CN109725351A - 一种3d弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例公开了一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置及系统。所述方法包括：获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；在所述内部区域、过渡区域、边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；在所述过渡区域和边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；在所述过渡区域，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。利用本说明书实施例可以有效避免目前3D弹性波混合吸收边界条件存在的局限性，提高吸收效果。
Description
技术领域
本说明书实施例方案属于地球物理勘探领域中数值模拟技术，尤其涉及一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置及系统。
背景技术
在使用计算机对地震波动方程进行数值模拟时，由于计算区域是有限的，会不可避免地引入人工截断边界的干扰。吸收边界通常被用来处理虚假边界反射。传统的单程波边界条件只能对一定范围内的反射波较好吸收，当入射角度较大时吸收效果较差。衰减吸收边界条件衰减系数较难确定，吸收效果较差。与前面两类吸收边界相比较，由于对不同反射角度的反射波均具有良好的吸收效果，完全匹配层(PML)吸收边界条件被广泛应用于不同类型的波动方程数值模拟中。但是，传统的分裂式的PML边界条件需要将原始波场沿着不同传播方向进行分解，然后在不同方向的吸收层中设置合适的衰减因子，吸收效果依赖于衰减因子的选择，此外，实现过程比较复杂与耗时，尤其是针对3D波动方程的数值模拟。近年来，改进版本的PML吸收边界条件通常也需要较大的计算量与存储量。
在保证计算精度的前提下，为了有效解决上述关于PML吸收边界条件的问题，Liu和Sen提出了一种有效的混合吸收边界条件来处理计算正演模拟时人工截断边界反射的问题。通过将整个波场分解为三个区域，即：利用双程波方程计算的内部区域，利用单程波计算的边界区域，单程波与双程波进行加权的过渡区域，通过这样的策略实现波场的平滑变化。混合吸收边界能够在保证吸收效果的前提下，有效地减少计算量与存储量。到目前为止，混合吸收边界在2D、3D各向同性及TI介质数值模拟，逆时偏移成像和全波形反演中得到了成功应用，相关的理论分析与模拟实验证明了其有效性。为了提高吸收效果，最近，Liu和Sen对传统的声波混合吸收边界进行了技术改进。首先将边界区域由单个节点增加到了多个节点，然后采用非线性的加权系数替代传统的线性加权系数。在时间域和频率域声波正演模拟中，改进之后混合吸收边界条件在不增加计算量的前提下获得了更好的吸收效果。
但是，针对三维弹性波正演模拟中的混合吸收边界条件，目前存在如下两个局限性：1、在过渡区域沿不同方向上的网格间距必须是相等的，限制了其灵活性应用；2、目前在单程波与双程波进行加权时，仍然采用的是传统的线性加权系数，在不增加计算量的前提下，设计合适的非线性系数可以有效提高吸收效果。
因此，业内亟需一种灵活性高、吸收效果好的3D弹性波混合吸收边界条件的解决方案。
发明内容
本说明书实施例目的在于提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置及系统，不仅可以避免目前混合吸收边界条件存在的局限性，而且可以有效提高吸收效果。
一方面本申请提供了一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，包括：
获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述3D计算区域包括长方体或者正方体。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述边界区域包括一层混合吸收边界，所述过渡区域包括预设层混合吸收边界，其中，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱、边界角点，所述边界棱是通过两个边界面相交获得，所述边界角点是通过三个边界面相交获得。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述在所述过渡区域和所述边界区域内，求解单程波方程，获得单程波波场，包括：
获取3D Higdon单程波方程：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量；
获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；
利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，根据所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，按照下面公式计算所述非线性的加权系数wi：
其中，wi表示加权系数，i表示第i层吸收边界，N表示吸收边界的层数。
另一方面，本说明书实施例还提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，所述装置包括：
计算区域获取模块，用于获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
双程波波场获得模块，用于在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
单程波波场获得模块，用于在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
混合吸收边界条件确定模块，用于在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
本说明书提供的所述装置的另一个实施例中，所述单程波波场获得模块，包括：
单程波方程获得单元，用于获取3D Higdon单程波方程：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量；
混合吸收边界获取单元，用于获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；
混合吸收边界条件确定单元，用于利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，根据所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。
