[發明專利]一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統及方法

有效

• 申請號: 201710160189.4
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106772590B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 李金麗;曲英銘;李振春;劉建勛;王凱
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所;中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明公開了一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統及方法，屬于石油勘探，本發明能夠對劇烈起伏地表進行準確模擬的有限差分正演模擬，通過引入過渡坐標系和矩形網格坐標系，在三個坐標系之間進行轉換，既能克服傳統傳統有限差分方法在處理起伏地表時的缺陷，又能保持有限差分方法的精度，而不明顯增加計算量，開發劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬方法，為研究劇烈起伏地表地區的波場傳播規律提供了理論基礎，同時，為劇烈起伏地表地區的采集數據進行后續成像和反演工作提供了高精度的地震波正演基礎。

技術領域

本發明屬于石油勘探領域，具體涉及一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統及方法。

背景技術

劇烈的起伏地表廣泛地存在于中國地區。地震勘探的前緣正逐步向復雜地表地區轉移，常規的處理和解釋方法對上述復雜起伏地表已經不再適用。為了更好地解決勘探開發難題，須密切研究起伏地表條件下介質地震波正演模擬，對于起伏地表條件下的地質構造進行正演模擬，可從數值模擬結果中認識、分析地震波波場特征及地震波傳播規律等，更好地指導后續的地震勘探。

有限差分方法因其計算速度快、占用內存低、容易實現等優點得到廣泛應用，但有限差分方法是基于矩形網格剖分的，因此在處理起伏地表時存在很大的缺陷，在模擬地震波傳播時會產生明顯的繞射噪音及不穩定。一種常用的解決方法是對物理模型進行曲網格剖分，并將物理域的曲網格變換為矩形網格，但該方法也存在一定的局限性，該方法對穩定性的要求較高，無法處理劇烈的起伏地表。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統及方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統，包括模型輸入模塊、正演模擬模塊、速度場轉換模塊、波場計算模塊、波場存儲模塊、波場反變換模塊以及結果輸出模塊；

模型輸入模塊，被配置為用于輸入速度場和起伏地表的高程；

正演模擬模塊，被配置為用于進行劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬；

速度場轉換模塊，被配置為用于將速度場變換到矩形網格坐標系下；

波場計算模塊，被配置為用于在過渡坐標系下更新地下區域波場以及在過渡坐標系下采用自由地表邊界條件更新地表波場；

波場存儲模塊，被配置為用于在矩形網格坐標系下存儲波場；

波場反變換模塊，被配置為用于將波場變換到笛卡爾坐標系下；

結果輸出模塊，被配置為用于輸出最終的波場快照和炮記錄。

此外，本發明還提到一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬方法，該方法采用如上所示的一種劇烈起伏自由地表有限差分正演模擬系統，包括如下步驟：

步驟1：通過模型輸入模塊輸入速度場和起伏地表的高程，建立觀測系統；

步驟2：通過速度場轉換模塊采用如下所示的變換方程將速度場變換到矩形網格坐標系下；

其中，x和z為笛卡爾坐標下的空間坐標，ξ和η為矩形網格坐標系下的空間坐標，z₀(ξ)為笛卡爾坐標系下的高程函數，η_max為矩形網格坐標系下的最大采樣點數；

步驟3：引入過渡坐標系，通過波場計算模塊在過渡坐標系下采用如下所示的一階速度-應力彈性波方程更新地下區域波場；