APPLIED GEOPHYSICS
 
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应用地球物理  2018, Vol. 15 Issue (3-4(2)): 582-590    DOI: 10.1007/s11770-018-0717-2
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基于煤层的改进的旋转交错网格有限差分数值模拟
李勤, 马随波, 赵斌, 章薇
1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054;
2.陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室;
3.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安 710054
An improved rotated staggered grid finite difference scheme in coal seam*
Li Qin, Ma Sui-Bo, Zhao Bin, and Zhang Wei
1. School of Geological and Environmental Sciences, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China.
2. Shaanxi Provincial Key Laboratory of Geological Support for Coal Green Exploitation, Xi’an 710054, China.
3. School of Geological Engineering and Surveying, Chang’ an University, Xi’an 710054, China
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摘要 煤层相对于地震子波来说较薄,通常表现强各向异性,煤矿开采中通常会形成采空区、塌陷等特殊地质体,这些问题的存在可能导致煤层采空区数值模拟不稳定,增加地震波数值模拟的难度;煤层数值模拟的计算量大、计算速度慢也是制约数值模拟技术发展的重要因素。为提高煤层采空区地震数值模拟的精度和效率,本文将改进的真空法引入旋转交错网格有限差分中,并将并行计算与任务并行相结合进行计算;确保数值模拟方法可以应用于不同层间弹性参数差异较大的地质模型,并充分利用处理器资源加快计算速度,提高并行应用的性能。论文建立各向异性煤层模型,通过数值模拟,分析采空区有无塌陷模拟的合成地震记录与波场快照的区别,结果表明使用本文提出的方法能准确对采空区进行数值模拟,并达到较高的加速比和并行效率。这一研究成果将进一步推进煤田各向异性地震勘探技术,为煤田地震参数反演提供数据,为煤矿灾害预测打下基础。
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关键词煤层   各向异性   有限差分   采空区   数值模拟     
Abstract: Coal seam is thin compared to the wavelength of seismic wave and usually shows strong anisotropy. It may form special geological bodies such as goaf and collapse in coal mining. The existence of these phenomena may lead to instability in numerical simulation of goaf area in coal seam. And the calculation speed of simulation is always a factor that restricting the development of simulation technique. To improve the accuracy and efficiency of seismic numerical simulation of goaf area, an improved vacuum method has been imported in a rotated staggered grid scheme and the calculation is implemented by combining parallel computing and task parallelism. It makes sure that the numerical simulation method can be utilized in a geological model with large differences in elastic parameters among layers and improve the performance of a parallel application by enabling full use of processor resources to expedite calculation speed. We set up anisotropic coal seam models, and then analyze the characteristics of synthetic seismograms and snapshots of different goaf areas with or without collapse by modeling. Results show that the proposed method can accurately simulate the goaf area and the calculation method can run with high speedup ration and parallel effi ciency. The research will further advance the technology of anisotropic seismic exploration in coal fi elds, provide data for seismic inversion and give a theoretical support for coal mine disaster prediction.
Key wordscoal seam   anisotropy   finite difference   goaf area   simulation   
收稿日期: 2017-10-23; 出版日期: 2020-04-03
基金资助:

本研究由国家自然科学基金项目(编号:41674135,41304105)、陕西省自然基金(编号:2016JM4010)资助。

通讯作者: 李勤(Email: eriliqin@126.com)      E-mail: eriliqin@126.com
作者简介: 李勤,博士,副教授。2011年毕业于长安大学地球探测与信息技术专业,现就职于西安科技大学地质与环境学院,主要从事地震波各向异性方面的研究。 电话:13389256190. Email: eriliqin@126.com。
引用本文:   
. 基于煤层的改进的旋转交错网格有限差分数值模拟[J]. 应用地球物理, 2018, 15(3-4(2)): 582-590.
. An improved rotated staggered grid finite difference scheme in coal seam*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2018, 15(3-4(2)): 582-590.
 
没有本文参考文献
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