本说明书提供的所述装置的另一个实施例中，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界面吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书提供的所述装置的另一个实施例中，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界棱吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书提供的所述装置的另一个实施例中，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界角点吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
另一方面，本说明书实施例提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定设备，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数
另一方面，本说明书实施例提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个实施例所述方法的步骤。
本说明书实施例提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置及系统，在传统3D弹性波混合吸收边界条件实现方法的基础上，通过设计合理的网格步长和合理的非线性加权系数，不仅避免了目前3D弹性波混合吸收边界条件实现时存在的局限性，而且也可以有效提高吸收效果。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法实施例的流程示意图；
图2是本说明书实施例中提供的一个3D计算区域的示意图；
图3是本说明书实施例中提供的将3D计算区域划分为三部分的示意图；
图4(a)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的0.5s时的波场快照示意图；
图4(b)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的0.5s时的波场快照示意图；
图4(c)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的0.5s时的波场快照示意图；
图4(d)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的1.0s时的波场快照示意图；
图4(e)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的1.0s时的波场快照示意图；
图4(f)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的1.0s时的波场快照示意图；
图4(g)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的1.5s时的波场快照示意图；
图4(h)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的1.5s时的波场快照示意图；
图4(i)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的1.5s时的波场快照示意图；
图4(j)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的2.0s时的波场快照示意图；
图4(k)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的2.0s时的波场快照示意图；
图4(l)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的2.0s时的波场快照示意图；
图5是本说明书提供的具体实施例中纵波速度模型示意图；
图6(a)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图；
图6(b)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图；
图6(c)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图；
图7(a)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图；
图7(b)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图；
图7(c)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图；
图8(a)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图；
图8(b)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图；
图8(c)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图；
图9是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置实施例的模块结构示意图；
图10是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统实施例的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例保护的范围。
目前三维弹性波正演模拟中的混合吸收边界条件，存在如下两个局限性：1、在过渡区域沿不同方向上的网格间距必须是相等的，限制了其灵活性应用；2、目前在单程波与双程波进行加权时，仍然采用的是传统的线性加权系数，吸收效果不高。本说明书实施例提供了一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，不仅可以用于任意空间维度、任意网格步长的3D弹性波混合吸收边界条件，而且，可以通过在边界区域设计合理的非线性加权系数，在不增加计算量的前提下，有效提高吸收效果。
下面以一个具体的应用场景为例对本说明书实施方案进行说明。具体的，图1是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法实施例的流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。
当然，下述实施例的描述并不对基于本说明书的其他可扩展到的技术方案构成限制。
具体的，一种实施例如图1所示，本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法的一个实施例中，所述方法可以包括：
S1：获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等。
