计算构造复杂区域的变量值，得到n+1时刻的(P)ⁿ⁺¹、(V_x)ⁿ⁺¹、(V_z)ⁿ⁺¹；

最后，根据得到的间断有限元区域n+1时刻的信息，再次通过时间转换公式和高精度插值公式反向得到交错网格区域边界处n+1时刻的变量值(P)^n+3/2、(V_x)ⁿ⁺¹、(V_z)ⁿ⁺¹，完成时间迭代更新；

此时区域所有的变量值即从n时刻更新到n+1时刻的波场；

D4.完成波场更新，得到交错网格波场和间断有限元波场系数；将间断有限元波场系数转化为相应区域对应的波场，获得地质模型某一时刻的波场快照；

E.生成地震波场：

生成某一时刻的地震波场切片，当达到最大模拟时间时输出地震记录结果，即实现基于间断有限元法和交错网格法的高精度地震波场的模拟。

2.如权利要求1所述基于间断有限元和交错网格的高精度地震波场模拟方法，其特征是，步骤A具体包括：

A1.初始地质模型包括速度模型和密度模型；根据初始地质模型，获取交错网格地质模型数据、间断有限元地质模型数据和模型区域分解参数；

A2.根据时间采样率、最大模拟时间、震源子波的类型及震源位置，获取地震子波数据；

A3.观测和接收地震波场，建立地面接收地震数据记录，确定炮点和检波点的位置关系。