[发明专利]三维陆上耦合波正演模拟方法

说明书

本发明提供一种三维陆上耦合波正演模拟方法，该三维陆上耦合波正演模拟方法包括：步骤1，给出上覆液相弹性体介质中一阶位移‑应力标量波方程和一阶位移‑应力弹性波方程；步骤2，确定流‑固耦合边界处应力和位移连续性条件；步骤3，采用交错网格有限差分描述声‑弹耦合波动方程的具体差分形式；步骤4，采用完全匹配层吸收边界消除人工边界反射的影响。该三维陆上耦合波正演模拟方法证明了上覆液相弹性介质声‑弹耦合数值模拟方法的准确性，为以后的反演工作打下基础。

技术领域

本发明涉及地球物理勘查技术领域，特别是涉及到一种三维陆上耦合波正演模拟方法。

背景技术

上覆液相弹性体介质在实际资料采集时普遍存在，包括海洋环境、河流、坝体和船舶等，而地震波在流固耦合介质中的数值模拟，一直是研究热点和难点。陆上地震勘探中地震波在上覆液相弹性介质中传播时，震源在水中激发产生地震波而当地震波传到流-固耦合交界面处时，地震波不可避免会发生改变，因此如果只用声波理论模拟整个过程，则与实际地质模型相差较大。地震波在流体中传播时，可以用标量波波动方程描述；当地震波穿过流体进入弹性体介质后，则可由弹性波波动方程进行描述，由于流体介质的本质特征是剪切力为零，故标量波方程可由横波速度为零的弹性波方程表示。对于流固耦合边界处，根据应力应变连续性条件可构建声波与弹性波之间的过渡层，保证地震波传播的稳定。波动方程的数值模拟方法有有限差分法、有限元法和伪谱法等.由于海底界面不规则，通过规则剖分网格的建模算法，可将算法应用于全波形反演和逆时偏移，并使用完全匹配层吸收边界，但该算法差分精度过低，而交错网格有限差分则可以有效解决此问题。对于波动方程数值模拟来说不可避免会遇到人工边界产生的反射问题，为了消除人工边界的影响，完全匹配层是目前常用的吸收边界，与传统的吸收边界相比完全匹配层的吸收效果更好。

在申请号：201811354411.5的中国专利申请中，涉及到一种基于交错网格的声波波动方程正演模拟方法及装置，该方法包括：获取地震参数；建立基于交错网格的声波波动方程；采用时空域有限差分法计算所述声波波动方程的频散关系式；根据所述频散关系式获取波场模拟所满足的稳定条件；采用吸收边界条件对声波波动方程进行波场延拓，获取波场及地震记录。该专利的不足之处在于该专利仅对二维模型进行了分析，不能直接应用于三维复杂模型，当模型扩展到三维情况时，通过时空域有限差分计算的频散关系式将进一步复杂，不便于计算。

在申请号：201710705871.7的中国专利申请中，涉及到一种基于方向导数的频率域高阶声波方程正演模拟方法，包括以下步骤：步骤1：根据频率域二维标量声波方程利用方向导数技术建立包含多个加权系数的四阶17点有限差分方程：其中，P_m,n＝P(mΔx,nΔz)表示离散网格点(m,n)处的压力波场，△x、△z分别表示速度模型在X轴方向、Z轴方向的采样间隔，下标m、n分别表示X轴方向、Z轴方向的网格坐标，V_m,n表示速度模型离散网格点(m,n)处的速度，ω_j为计算角频率，下标j为角频率离散点号，a，b，c，d，e，f均为加权系数，且b+4c+4d+4e+4f＝1，差分方程左边的第一项为原始正交坐标系下拉普拉斯算子的四阶差分项，第二项为旋转坐标系下用方向导数获得拉普拉斯算子的四阶差分项，第三项为质量加速度项；步骤2：进行归一化相速度频散分析，通过优化算法求取最优化加权系数；步骤3：构建带有吸收边界条件的有限差分方程；步骤4：利用四阶17点有限差分方程进行地震波场数值模拟，得到地震波正演记录。该专利的不足之处在频率域进行正演模拟时会占用大量的内存，尤其是涉及三维模型的时候，对计算机硬件要求较高。

为此发明一种新的三维陆上耦合波正演模拟方法，解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种证明了上覆液相弹性介质声-弹耦合数值模拟方法的准确性的三维陆上耦合波正演模拟方法。