本说明书一个或多个实施例中，所述3D计算区域包括长方体或者正方体。其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等。具体的，如果3D计算区域是长方体，则该长方体由许多相同大小的网格组成，所述网格的长、宽、高不相等，也就是网格沿不同方向上的步长不相等。
传统的3D计算区域是正方体，为更具普遍意义，本说明书一个或多个实施例中，展示的3D计算区域为长方体，如图2所示，图2是本说明书实施例中提供的一个3D计算区域的示意图，其中网格部分没有画出。具体的，在计算与x轴法线垂直的平面ΩBCGF和ΩADHE时，采用的网格步长为hx；在计算与y轴法线垂直的平面ΩABFE和ΩDCGF时，采用的网格步长为hy；在计算与z轴法线垂直的平面ΩABCD和ΩEFGH时，采用的网格步长为hz。在计算两个3D情况下相交的两个棱LAB，LCD，LEF和LGH时，采用的网格步长为(hy+hz)/2；在计算LDA，LBC，LFG，LHE时，采用的网格步长为(hx+hz)/2；计算LAE，LBF，LCG，LDH时，采用的网格步长为(hx+hy)/2。在计算3D情况下三个平面相交的8个顶点PA，PB，PC，PD，PE，PF，PG，PH时，采用的网格步长为(hx+hy+hz)/3。
在一些实施例中，所述边界区域包括一层混合吸收边界，所述过渡区域包括预设层混合吸收边界，其中，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱、边界角点，所述边界棱是通过两个边界面相交获得，所述边界角点是通过三个边界面相交获得。具体的，将图2所示的3D计算区域划分为三部分：内部(区域I)，过渡(区域II：B2,B3,…,BN)和边界(区域III：B1)，如图3所示，图3是本说明书实施例中提供的将3D计算区域划分为三部分的示意图。其中，区域II、III相当于在长方体中去除内部区域，把剩余部分分成N层，把最外面的一层作为区域III，把剩余N-1层作为区域II。相应的，区域III包括一层混合吸收边界，区域II包括N-1层混合吸收边界，每一层混合吸收边界都包含6个边界面、12条边界棱以及8个边界角点。
S2：在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场。
本说明书一个或多个实施例中，在将3D计算区域划分为三部分：内部(区域I)，过渡(区域II：B2,B3,…,BN)和边界(区域III：B1)后，在区域I，II和III内，通过求解双程波方程(例如速度应力表示的一阶弹性波波动方程)，获得3D情况下的双程波波场Utwo。
S3：在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场。
本说明书一个或多个实施例中，在区域II和III内，通过求解单程波方程，获得单程波波场Uone，包括：获取三维Higdon单程波方程；获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；利用离散格式求解单程波方程，获得所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。具体的，由于单程波方程的种类直接决定着混合吸收边界条件的吸收效果。考虑到计算量和实现复杂度，本说明书实施例中采用混合一阶Higdon吸收边界条件的实现方法，并采用Higdon提出的离散格式求解边界处的单程波波动方程。
相应的，3D Higdon单程波方程为：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量。
本说明书一个或多个实施例中，由于在3D计算区域的上、下、左、右、前、后六个方向上边界面的混合一阶Higdon吸收边界条件的实现方法相同，所以本说明书实施例中，以图3中y轴正方向为法线的边界面ΩDCGH作为为例子，说明边界面上vx的混合一阶Higdon吸收边界条件，其他边界面上的实现方法相同，在此不作一一赘述。具体的，在ΩDCGH上，Q1可表达为：
其中，β＝(1+vp/vs)/2，(vp,vs)分别表示纵波和横波的速度。
可以按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
上式中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示0.3～0.5之间的一个常数。
相应的，以图3中y轴正方向为法线的边界面ΩDCGH与以z轴负方向为法线的边界面ΩABCD相交的边界棱LDC作为为例子，说明边界棱上vx的混合一阶Higdon吸收边界条件。具体的，可以按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
上式中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示0.3～0.5之间的一个常数。
相应的，以图3中y轴正方向为法线的边界面ΩDCGH、以z轴负方向为法线的边界面ΩABCD以及以x轴正方向为法线的边界面ΩADHE三者相交的顶点PD作为为例子，说明边界角点上vx的混合一阶Higdon吸收边界条件。具体的，可以按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
上式中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示0.3～0.5之间的一个常数。
需要说明的是，其他吸收边界的边界面、边界棱、边界角点的混合一阶Higdon吸收边界条件的实现方法可以通过相似的方法获得，本说明书在此不作一一赘述。
本说明书实施例中，通过将一层混合吸收边界上边界面、边界棱、边界角点的混合一阶Higdon吸收边界条件相加，获得该层混合吸收边界的单程波波场。按照相同方法获得所有混合吸收边界层的单程波波场，然后将所有层的单程波波场相加，获得区域II和III内的单程波波场Uone。
需要说明的是，在一些实施方式中，上述步骤S2和S3的执行顺序可以不分先后，即可以先在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；然后在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场。具体实施方式可以参照前述处理相关实施例的描述，在此不做赘述。
S4：在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件也就是通过双程波波场和单程波波场加权平均获得的波场。然而，在单程波与双程波加权的区域，通常采用的是线性加权系数，如wi＝(i-1)/N，i＝1,2,…,N，其吸收边界效果不好。
本说明书一个或多个实施例中，在区域II和III内，加权平均双程波波场与单程波波场，得到：其中，Ui是最终的波场，也就是混合吸收边界条件，wi表示加权系数，N表示的是吸收边界的层数。具体的，为了有效提高吸收效果，在对比分析了几组非线性系数之后，本说明书实施例中按照下面公式计算所述非线性的加权系数wi：
其中，wi表示加权系数，i表示第i层吸收边界，N表示吸收边界的层数。
