[发明专利]一种采用地震数值模拟勘探天然气水合物的方法

说明书

本发明实施例公开了一种采用地震数值模拟勘探天然气水合物的方法，包括：测定模型参数，根据参数设定时间域弹性波动方程；将时间域弹性波动方程变换为频率域波动方程；基于交错网格，消除应力分量，得到四阶精度条件下的差分格式；推导得到频散关系；对频散关系最优化，得到最优化差分系数，并带入差分格式中，形成最优化交错网格有限差分格式；将模型参数带入最优化交错网格有限差分格式，构建大型稀疏方程组，求解，得到天然气水合物的高精度弹性波响应。本发明基于变网格有限差分离散方法，推导出差分格式以及频散关系，并对差分格式进行高斯牛顿优化，通过将优化的差分系数重新代入并构建大型稀疏方程组，实现弹性波响应的高效精确求解。

技术领域

本发明实施例涉及天然气水合物资源勘查技术领域，具体涉及一种采用地震数值模拟勘探天然气水合物的方法。

背景技术

天然气水合物为一种似冰状混合物，由水分子笼型结构和甲烷或其他低分子量气体组成。水合物中存储的大量天然气是重要的潜在能源，海域水合物向海水和大气中大量释放天然气，在过去的气候变化中也扮演着重要的角色。对天然气水合物资源的精确勘查是未来进行水合物规模化开采和温室气候研究等领域的基础。在海域水合物系统的地震成像中常可以看到似海底反射信号(BSR)。BSR为水合物-水层和下伏气-水层(足够高的气体浓度)的强烈波阻抗差异所致，通常与水合物稳定域的底界面一致。水合物在海底的埋藏具有多种分布模式，常具有强烈的非均质性。地震全波形反演(FWI)可直接得到地层地震参数的高分辨率成像，是天然气水合物资源勘查的重要方法。

然而，地震FWI需求大量的计算资源和时间，减少计算量的习惯做法是采用声波近似，即只反演介质的纵波速度。然而，这只在考虑小入射角和非转换纵波的情况下，且密度和横波速度剖面足够平滑时才有效。对海洋天然气水合物地震勘探来说，受地震反射振幅与偏移距关系影响，且考虑含气量对纵波速度的影响关系等因素，用声波近似反演地震数据的应用效果并不够理想。弹性波FWI算法，特别是在频率域，可以考虑到纵波、横波、转换波、首波和瑞雷波等，只用有限频点数的数据就能很好的恢复地下的模型参数结构，具有天然的多尺度性。在宽方位、多分量地震数据采集处理和解释技术的发展带动下，反演中可用的剖面越来越多，信噪比也逐渐提高，地震波对地下的照明角度也逐渐增加，而照明角度增加意味着可以得到更加完整的水合物地层信息。

频率域弹性波FWI强烈依赖于频率域正演，有限差分方法是最重要的正演方法之一。需要对频率域弹性波方程进行有限差分离散，根据模型大小和计算频率来综合考虑频散关系，然后选取合适的差分阶数并推导差分格式，最后带入模型参数构建大型稀疏方程组进行求解。传统的频率域有限差分算法精度低，容易发生网格频散，严重影响计算的效率。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种采用地震数值模拟勘探天然气水合物的方法，将得到的参数变换为频率域波动方程，并基于此进行最优化变网格有限差分格式的建立，进一步通过该最优化差分格式构建大型稀疏方程组以实现海洋天然气水合物储层模型弹性波响应的高效求解，从而有效驱动频率域全波形反演，为天然气水合物资源的勘查的效率提高提供有效的技术保障。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种采用地震数值模拟勘探天然气水合物的方法，其特征在于，包括：

S100、在二维情形下，测定天然气水合物地震勘探模型的参数，并根据得到的参数设定原始的时间域弹性波动方程；

S200、将得到的时间域弹性波动方程变换为频率域波动方程；

S300、基于交错网格，消除应力分量，对频率域波动方程进行空间离散，得到四阶精度条件下的差分格式；

S400、对得到的差分格式进行推导，得到频散关系；