[发明专利]一种基于海浪谱的起伏海面地震波场数值数据模拟方法

说明书

本发明属于数值模拟技术领域，公开了一种基于海浪谱的起伏海面地震波场数值数据模拟方法，通过推导、降阶处理得到一阶速度—应力声波方程组表达式；按照交错网格的计算规则分别对时间和空间上各网格点及半网格点的声波方程各项进行有限差分计算；海上资料正演模拟；得到在P‑M谱条件下的涌浪背景起伏海面的空间域模型；将得到的起伏海面数值应用于有限差分数值模拟中，并用海面数值代替上述模型计算区域的上边界数值，即可得到涌浪起伏海面下的模拟数据。本发明提供的数值模拟方法方程使用简单，效率高，精度能利用一定手段得到提升；三维地震资料采集施工成本低，震源和检波器沉放深度适中，可有效避免虚假同相轴现象的发生。

技术领域

本发明属于数值模拟技术领域，尤其涉及一种基于海浪谱的起伏海面地震 波场数值数据模拟方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：在海上石油和天然气勘探过程中，由于风、重 力和潮汐等因素的影响，平静的海面极为罕见。海面一直表现为无规则的起伏， 并且这种起伏是随时间和空间变化的。海水的运动形式多种多样，其中海浪是 最常见最普遍的海水运动形式，海浪包括风浪和涌浪。在虚反射研究过程中， 海面一般假设是水平的，但是实际上是起伏的。海面起伏会对虚反射的延迟时 间造成很大的影响，所以通常使用的水平海面假设会影响虚反射的压制效果。 如何描述这种起伏海面是一个很重要的问题，因此本章引入了海洋科学研究中 常用的海浪谱方法，用海浪谱研究起伏海面，并对其正演建模。物理海洋学中， 通常用海浪谱描述和模拟海浪，认为在一定程度上模拟的海浪是比较符合实际 的。

正演有多种数值模拟方法，常用的有波动方程、射线追踪等方法。在这些 方法中，由于射线追踪方法是在面对理想模型的时候才会比较准确，但对较为 复杂的地层的处理效果不太理想，并且理论要求较高。一般说，用弹性波模拟 比较符合实际，但是在室内模拟过程中，使用弹性波模拟更为复杂，而且在实 际地震勘探过程中，通常利用最多的是纵波信息。

海上拖缆采集地震资料的过程中，为了避免海面的风、涌浪以及其他各种 海面环境噪声，通常将震源和检波器都是沉放到海面以下一定位置，以期得到 信噪比较高的资料。但是，在这种施工条件下，检波器接收到的不仅有一次反 射波，还会接收到虚反射，即鬼波。通常情况下，考虑到施工成本，震源和检 波器的沉放深度较浅，这就导致虚反射出现在一次反射后面，与一次波相互干 涉并改变一次波形态，甚至会在地震记录上产生虚假的同相轴。此外，由于虚 反射存在着陷频特性，会使地震资料频带变窄，降低资料的分辨率，并且给后 续地震资料的解释、反演等工作带困难。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有多种数值模拟方法中，由于射线追踪方法是在面对理想模型的时 候才会比较准确，但对较为复杂的地层的处理效果不太理想，并且理论要求较 高。

(2)用弹性波模拟比较符合实际，但是在室内模拟过程中，使用弹性波模 拟更为复杂，而且在实际地震勘探过程中，通常利用最多的是纵波信息。

(3)现有地震资料采集施工成本高，震源和检波器的沉放深度较浅，会在 地震记录上产生虚假的同相轴。

(4)由于虚反射存在着陷频特性，会使地震资料频带变窄，降低资料的分 辨率，并且给后续地震资料的解释、反演等工作带困难。

解决上述技术问题有以下几个难点：

(1)声波方程的推导过程。

(2)声波方程与海浪谱结合的地震记录正演。

解决上述技术问题的意义：

若能通过数值模拟计算得出起伏海面和海浪对地震记录的确切影响，就能 探究海洋地震勘探中多种噪声的形成机制，进行噪声的压制，从而提高地震记 录的信噪比。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于海浪谱的起伏海面地震 波场数值数据模拟方法。