CN103207410A - 一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法，包括以下步骤：1）读入崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息；2）根据崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息构建出整个模型框架；3）采用正方形网格剖分步骤2）构建出的整个模型框架；4）采用三角网格剖分崎岖海底附近区域；5）根据网格节点邻近网格单元介质的物性参数分布、几何面积信息，采用面积加权平均法计算网格节点上的物性参数；6）将网格节点上的物性参数、计算参数信息存储并输出。本发明能够更准确地刻画崎岖海底的形态，提高计算效率，保证算法的稳定性，同时可以避免边界绕射和角点散射等问题。本发明可以广泛用于崎岖海底条件下的地震正演模拟、层析成像、偏移成像、速度建模等领域中。

Description

一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法

技术领域

本发明涉及一种地震勘探模型建立方法，特别是关于一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法。

背景技术

崎岖海底是海洋地震勘探普遍会遇到的问题。针对崎岖海底的准确精细的模型建立方法，是研究崎岖海底条件下的地震正演模拟、数据处理等技术的基础性工具。因此很有必要专门研究针对崎岖海底的模型建立方法。而模型建立方法需要解决的核心问题是模型的网格剖分问题。在数值计算问题上，对崎岖海底模型进行网格剖分涉及的关键技术问题是对不规则计算边界的描述。在处理类似于崎岖海底引起的不规则计算边界的网格剖分问题时，现有技术主要有正方形阶梯网格和曲线网格两类。但是：

如图5所示，采用正方形阶梯网格剖分不规则计算边界。虽然能让整个计算区域均为正方形网格剖分，但是从图中可以看出，阶梯状的正方形网格对模型的刻画非常粗糙，对崎岖海底形状的刻画也非常不准确。同时从数值计算的角度看，因为正方形阶梯状网格存在很多界面处的角点，并且整个界面不连续且跳变很严重，所以易引起数值计算时的边界绕射和角点散射等问题；采用正方形阶梯状网格剖分崎岖海底模型，将对不规则计算边界的形态刻画过于粗糙，并且阶梯状的网格还会引起数值计算时的边界绕射和角点散射等问题。

如图6所示，采用曲网格中的正交贴体网格剖分不规则计算边界。虽然不对不规则界面作任何近似，但是生成这样的网格剖分需要求解线性方程组，并且在求解三维问题时这样的线性方程组非常庞大，由此产生的网格生成消耗的计算量就更大，即需要付出更多的额外的网格生成成本。同时从数值计算的角度看，曲网格的非均匀性很强，直接在此网格中进行数值计算必然会遇到一些额外的困难。当然曲网格技术的数值求解基本均在曲坐标系下进行，不过曲坐标系下的多数物性方程均比笛卡尔坐标系下的方程复杂很多，更大的问题是这些方程（比如说Eikonal方程，此方程为非线性方程）在数值实现时，由于受网格生成质量的影响而很难保证数值的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能准确精细刻画崎岖海底形状，又能保证数值计算的绝大多数计算是在规则正方形网格中进行的针对崎岖海底的混合网格模型建立方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法，包括以下步骤：1）读入崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息；2）根据崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息构建出整个模型框架；3）采用正方形网格剖分步骤2）构建出的整个模型框架；4）采用三角网格剖分崎岖海底附近区域；5）根据网格节点邻近网格单元介质的物性参数分布、几何面积信息，采用面积加权平均法计算网格节点上的物性参数；6）将网格节点上的物性参数、计算参数信息存储并输出。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用混合网格方式对崎岖海底模型进行剖分，因此绝大部分区域是采用正方形网格剖分，仅在崎岖海底附近采用精细三角网格剖分，因此能够更准确地刻画崎岖海底的形态。2、本发明由于采用混合网格对崎岖海底模型进行剖分，因此既能够使数值计算的绝大部分工作在规则的正方形网格中进行，提高计算效率，保证算法的稳定性。3、本发明由于在崎岖海底附近采用了三角网络，因此能够建立起三角网络的界面点与正方形网格节点的位置关系，进而可以有效地避免边界绕射和角点散射等问题。本发明可以被广泛地应用于崎岖海底条件下的地震正演模拟、层析成像、偏移成像、速度建模等领域中。