本说明书实施例提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，在传统3D弹性波混合吸收边界条件实现方法的基础上，通过设计合理的网格步长和合理的非线性加权系数，不仅避免了目前3D弹性波混合吸收边界条件实现时存在的局限性，而且也可以有效提高吸收效果。
基于上述实施例描述，本说明书还提供简单和复杂模型的测试来验证本申请方法的有效性和实用性。具体的，首先设计一个3D均匀弹性波模型来测试改进弹性波混合吸收边界条件的效果。模型大小为2400m×3080m×2400m，长方体交错网格的空间步长分别为hx＝10m，hy＝14m，hz＝12m，时间采样间隔为τ＝1ms，在模型中心激发主频为20Hz的雷克子波，震源施加在速度的x方向上，均匀介质模型的纵波、横波速度分别为3800m/s和1900m/s，密度为2000kg/m3。采用交错网格有限差分方法进行离散，空间离散精度为16阶，时间离散精度为2阶。如图4(a)-图4(l)所示，分别展示了本说明书提供的具体实施例中无吸收边界、采用传统混合吸收边界条件和采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的不同时刻的波场快照对比示意图，其中，图4(a)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的0.5s时的波场快照示意图，图4(b)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的0.5s时的波场快照示意图，图4(c)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的0.5s时的波场快照示意图；图4(d)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的1.0s时的波场快照示意图，图4(e)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的1.0s时的波场快照示意图，图4(f)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的1.0s时的波场快照示意图；图4(g)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的1.5s时的波场快照示意图，图4(h)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的1.5s时的波场快照示意图，图4(i)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的1.5s时的波场快照示意图；图4(j)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界模拟得到的2.0s时的波场快照示意图，图4(k)是本说明书提供的具体实施例中采用传统混合吸收边界条件模拟得到的2.0s时的波场快照示意图，图4(l)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请的混合吸收边界条件模拟得到的2.0s时的波场快照示意图。需要说明的是，所有的模拟结果均在相同的振幅尺度下显示，图中坐标表示距离。通过对比相同时刻的波场快照可见：(1)相比较于无吸收边界的模拟结果，采用传统的混合吸收边界条件和改进的混合吸收边界条件均可以压制纵波和横波的人工边界反射；(2)在相同条件下，改进后的混合吸收边界条件对边界反射的压制效果要优于传统的混合吸收边界条件。
为了进一步验证本申请提出方法的有效性，针对3D SEG/EAGE盐丘模型的部分数据进行数值测试。如图5所示，图5是本说明书提供的具体实施例中纵波速度模型示意图。根据经验公式计算得到该模型的横波速度和密度值。其中，模型大小为3380m×4732m×2520m，长方体交错网格的空间步长分别为hx＝10m，hy＝14m，hz＝12m，时间采样间隔为τ＝1ms，记录的时长为4s。在模型中心激发主频为12Hz的雷克子波，震源施加在速度的x方向上，震源的坐标为(1690m，2366m，60m)。测线为x＝0m～3380m、y＝2366m、z＝12m。采用交错网格有限差分方法进行离散，空间离散精度为20阶，时间离散精度为2阶。如图6(a)-图6(c)、图7(a)-图7(c)、图8(a)-图8(c)所示，分别展示了无吸收边界、传统的弹性波混合吸收边界条件以及本申请的弹性波混合吸收边界条件所计算的三分量地震记录。其中，图6(a)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图，图6(b)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图，图6(c)是本说明书提供的具体实施例中无吸收边界时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图；图7(a)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图，图7(b)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图，图7(c)是本说明书提供的具体实施例中采用传统的弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图，其中，吸收层数为10层；图8(a)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中x速度分量示意图，图8(b)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中y速度分量示意图，图8(c)是本说明书提供的具体实施例中采用本申请弹性波混合吸收边界条件时获得的三分量地震记录中z速度分量示意图，其中，吸收层数为10层。
从图6(a)-图6(c)展示的三幅地震记录可以观察到，当正演模拟时不设置吸收边界时，波场易受人工截断边界反射的干扰。从图7(a)-图7(c)和图8(a)-图8(c)中可以看出两种边界条件均较好的压制了边界反射，但是在相同的吸收层数时，本申请的混合吸收边界条件显著优于传统的混合吸收边界条件，如图中箭头标记方向，其表示一部分微弱的反射波。
基于上述所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统(包括分布式系统)、软件(应用)、模块、组件、服务器、客户端等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
具体地，图9是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置实施例的模块结构示意图，如图9所示，本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置包括：计算域获取模块121，双程波波场获得模块122，单程波波场获得模块123，混合吸收边界条件确定模块124，其中，
