2014—2015学年第1学期 《计算机信息检索》试卷
专业班级 勘查11级(卓越班) 姓 名 王嘉骏 学 号 ******** 开课系室 地球物理系 考试日期 2014年11月20日 题 号 总分 得 分 阅卷人
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《计算机信息检索》报告要求
一、报告内容
选择石油地球物理勘探中重要的方法、技术为主题开展计算机信息检索，并针对检索结果开展全面深入的分析，同时在文献分析的基础上基于文献管理专业软件撰写出一篇格式规范的科技论文。要求采用《地球物理学报》的最新投稿格式撰写论文，要求正文内容不少于10页、能正确的参照指定格式完成论文撰写、参考文献格式正确、文献种类多样化，参考文献著录规则参照《文后参考文献著录规则》(GB-T_7714-2005)。 二、检索主题
建议选择选择如下主题开展计算机信息检索与分析，也可选择与石油地球物理专业相关的其它主题。
地震资料采集、地震资料处理、地震资料解释、动校正、静校正、速度分析、组合、叠加、深度偏移、时间偏移、逆时偏移RTM、AVO、弹性阻抗反演、波阻抗反演、全波形反演FWI、地震反演、地震属性、井间地震、VSP、逆VSP、随钻地震、各向异性、粘弹性介质、双相介质、地震子波、时深转换、多波多分量、转换波、多次波、面波、去噪、衰减、正演模拟、广角反射、地震照明、反褶积、观测系统、分辨率、震源、电法、磁法、微地震、微测井、低速带、层析成像
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三、检索要求
1、 检索数据库范围：中文CNKI、英文SCI、EI或SEG数据库； 2、 通过CNKI检索查询后列出该主题在国内的主要研究单位和研究人员分布情况，并用图表形式展示近20年内该领域的文章发表数量，结合图表分析其发展趋势；
3、 通过SCI、EI或SEG数据库检索查询后列出国际英文期刊上发表的该主题文章的主要研究单位和作者，并用图表形式展示近20年该领域文章发表的数量，并分析其趋势；
4、 分别阅读中、英文数据库中引用次数最多的两篇文献、最新的两篇文献，并尽量分别阅读一篇该领域内的中文和英文文献综述，根据阅读情况总结该方向的研究现状，对研究现状的分析需要加上相应的参考文献；
5、 根据计算机信息检索结果深入分析该研究方向今后的发展趋势，并结合自己的兴趣特点来分析如果让你从事相关研究工作的话应该选择什么样的研究课题，根据分析结果提出你本科毕业设计希望从事的具体研究方向，并根据该方向拟定出一个初步的研究方案；
6、根据上述任务完成一个报告，报告内容至少包括但不限于报告内容格式中规定的范围（见附页）；
7、 报告格式参照《地球物理学报》论文投稿格式执行，篇幅10页以上。
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地震波场正演模拟有限差分算子研究
王嘉骏
（中国石油大学（华东） 地球科学与技术学院 山东青岛 266000）
摘要：地震波场数值模拟是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,在地震勘探中具有重要作用。有限差分法是地震正演模拟中应用较广的一种方法，它具有计算速度快, 占用内存小的优势，能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率、相位变化，真实地反映出波的动力学特征，是进行波场研究的有效手段。本课题研究各种高精度有限差分算子，差分算子能够有效的减小数值频散。对建立的模型进行网格化，用差分算子按时间步长迭代计算波场，获得地震波场快照。
关键词：数值（正演）模拟；有限差分；数值频散 中图分类号：P6
Research on finite difference operator for seismic wavefield Wangjiajun
（China University of Petroleum(East China) School Of Geosciences Qingdao Shandong 266000)
Abstract：Seismic wave field numerical simulation is an effective method to study complex area seismic data acquisition, processing and interpretation, which plays an important role in seismic exploration. The finite difference
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method is the seismic modeling method is widely used in the simulation, it has fast calculation speed, small memory advantage, can accurately reveal the amplitude, frequency, phase change of wave propagation in a medium, reflect the dynamics characteristic of waves, is an effective means for the study of wave field. This project aims to construct a new high precision finite difference operator, the operator can effectively reduce the numerical dispersion.
