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层状孔隙介质震电波场数值模拟高频不稳定性问题的解析处理方法
  • ISSN号:0001-5733
  • 期刊名称:《地球物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:P631[天文地球—地质矿产勘探;天文地球—地质学]
  • 作者机构:[1]北京大学地球与空间科学学院地球物理系,北京100871, [2]中国科学技术大学地球与空间科学学院,合肥230026
  • 相关基金:We thank R. Robinson for reading the manuscript. This research was supported by the National R&D Special Fund for Public Welfare Industry of Earthquakes (200808069) and the National Natural Science Foundation of China (40974038, 40774028, 40821062).
中文摘要:

自从发现震电现象以来,众多学者进行了相关研究.其中,Pride提出了一套描述流体饱和孔隙介质中震电波场的耦合与传播的宏观控制方程组,该方程组后来被广泛地应用到相关的震电研究中.Chen发展了一套广义反透射系数方法并将其应用到层状介质合成地震图的研究当中,该方法数值计算效率高并且可以处理带弯曲界面层状介质这种复杂模型.基于Pride的震电波场控制方程组,我们将Chen的广义反透射系数方法推广应用到层状孔隙介质中震电波场的数值模拟研究中,但是在数值计算过程中发现,当含源层的厚度相对于地震波波长较大时(即高频情况),会出现数值计算的不稳定,此即为高频不稳定性问题.针对高频不稳定性问题,一种自然的处理方法就是在原来的含源层中插入两个虚拟界面,构造出一个新的含源薄层,但是这会带来一些额外的计算量,此外,由于虚拟含源薄层的厚度是有限的,必须针对具体模型参数设定一个合适的厚度值.高频不稳定性问题同样存在于层状介质合成地震图的数值计算过程中,Chen提出了一种解析的处理方法,即在原含源层内引入一无限薄的虚拟含源薄层,通过解析的方法解决高频不稳定性问题,该方法不会降低计算效率且适用于任意参数模型.本文首先对层状孔隙介质中的震电波场数值计算公式进行分析,指出源项积分中的指数增长因子是导致高频不稳定性问题的根本原因;其次将Chen在合成地震图数值模拟研究中采用的解析处理方法推广到震电波场研究中,得到了适用于数值计算的公式;然后给出数值算例,并针对一个含源层过厚的模型,比较了自然处理方法和解析处理方法,两种方法得到的结果具有相当好的一致性,而解析处理方法计算效率更高,证实了本文给出的解析处理方法在解决

英文摘要:

A new method of numerical simulation of seismoelectric wave-fields in multi-layered porous media has been developed by extending Chen's technique of computing synthetic seismograms to coupled seismic and electromagnetic waves. However, the existence of an exponential growth factor leads to numerical instability for high-frequencies. A natural regularization approach eliminating the high-frequency instability is to create a fictitious thin flat layer including the source point in the numerical calculation, which requires an adequate thickness of the fictitious source layer as well as some extra computation cost. In this article, an analytical regularization approach is developed to deal with the high-frequency instability problem in numerical simulations of seismoelectric wave-fields in multi-layered porous media. The results show that the analytical regularization approach is much more effective in solving the above high-frequency instability problem than the natural regularization approach.

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期刊信息
  • 《地球物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所
  • 主编:刘光鼎
  • 地址:北京9825信箱
  • 邮编:100029
  • 邮箱:actageop@mail.igcas.ac.cn
  • 电话:010-82998105
  • 国际标准刊号:ISSN:0001-5733
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2074/P
  • 邮发代号:2-571
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,第二届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰地学数据库,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国地质文献预评数据库,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),美国石油文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:31618