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用于波场成像的谱法LU分解

LU DECOMPOSITION WITH SPECTRAL FACTORIZATION IN SEISMIC IMAGING

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【作者】 罗明秋刘洪李幼铭

【Author】 LUO MINGQIU 1,2 LIU HONG1 LI YOUMING1 1 Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 2 University of California, Sonta Cruz, CA 95064, USA

【机构】 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院地质与地球物理研究所 北京100029University of CaliforniaSonta CruzCA 95064USA北京100029北京100029

【摘要】 地震波场模拟和偏移成像等有限差分隐格式算法中的重要环节 ,是实现亥姆霍兹算子表示矩阵H的快速求逆运算 .在螺旋边界条件下 ,H具有Toeplitz结构的正定厄密矩阵 ,其快速求逆可由谱法LU分解实现 .本文分析了谱法LU分解对提高计算速度的原理及特点 ,并着重讨论了在不同类型的介质模型中 ,采用谱法分解矩阵H时带来的数值误差、误差的分布及其对波场计算的影响 .研究结果表明 ,对均匀介质而言 ,矩阵H各列具有相同的非零元素分布 ,谱法LU分解的误差在吸收边界条件下 ,不影响波场模拟和成像计算 ;但对于非均匀介质模型 ,矩阵H各列具有不同的非零元素分布 ,谱法LU分解的误差随介质不均匀性程度的增大而增大 ,势必影响非均匀介质中波场计算 .在波场模拟和成像等有限差分隐格式算法中 ,采用谱法LU分解完成矩阵求逆时 ,必须考虑到并尽量减少该方法的误差对波场计算的影响 .

【Abstract】 The inversion of Helmholtz matrix, a finite-difference representation of Helmholtz operator, plays a critical role in the numerical methods of seismic modeling and 3D depth migration. The Helmholtz matrix has a Toeplitz structure with a helical boundary condition. It is easy to be inversed by an efficient LU decomposition method, a spectral factorization method (SF method). In this paper we discuss the efficiency of SF method in LU decomposition, the errors of SF method in decomposing the matrix H of several different velocity models, errors distribution and their effects on seismic imaging. The result in this paper indicates that for constant velocity model all the arrays of matrix H have same nonzero values, and the errors brought by SF method will not affect the computation of wave fields if an absorb boundary condition is used; for non-constant velocity model, each array in matrix H has different nonzero values, and the error increases with variability degree of the velocity model, which are fatal to wave fields calculation. Therefore, once a SF method is used to calculate the wave field in seismic modeling and imaging, the errors given by this method should be considered to ensure a correct wave fields, which will be discussed in another paper.

【基金】 中国科学院知识创新工程重大项目 (KZCX1- Y0 1);国家自然科学基金委和大庆石油管理局联合资助项目 ( 49894190 ) .
  • 【文献出处】 地球物理学报 ,Chinese Journal of Geophysics , 编辑部邮箱 ,2003年03期
  • 【分类号】P315
  • 【被引频次】14
  • 【下载频次】176
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