Keywords: numerical simulation; finite-difference; numerical dispersion
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1、前言………………………………………………….…5
2、国内外文献调
研…………….…………..........................6 2.1.1国内文献调研分析…………………………………6 2.1.2 国内主要研究人员………………………………...7 2.1.3 近年来发表文章数量统计与分析………………....8
2.2 国外文献调研………………………………………...9
3、发展趋势分
析……………………………........................10
4、结论（拟开展的研究工作）……………………….…....12
5、致谢…………………………………………….…….…...12
6、参考文献……………………………………………….....13
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前言：
地震勘探是利用地下介质和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法，是钻探前勘测石油、天然气资源、固体资源地址找矿的重要手段。其原理是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩性分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。其目的是根据地面或井中各观测点所观测的地震记录来刻画地下介质结构模型，并描述其状态或岩性。这是一个反演的过程，然而，反演过程通常都是建立在地震正演模拟的基础上的，因此，对地震波波场的正演模拟及其传播特点的研究是地球物理学研究中的一个不可或缺的组成部分，是地震勘探学研究的重要对象。对认识地震波传播规律、进行地震属性研究、地震资料解释、储层评价等，均具有重要的理论和实际意义。
地震波正演模拟是地震数据采集、处理、解释三大环节的分析基础,可为地震数据采集、处理、解释提供理论依据以及科学的评估方法。通过地震正演模拟,可以检验采集设计的合理性,处理和解释
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成果的可靠性以及反演方法和结果的正确性。正演模拟的主要研究方法分为射线追踪法和波动方程法。射线追踪法主要理论基础是几何光学,在高频近似条件下,地震波的主能量沿射线轨迹传播,主要优点是计算速度快,所得地震波的传播时间比较准确。波动理论正演方法是对建立的模型进行网格化，用差分方法或有限元方法等，根据波动方程近似，按时间步长迭代计算波场，获得正演波场模拟结果。它的特点是能够准确揭示波在介质中传播的振幅、频率、相位变化，真实地反映出波的动力学特征，是进行波场研究的有效手段。采用波动方程理论模拟地震波的传播,不仅能保持地震波的运动学特征,还能保持动力学特征。有限差分法是基于差分原理的一种数值计算法，是一种求解波动方程的快速有效方法,可以很好地适应剧烈变化的地下介质情况,而且地质模型的复杂程度并不影响运算速度。
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2.1国内外文献调研
2.1.1：国内主要研究单位分布
首先，主要利用“中国知网（CNKI）”进行相关的查询，用关键词“有限差分”跟“正演模拟”分别进行检索，然后得到各种机构发布相关文献的数量进行对比，以了解国内对这个领域的研究分布情况。
表一，利用关键词“有限差分”进行检索
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表二，利用关键词“正演模拟”进行检索 为了更加直观的进行对比，我以表二为例，将发表文献的数量超过100篇的机构整理出来，然后以饼形图的形式呈现出来，如图一。
图一，各个机构分布饼形图
从上图可以看出，对于正演模拟有限差分算子的研究，我们学校作出了很多大的努力，发表的文献数量最多。其次是吉林大学、成都理工大学、中国地质大学等理工类学校。非学校机构只有中国科学院地质与地球物理研究所，主要研究机构为各个学校机构。 2.1.2 国内主要研究人员
利用相同的方法，对关键词“有限差分”进行检索，然后查看各个研究人员发表文献的数量情况。结果如下：
