一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，該方法首先獲取海水和地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀測系統(tǒng)和震源參數(shù)；接著從質(zhì)量守恒方程、歐拉方程和絕熱狀態(tài)方程出發(fā)，利用漸進(jìn)方法和基于海水實(shí)際情況的適當(dāng)假設(shè)，推導(dǎo)適用于非均勻運(yùn)動水體的一階應(yīng)力-速度方程；然后，給出合理的邊界條件；最后采用高精度有限差分將控制方程和邊界條件離散化，模擬地震波在海水和海底彈性介質(zhì)中的傳播過程。本方法綜合考慮了海水中密度、聲速和流速對地震波傳播的影響，可以真實(shí)地反映地震波在復(fù)雜海洋環(huán)境中的傳播情況，在海洋油氣勘探中，尤其是海洋環(huán)境比較復(fù)雜的深水油氣勘探中具有廣泛的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋地震勘探領(lǐng)域，具體地為深水油氣勘探領(lǐng)域，涉及一種針對復(fù)雜 海洋環(huán)境的地震波模擬方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 提高深水區(qū)地震成像精度以得到勘探目標(biāo)真實(shí)的深度構(gòu)造圖對深海油氣田開發(fā) 具有重要意義。但是，深水區(qū)地震成像目前仍存在很多問題，其中深海海洋環(huán)境條件極其復(fù) 雜就是主要因素之一。海水中存在著中尺度渦、內(nèi)波和海洋鋒等中尺度現(xiàn)象。觀測資料發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^深水海域時中尺度現(xiàn)象會時時地反映在地震數(shù)據(jù)中（Biescas等，2008 ; Song等，2008 ;Ruddick，2003 ;Pinheiro等，2010)，同時這些非均勾水體所引起的多次超強(qiáng) 反射還會覆蓋中深層數(shù)據(jù)。因此我們有必要研宄復(fù)雜海洋環(huán)境（即非均勻運(yùn)動水體）下地 震波的傳播特征。
[0003] 目前的地震勘探中，人們?nèi)灾饕捎贸Ｒ?guī)的聲波方程，將非均勻運(yùn)動的海水視為 均勾介質(zhì)。Kormann等（Kormann等，2008 ;2009)采用簡化的波動方程和二階完全匹配層吸 收邊界條件，模擬了海水層產(chǎn)生的地震反射波。但是在該研宄中假設(shè)海水的流速為〇并且 海水中的密度和聲速滿足C= (其中K為流體壓縮模量），以上假設(shè)有一定的局限性， 因?yàn)楹Ｋ窃诓煌＿\(yùn)動的，并且海水中聲速和密度的關(guān)系比較復(fù)雜。姬莉莉等（姬莉莉等， 2013)推導(dǎo)了含流速的聲波方程，研宄了中尺度渦對聲波傳播的影響，但是其假設(shè)海底地層 只存在縱波。在海洋油氣勘探中，氣槍產(chǎn)生的信號在海底會產(chǎn)生縱波和橫波，同時由油氣層 反射的橫波信息在海底會重新轉(zhuǎn)換為一些縱波傳入水中。因此，為了全面研宄復(fù)雜海洋環(huán) 境對地震勘探的影響，海底地層不能簡單的處理為聲波層。若將海底視為彈性基底，同時考 慮縱波和橫波的傳播，則需要對現(xiàn)有的控制方程和邊界條件做出改進(jìn)，使其在適用于非均 勻運(yùn)動水體的同時，又與海底彈性基底相匹配。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足及問題，本發(fā)明提供了一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震波 正演模擬方法，可以綜合全面地考慮海水中密度，聲速、流速等因素對地震波傳播的影響， 又可以模擬海底彈性波的矢量波場。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震波正演模擬方 法，具體包括以下步驟：
[0006] 1)獲取海水和地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀測系統(tǒng)和震源參數(shù)；
[0007] 2)利用漸進(jìn)方法和基于海水實(shí)際情況的適當(dāng)假設(shè)，推導(dǎo)出適用于非均勻運(yùn)動水體 的一階應(yīng)力-速度方程；
[0008] 3)給出合理的邊界條件；
[0009] 4)采用高精度有限差分將控制方程和邊界條件離散化；
[0010] 5)計(jì)算非均勻運(yùn)動水體影響下接收的地震波場和地震記錄。
