[发明专利]一种海底节点地震资料上下行波场数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种海底节点地震资料上下行波场数值模拟方法，包括以下步骤：设计海洋勘探的速度模型和海底节点的观测系统以及相关的地球物理参数；通过声波波动方程交错网格有限差分正演模拟；得到压力分量波场和速度分量波场v；对压力分量与速度分量做振幅、相位的匹配，对于正演数据，求取每一道最大振幅比a，将系数乘以速度分量，上行波记录和下行波记录。该方法适应了当今海底节点地震资料研究的大趋势，对海底节点的波场研究具有现实意义和实用价值。

技术领域

本发明属于海洋地球物理地震探勘技术领域，具体地说，涉及一种海底节点地震资料上下行波场数值模拟方法。

背景技术

随着海底节点技术的兴起，多波多分量的波场特征研究越来越受到地球物理学家的关注。现阶段的海底节点波场正演模拟大多关注于三分量波场的研究，包括P分量、Z分量和水平分量。然而现阶段上下行波场的研究已经成为海底节点地震资料研究的重点，现阶段已有的正演模拟软件中，大多数服务于单炮记录的整个波场模拟，在整个波场记录的基础上通过特定的数学手段实现上下行波波场分离，分离的效果与波场记录的复杂程度、应用的数学手段有关，但无法实现简单高效。

发明内容

有鉴于此，本发明针对已有的正演模拟软件无法简单高效地满足上下行波波场分离，为上下行波研究提供技术前提的问题，提供了一种海底节点地震资料上下行波场数值模拟方法，该方法适应了当今海底节点地震资料研究的大趋势，对海底节点的波场研究具有现实意义和实用价值。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种海底节点地震资料上下行波场数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤1、设计海洋勘探的速度模型；

步骤2、通过声波波动方程交错网格有限差分正演模拟；

步骤3、得到压力分量波场和速度分量波场，压力分量波场P＝P_x+P_z；速度分量波场为v＝vx+vz；

步骤4、对压力分量与速度分量做振幅、相位的匹配，得到上行波记录和下行波记录。

进一步地，所述海洋勘探的速度模型如下：海底深度450m，自上而下依次设置有第一层速度、第二层速度和第三层速度；所述第一层海水速度1500m/s，第二层海水速度2000m/s，第三层海水速度2500m/s，检波器在海底，炮点在海面，网格间距3m，采样率0.5ms，记录长度2s。

进一步地，所述步骤2中的通过声波波动方程交错网格有限差分正演模拟具体为：

可压缩流体中的标量声波方程为：

其中，P代表压力，C代表声波的速度，t是旅行时，而对于二维速度-深度模型有：

其中，x表示横向坐标，z则表示纵向坐标，由牛顿第二定理得：

其中，ρ表示密度，v_x、v_z分别为x、z方向的速度分量；

将式(2)、(3)代入(1)中，因为求导结果与顺序无关，则可得到：

其中，v表示速度；

等式(4)两边同时对时间积分，得：故地震波传播规律能近似地用一阶速度-应力声波方程组表达：