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表三，利用“有限差分”进行检索得到的人员分布情况 为了更加直观的对比各个研究人员发布数量的多少，我选取图五中发表数量超过50篇的人员整理成柱形图，如图六。
图二，我国主要研究人员柱形图
从图中可以看出，我们中国石油大学（华东）的李振春教授是国内发表相关文献最多的。在人员分布上我们学校仍然站优势，说明了我们学校在这个领域的研究成果在国内领先的地位。 2.1.3：近年来发表文章数量统计与分析
利用关键词“有限差分”，在中国知网上进行检索，得到各个年份发表相关文献的数量情况，为了更直观的表现出相关文献发表数量随时间的变化规律，我将近十年的文献数量整理成折线图，如下：
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图三，文献数量随年份变化规律
从图中可以看出，近十年来，发表的文献数量显著增加，到13年达到最大值（1024篇），说明从2005年开始，关于有限差分算子的研究呈现不断上升的趋势。到13年达到顶峰。2014年有所减少，但真实数量仍然可观（807篇）。 2.2国外文献调研
2.2.1国外主要研究人员
在seg检索平台中输入关键词“finite-difference”或者“numerical simulation”可以得到相干文献研究人员发表数量的情况，
表三，关键词“finite-difference”（左）“numerical simulation”
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（右）得到的研究人员发表文献数量情况
从图中可以看出，在国外，主要研究人员发表的文献数量跟国内差别不是很大，其中，Birkelo.B对这方面的研究最多，无论是用哪个关键词，他发表的文献数量都是稳稳领先的。 2.2.2近年来国外发表文章数量统计与分析
利用seg检索平台跟中国知网里面的外文检索平台进行有关的“finite-difference”的检索，得到各个年份发表的文献数量，如下图：
表四、利用seg检索结果
由于从seg上检索得到的数据不是太多，为了增加说服力，我有利用中国知网的外文检索平台进行外文的检索，然后将发表数量超过400的年份进行整理，做出折线图如图所示：
图13、各年份文献数量表
从图中可以看出，在国外，对有限差分算字的研究一直比较平
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衡，在08年最高（为1079篇）其他年份基本稳定。 3．发展趋势分析 3.1发展历史以及现状
在地震学中应用以波动理论为基础的有限差分法来进行波场数值模拟研究，国内外学者进行了大量的研究。早在20世纪60年代末，Alterman等人（1968年）运用有限差分对的显式差分形式，解决了层状介质模型下得到二阶有限差分弹性波动方程差分离散化的数值解。Alterman等人世纪模拟计算的是弹性波在均匀介质中的数值模拟，因为在内界面为了使得波能同伙介质的弹性界面，只是在内界面处使用了应力—位移的连续条件，但是在对结构比较复杂的分界面和不规则的岩性分界面的数值模拟计算是，必须应用非均匀介质模型，在内界面处适应满足连续应力—位移有限差分法在地震勘探学中树立里不可动摇的地位，Claerbout的有限差分法是差分数值数值模拟的计算效率得到提高，而且可以用来实现基于波动方程的偏移出力，对波动方程偏移的理论的建立和发展提供了重要的技术支持。随着差分方法的逐步发展，在70年代中后期左右，有限差分法在勘探地震学中的地位越来越高，逐步成为了最重要的数值模拟方法，应用范围更广。Boore（1972）将有限差分法用于非均匀介质地震波陈波的模拟。Alfort等（1974）研究了声波方程有限差分模拟的精确性。Kelly（1976）等研究了用有限差分法制作人工合成地震记录的方法。Virieux（1986）提出了应用速度—应力一阶方程交错网格有限差分法模拟P—SV波在非均匀介质中的传播。交错网