[0011] 其中所述步驟1)獲取海水和地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀測系統(tǒng)和震源參數(shù)，包括：
[0012] 獲取海洋中的聲速、密度和流速數(shù)據(jù)，海底地層中的密度、縱波速度和橫波速度， 并把這些數(shù)據(jù)按網(wǎng)格間距網(wǎng)格化，形成網(wǎng)格化數(shù)據(jù)文件；
[0013] 獲取觀測系統(tǒng)參數(shù)包括道間距、最大、最小偏移距和時間采樣間隔；
[0014] 獲取震源參數(shù)包括震源坐標(biāo)和震源頻率。
[0015] 此外步驟2)從質(zhì)量守恒方程、歐拉方程和絕熱狀態(tài)方程出發(fā)，利用漸進(jìn)方法和基 于海水實(shí)際情況的適當(dāng)假設(shè)，推導(dǎo)出適用于非均勻運(yùn)動水體的一階應(yīng)力-速度方程：

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 獲取海水和地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀測系統(tǒng)和震源參數(shù)； 2) 利用漸進(jìn)方法和基于海水實(shí)際情況的適當(dāng)假設(shè)，推導(dǎo)出適用于非均勻運(yùn)動水體的一 階應(yīng)力-速度方程； 3) 給出合理的邊界條件； 4) 采用高精度有限差分將控制方程和邊界條件離散化； 5) 計(jì)算非均勻運(yùn)動水體影響下接收的地震波場和地震記錄。
2. 如權(quán)利1所述的適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于，所述步 驟1)獲取海水和地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀測系統(tǒng)和震源參數(shù)，包括： 獲取海洋中的聲速、密度和流速數(shù)據(jù)，海底地層中的密度、縱波速度和橫波速度，并把 這些數(shù)據(jù)按網(wǎng)格間距網(wǎng)格化，形成網(wǎng)格化數(shù)據(jù)文件； 獲取觀測系統(tǒng)參數(shù)包括道間距、最大、最小偏移距和時間采樣間隔； 獲取震源參數(shù)包括震源坐標(biāo)和震源頻率。
3. 如權(quán)利1所述的適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于，所述步 驟2)從質(zhì)量守恒方程、歐拉方程和絕熱狀態(tài)方程出發(fā)，利用漸進(jìn)方法和基于海水實(shí)際情況 的適當(dāng)假設(shè)，推導(dǎo)出適用于非均勻運(yùn)動水體的一階應(yīng)力-速度方程：
其中，⑷，I)為水中速度分量，A是水中密度，月;是水中的壓力，i水中的聲速，％為水中 的流速。
4. 如權(quán)利1所述的適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于，所述步 驟3)中在模型四周引入PML邊界層，同時由于水中的波阻抗較小，為了能夠看到水中的反 射波，邊界層引起的反射必須比水中的反射小一個數(shù)量級?；谝陨弦?，水中PML邊界層 中控制方程為：
PML邊界層厚度。 地層中PML邊界條件采用與水中類似的方法，對各個變量進(jìn)行分裂：
得到地層中PML邊界層中控制方程為：
其中，(t，t)為彈性介質(zhì)中速度分量，A是彈性介質(zhì)中密度，和4是彈性介質(zhì)中 的應(yīng)力，A和y為介質(zhì)的彈性常數(shù)。
5. 如權(quán)利1所述的適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于，所述步 驟4)中采用交錯網(wǎng)格有限差分方法將控制方程和邊界條件離散化。
6. 如權(quán)利1所述的適用于非均勻運(yùn)動水體的地震正演模擬方法，其特征在于，所述步 驟5)計(jì)算非均勻運(yùn)動水體影響下接收的地震波場和地震記錄，獲得非均勻運(yùn)動水體對接 收到地震記錄的影響，以提高地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【文檔編號】G01V1/28GK104483702SQ201410836793
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】姬莉莉, 郝天珧, 游慶瑜 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所