[發明專利]一種基于海浪譜的起伏海面地震波場數值數據模擬方法

有效

• 申請號: 202010535639.5
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111797552B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張進;劉懷山;邢磊;王堯;申鵬;王林飛;尹燕欣
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

本發明屬于數值模擬技術領域，公開了一種基于海浪譜的起伏海面地震波場數值數據模擬方法，通過推導、降階處理得到一階速度—應力聲波方程組表達式；按照交錯網格的計算規則分別對時間和空間上各網格點及半網格點的聲波方程各項進行有限差分計算；海上資料正演模擬；得到在P?M譜條件下的涌浪背景起伏海面的空間域模型；將得到的起伏海面數值應用于有限差分數值模擬中，并用海面數值代替上述模型計算區域的上邊界數值，即可得到涌浪起伏海面下的模擬數據。本發明提供的數值模擬方法方程使用簡單，效率高，精度能利用一定手段得到提升；三維地震資料采集施工成本低，震源和檢波器沉放深度適中，可有效避免虛假同相軸現象的發生。

技術領域

本發明屬于數值模擬技術領域，尤其涉及一種基于海浪譜的起伏海面地震 波場數值數據模擬方法。

背景技術

目前，最接近的現有技術：在海上石油和天然氣勘探過程中，由于風、重 力和潮汐等因素的影響，平靜的海面極為罕見。海面一直表現為無規則的起伏， 并且這種起伏是隨時間和空間變化的。海水的運動形式多種多樣，其中海浪是 最常見最普遍的海水運動形式，海浪包括風浪和涌浪。在虛反射研究過程中， 海面一般假設是水平的，但是實際上是起伏的。海面起伏會對虛反射的延遲時 間造成很大的影響，所以通常使用的水平海面假設會影響虛反射的壓制效果。 如何描述這種起伏海面是一個很重要的問題，因此本章引入了海洋科學研究中 常用的海浪譜方法，用海浪譜研究起伏海面，并對其正演建模。物理海洋學中， 通常用海浪譜描述和模擬海浪，認為在一定程度上模擬的海浪是比較符合實際 的。

正演有多種數值模擬方法，常用的有波動方程、射線追蹤等方法。在這些 方法中，由于射線追蹤方法是在面對理想模型的時候才會比較準確，但對較為 復雜的地層的處理效果不太理想，并且理論要求較高。一般說，用彈性波模擬 比較符合實際，但是在室內模擬過程中，使用彈性波模擬更為復雜，而且在實 際地震勘探過程中，通常利用最多的是縱波信息。

海上拖纜采集地震資料的過程中，為了避免海面的風、涌浪以及其他各種 海面環境噪聲，通常將震源和檢波器都是沉放到海面以下一定位置，以期得到 信噪比較高的資料。但是，在這種施工條件下，檢波器接收到的不僅有一次反 射波，還會接收到虛反射，即鬼波。通常情況下，考慮到施工成本，震源和檢 波器的沉放深度較淺，這就導致虛反射出現在一次反射后面，與一次波相互干 涉并改變一次波形態，甚至會在地震記錄上產生虛假的同相軸。此外，由于虛 反射存在著陷頻特性，會使地震資料頻帶變窄，降低資料的分辨率，并且給后 續地震資料的解釋、反演等工作帶困難。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)現有多種數值模擬方法中，由于射線追蹤方法是在面對理想模型的時 候才會比較準確，但對較為復雜的地層的處理效果不太理想，并且理論要求較 高。

(2)用彈性波模擬比較符合實際，但是在室內模擬過程中，使用彈性波模 擬更為復雜，而且在實際地震勘探過程中，通常利用最多的是縱波信息。

(3)現有地震資料采集施工成本高，震源和檢波器的沉放深度較淺，會在 地震記錄上產生虛假的同相軸。

(4)由于虛反射存在著陷頻特性，會使地震資料頻帶變窄，降低資料的分 辨率，并且給后續地震資料的解釋、反演等工作帶困難。

解決上述技術問題有以下幾個難點：

(1)聲波方程的推導過程。

(2)聲波方程與海浪譜結合的地震記錄正演。

解決上述技術問題的意義：

若能通過數值模擬計算得出起伏海面和海浪對地震記錄的確切影響，就能 探究海洋地震勘探中多種噪聲的形成機制，進行噪聲的壓制，從而提高地震記 錄的信噪比。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于海浪譜的起伏海面地震 波場數值數據模擬方法。