[发明专利]弹性波场数值模拟方法及系统

说明书

公开了一种弹性波场数值模拟方法及系统。该方法可以包括：步骤1：建立速度模型，确定空间和时间的采样间隔，进行有限差分网格离散化；步骤2：根据弹性波动方程计算内部波场数据；步骤3：根据角点波场数值计算公式计算角点波场数据；步骤4：根据波场吸收边界方程和波场吸收系数计算边界波场数据；步骤5：获得速度模型的波场数据，判断波场边界的反射情况是否满足预定标准，若是，执行步骤6，若否，重新确定波场吸收系数，重复步骤4‑5；步骤6：输出最终波场数据。本发明的模型波场值能准确反映出弹性波在二维各向同性介质中传播的真实性，达到提高弹性波数值模拟结果精度的目的。

技术领域

本发明涉及弹性波波场数值模拟技术领域，更具体地，涉及一种弹性波场数值模拟方法及系统。

背景技术

弹性波波场数值模拟技术是地震勘探中的重要技术，利用弹性波波场数值模拟技术中的正演技术，可以检验经过地震资料处理、地质解释最终得到的地下物性参数以及反演的速度模型是否能真实地反映地下的储油构造，如果离开了弹性波波场数值模拟技术，我们目前的许多地震资料的处理和解释工作将寸步难行，目前广泛应用于实际工作中的弹性波波场数值模拟技术主要是弹性波波场有限差分波场数值模拟技术，在弹性波有限差分波场数值模拟中，由于计算模型的限制，人们所碰到的一个不可避免的问题是如何解决由计算网格边界所引起的人为边界反射能量，这些来自边界的人为反射扭曲了波在无限介质中传播的真实性，因此有必要提出一种波在边界上传播的算法能使往外传播的波的能量透过边界，否则，我们将不得不扩大模型的边界，大大增加计算的工作量。为了解决边界反射问题，几十年来，人们进行了大量的研究，提出了许多不同有关边界波场的计算方法，但至今，仍没有一种十分完美的解决方法，而与声波波场数值模拟相比，弹性波有限差分波场数值模拟中的边界问题更复杂、也更难解决，目前，弹性波有限差分波场数值模拟中的边界问题研究仍是该领域里的一个重要课题，同时也相继诞生了一些针对不同边界问题的算法，其中通过波场吸收消除来自边界反射的方法比较通用且效果也较明显，国内国外都有不少这方面的研究成果出现和文献发表，目前勘探中广泛使用两类吸收边界条件：海绵吸收边界条件和傍轴近似吸收边界条件。海绵吸收边界条件利用黏滞边界或靠近边界的条带范围内对入射波进行衰减；傍轴近似吸收边界条件基于单程波传播的方法原理，将不同近似条件下的单程波方程作为不同边界处的吸收边界条件。在国内，董良国在文献中(董良国.弹性波数值模拟中的吸收边界条件.石油地球物理勘探,1999,34(1):45～56)利用特征分析方法将前人提出的一维情况下无边界反射概念推广至三维各向异性介质弹性波的数值模拟中，得到TI介质中的吸收边界条件，在国外，Clayton和Engquist等人在文献中(RobertClayton,Bjorn Engquist.absorbing boundary conditions for acoustic and elasticwave equations.Bull.Seis.Soc.Am.,1977,67(6):1529～1540)利用弹性波传播方程傍轴近似理论得到了各向同性介质中弹性波数值模拟的吸收边界条件，至今，他们所提出的吸收边界条件仍是在各向同性介质中进行弹性波有限差分数值模拟用来解决边界问题最常用的方法，此后，Clayton和Engquist在文献中(Robert Clayton,Bjorn Engquist,absorbing boundary conditions for wave equations migration.Geophysics,1980,45(3):895～904)又对弹性波有限差分波场数值模拟中的吸收边界条件进行了更深入的研究。在国内，也有不少研究人员对利用有限差分法进行弹性波场数值模拟情况下的吸收边界条件做过较详细的研究，得到了许多有价值的研究成果，他们的算法对某些模型得到了一些较好的结果，本发明第一发明人在文献中(李文杰等.一种新的弹性波数值模拟吸收边界条件.石油地球物理勘探,2009,44(4):501～507)利用二维各向同性介质的弹性波传播方程傍轴近似理论得到了另一种的吸收边界条件,该方法与Clayton和Engquist等人提出的吸收边界方法不一样，经过数值模拟结果的证明，该吸收边界条件具有较好的吸收效果。遍观已有的弹性波波场数值模拟算法，每种方法都有自己各自的特点，但所有这些吸收边界条件都不能完全吸收来自边界的反射波场能量，只是部分吸收来自边界的反射能量。因此，对于弹性波数值模拟来说，确实需要发明一种可以完全吸收来自边界反射能量的吸收边界条件，这样才能提高弹性波数值模拟结果的精度，使数值模拟结果更加符合实际波场的传播规律。因此，有必要开发一种弹性波场数值模拟方法及系统。