计算域获取模块121，可以用于获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
双程波波场获得模块122，可以用于在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
单程波波场获得模块123，可以用于在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
混合吸收边界条件确定模块124，可以用于在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
其中，所述单程波波场获得模块123可以包括单程波方程获得单元、混合吸收边界获取单元和混合吸收边界条件确定单元，其中，
单程波方程获得单元，可以用于获取3D Higdon单程波方程：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量；
混合吸收边界获取单元，可以用于获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；
混合吸收边界条件确定单元，可以用于利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，根据所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。
其中，所述混合吸收边界条件确定单元可以包括边界面吸收边界条件获得单元、边界棱吸收边界条件获得单元以及边界角点吸收边界条件获得单元，其中，
边界面吸收边界条件获得单元，可以用于按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数；
边界棱吸收边界条件获得单元，可以用于按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
边界角点吸收边界条件获得单元，可以用于按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
本说明书实施例提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，在传统3D弹性波混合吸收边界条件实现方法的基础上，通过设计合理的网格步长和合理的非线性加权系数，不仅避免了目前3D弹性波混合吸收边界条件实现时存在的局限性，而且也可以有效提高吸收效果。
需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，所述的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例所描述方案的效果。因此，本说明书还提供一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定设备，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
需要说明的，上述所述的设备根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
本说明书实施例提供的上述一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法、装置、设备可以在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，如使用windows操作系统的c++语言在PC端实现、linux系统实现，或其他例如使用android、iOS系统程序设计语言在智能终端实现，以及基于量子计算机的处理逻辑实现等。本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统的一个实施例中，图10是本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统实施例的模块结构示意图，如图10所示，本说明书提供的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统可以包括处理器131以及用于存储处理器可执行指令的存储器132，处理器131和存储器132通过总线133完成相互间的通信；
所述处理器131用于调用所述存储器132中的程序指令，以执行上述混合吸收边界条件的实现方法实施例所提供的方法，例如包括：获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
需要说明的是，说明书上述所述的装置根据相关方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照方法实施例的描述，在此不作一一赘述。本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书实施例并不局限于必须是符合行业通信标准、标准计算机数据处理和数据存储规则或本说明书一个或多个实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书实施例的可选实施方案范围之内。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储、石墨烯存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。
Claims (15)
1.一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，包括：
获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
2.如权利要求1所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述3D计算区域包括长方体或者正方体。
3.如权利要求1所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述边界区域包括一层混合吸收边界，所述过渡区域包括预设层混合吸收边界，其中，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱、边界角点，所述边界棱是通过两个边界面相交获得，所述边界角点是通过三个边界面相交获得。
4.如权利要求1所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述在所述过渡区域和所述边界区域内，求解单程波方程，获得单程波波场，包括：
获取3D Higdon单程波方程：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量；
获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；