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格方法提高了地震模拟的精度和准确性，并消除了部分假象。Deblain（1986）提出了运用高阶有限差分算子进行标量模模拟的方法。Tal-Ezer等（1990）进行了线性粘弹性介质中地震波传播的方法研究。Dai等（1995）给出了非均匀孔隙介质中速度—应力方程有限差分地震模拟方法，Carcione和Quiroga-Goode（1996）研究了孔隙弹性介质中Biot纵波的数值模拟问题。Carcione和Helle（1999）提出了孔隙粘弹性介质中地震波传播的交错网格有限差分模拟方法。在发展基于可变网络和不规则网络的地震数值模拟方法方面，Jastram和Tessmer（1994）提出了垂直间距可变网络的弹性波模拟方法。Falk等（1996）应用可变网格有限差分模拟井筒波的传播。Oprsal和Zahradnik（1999）提出了非均匀介质中弹性波的巨型非规则交错网格有限差分模拟方法。Pitarka（1999）给出了三维各向同性介质中弹性波的矩形非规则交错网格有限差分模拟方法。Nordstrom和Carpenter（2001）提出了曲线坐标下变形网格高阶有限差分法地震数值模拟方法。在有限差分波动方程正演过程中，一般可以从以下部分进行考虑：差分的形式、震源函数的选择、数值计算的稳定性和产生的频散现象。 3.2发展趋势
地震资料处理与解释研究中的重要环节之一是如何使用精确稳定的计算方法模拟研究地震波在地下各种介质中的传播规律，从而检验各种反演方法的正确性。然而在运用有限差分进行波场模拟时由于高频振荡的产生、频散现象和误差的累积，差分数值计算的精
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确性和稳定性都将受到干扰。因此研究地震波场的正演模拟，提高有限差分算法的精确度和稳定度，无论是在地震勘探资料的处理和解释还是地震开发领域均有重大意义。所以，尽量减少运算提高精确度，降低数值频散，构建高精度有限差分算子。未来还是对有限差分算字的精度需要做继续的努力，构建高精度的有限差分算字仍然具有重要的作用。 4. 结论
地震波场数值模拟在地震勘探中具有重要作用。有限差分法是地震正演模拟中应用较广的一种方法，它具有计算速度快, 占用内存小的优势。有i安插分算子能够有效的减小数值频散。通过这次调研，我知道了（1）有限差分算子能压制数值频散，提高精度（2）算子阶数越高，精度越高（3）利用差分算子能模拟地震波在地下介质的传播规律。 5．致谢
最后，感谢曹丹平老师的耐心讲解，通过“计算机信息检索”这门课程的学习，我收获了很多，知道了如何快速高效的检索出自己所需要的各种信息，给我以后的学习工作带来了很大的便利。曹老师上课时间给我们演示了各种国内外检索平台的使用方法以及不同检索平台的各种优势特点，使我们熟练的掌握了各种检索平台的正确使用方法。再一次感谢老师！
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6、参考文献
[1] Chunlei Chu1 and Paul L. Stoffa2 ,Determination of finite-difference
weights
using
scaled
binomial
windowsGEOPHYSICS,,VOL. 77, NO. 3 MAY-JUNE 2012 , P. W17–W26
[2]Jin-HaiZhang
Zhen-Xing
Yao,1GEOPHYSICS,Optimized
finite-difference operator for broadband seismic wave modeling GEOPHYSICS, VOL. 78, NO. 1,JANUARY-FEBRUARY 2013,P. A13–A18
[3] 李佩,佘德平,波场数值模拟技术及应用,美国勘探地球物理学家学会（SEG）第78届年会,2008,P.325-338
[4]刘洋、李承楚、牟永光，任意偶数阶精度有限差分法数值模拟，
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中国石油大学（北京）1998,第33卷第1期，P.1-10
[5]潘威, 成景旺, 闫立爽,二维弹性波方程频率空间域有限差分正演研究,工程地球物理学报，2013，第10卷第6期，P.859-862 [6]辛会翠,瞬变电磁法2.5维有限差分正演模拟研究，中南大学， 2013,P.325-631
[7]何燕，正交各向异性弹性波高阶有限差分正演模拟研究，2008，中国石油大学，P.4-631
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