附图说明

图1是本发明基于混合网格的崎岖海底模型建立流程示意图

图2是本发明混合网格法剖分琼东南盆地北部宝岛凹陷坡折水深剧变模型

图3是本发明混合网格法剖分白云凹陷垂直于滑坡走向的滑坡根部断块凹谷模型

图4是采用本发明混合网格对不规则计算边界的剖分示意图

图5是已有技术正方形阶梯网格剖分不规则计算边界示意图

图6是已有技术曲网格中的正交贴体网格剖分不规则计算边界示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明针对崎岖海底的混合网格模型建立方法，主要包括以下步骤：

1）读入崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质的物性参数分布等信息；

2）根据步骤1）读入的信息构建出整个模型框架；

3）采用正方形网格剖分步骤1）构建出的整个模型框架；

4）采用三角网格剖分崎岖海底附近区域；

5）根据网格节点邻近网格单元介质的物性参数分布、几何面积等信息，采用面积加权平均法计算网格节点上的物性参数；

6）根据各数值模拟、数据处理等技术的需要，将网格节点上的物性参数、计算参数等信息存入对应数组中，并输出数据以备数值模拟、数据处理等技术使用。

上述步骤5）中的物性参数是指介质的密度、地震波速度等。

为了更好的说明本发明的特点，列举以下具体实施例：

实施例1

如图2所示，根据已发表资料《琼东南盆地深水区地震资料品质影响因素探析》（邓勇，李列，柴继堂等，中国海上油气，2010，22（6）：381-386），本发明建立了一个琼东南盆地北部宝岛凹陷坡折水深剧变模型。图中显示了模型介质的速度参数分布，基于本发明的模型建立方法，采用22×10（实际数值计算时远远比这个网格数多，此处为了显示方便采用了较少的网格，以下相同，不再赘述）的网格对模型进行了剖分。

实施例2：

如图3所示，根据已发表资料《南海北部白云大型海底滑坡的几何形态与变形特征》（孙运宝，吴时国，王志君等，海洋地质与第四纪地质，2008，28（6）：69-77）本发明建立了一个白云凹陷垂直于滑坡走向的滑坡根部断块凹谷模型。图中的显示了模型介质的密度参数分布，基于本发明的模型建立方法，采用22×12的网格对模型进行了剖分。

如图4所示，本发明采用混合网格方法对不规则计算边界的剖分，首先通过与正方形阶梯网格剖分（如图5所示）对比，可以发现：正方形阶梯网格对崎岖海底的形状刻画得非常粗糙，并且崎岖海底的形状也由光滑的曲线变为了具有很多角点的阶梯状折线；其次通过与曲网格剖分（如图6所示）对比，曲网格在计算区域的很大一部分存在明显的不均匀性（即网格尺度大小不一），并且网格的很多地方存在明显的不完全正交性（即网格线在相交处不垂直）。与上述两类网格不同，如图4所示，本发明采用混合网格的绝大部分区域为正方形网格剖分，并且崎岖海底附近的精细三角网格能够更准确地刻画崎岖海底的形态。

此外，在已有技术的两类网格和本发明混合网格中，从数值计算的角度上可以看出：首先，因为正方形阶梯状网格存在很多界面处的角点，并且整个界面不连续且跳变很严重，所以易引起数值计算时的边界绕射和角点散射等问题；其次，曲网格存在不完全正交性和非均匀性等问题，直接在此网格中进行数值计算必然会遇到一些额外的困难，当然可以在曲坐标系下进行相应曲网格的数值计算，但是曲坐标系下的基本物性方程均比笛卡尔坐标系下的方程复杂很多，更大的问题是这些方程（比如说Eikonal方程，此方程为非线性方程）在数值实现时，由于受网格生成质量的影响而很难保证数值稳定性。最后，与以上两种方法不同，本发明的混合网格首先能保证数值计算的绝大部分工作在规则的正方形网格中进行，这样能很好地保证算法的稳定性，并且三角网络还建立起三角网络的界面点和正方形网格节点的位置关系，这样不易产生边界绕射和角点散射等问题。

上述各实施例仅用于说明本发明，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法，包括以下步骤：

1）读入崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息；

2）根据崎岖海底的水深、计算区域的尺度、介质物性参数分布信息构建出整个模型框架；

3）采用正方形网格剖分步骤2）构建出的整个模型框架；

4）采用三角网格剖分崎岖海底附近区域；

5）根据网格节点邻近网格单元介质的物性参数分布、几何面积信息，采用面积加权平均法计算网格节点上的物性参数；

6）将网格节点上的物性参数、计算参数信息存储并输出。

2.如权利要求1所述的一种针对崎岖海底的混合网格模型建立方法，其特征在于：所述步骤5）中的所述物性参数分布包括密度和地震波速度。

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