利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，根据所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。
5.如权利要求4所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
6.如权利要求4所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
7.如权利要求4所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，所述利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件，包括：
按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
8.如权利要求1所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定方法，其特征在于，按照下面公式计算所述非线性的加权系数wi：
其中，wi表示加权系数，i表示第i层吸收边界，N表示吸收边界的层数。
9.一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，所述装置包括：
计算区域获取模块，用于获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
双程波波场获得模块，用于在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
单程波波场获得模块，用于在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
混合吸收边界条件确定模块，用于在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
10.如权利要求9所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，其特征在于，所述单程波波场获得模块，包括：
单程波方程获得单元，用于获取3D Higdon单程波方程：
其中，Q1与边界有关，u＝[vx,vy,vz,τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz]T，vx,vy,vz表示弹性波的速度分量，τxx,τyy,τzz,τxy,τxz,τyz表示弹性波的应力分量；
混合吸收边界获取单元，用于获取混合吸收边界，所述混合吸收边界包括边界面、边界棱以及边界角点；
混合吸收边界条件确定单元，用于利用离散格式求解单程波方程，获得所述单程波波场，根据所述单程波波场，确定所述混合吸收边界上的混合一阶Higdon吸收边界条件。
11.如权利要求10所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，其特征在于，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界面吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界面上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中， 表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i,j,l)的波场，表示与y轴法线垂直的边界面上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界面，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
12.如权利要求10所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，其特征在于，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界棱吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界棱上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界棱的离散格式由两个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面与以z轴负方向为法线的边界面相交的边界棱上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界棱，分别有和hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
13.如权利要求10所述的一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定装置，其特征在于，所述混合吸收边界条件确定单元，包括：
边界角点吸收边界条件获得单元，用于按照下面的离散格式求解，获得边界角点上的混合一阶Higdon吸收边界条件：
其中，所述边界角点的离散格式由三个边界面的离散格式加权平均获得， 表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i,j,l)的波场，表示以y轴正方向为法线的边界面、以z轴负方向为法线的边界面以及以x轴正方向为法线的边界面三者相交的顶点上网格点(i+1,j,l)的波场，针对沿着x，y和z方向上边界角点，有hx表示与x轴法线垂直的平面采用的网格步长，hy表示与y轴法线垂直的平面采用的网格步长，hz表示与z轴法线垂直的平面采用的网格步长，τ表示时间采样间隔，b表示一个常数。
14.一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定设备，其特征在于，包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括以下步骤：
获取3D计算区域，将所述计算区域划分为内部区域、过渡区域、边界区域，其中，所述3D计算区域由预设个网格组成，所述网格沿不同方向上的步长不相等；
在所述内部区域、所述过渡区域、所述边界区域内，通过求解双程波方程，获得双程波波场；
在所述过渡区域和所述边界区域内，通过求解单程波方程，获得单程波波场；
在所述过渡区域内，将所述双程波波场和所述单程波波场进行加权平均，获得最终波场，根据所述最终波场，确定3D弹性波数值模拟中的混合吸收边界条件，所述加权采用非线性的加权系数。
15.一种3D弹性波混合吸收边界条件的确定系统，其特征在于，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1-8中任意一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
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