基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法技术

本发明专利技术公开基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，包括：获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数；根据自由界面垂向和切向应力连续条件，由波动方程获得自由界面处面波波场更新方程；在垂直和水平方向采用切比雪夫和傅里叶伪谱法计算自由界面处面波波场更新方程的垂向和水平导数；四阶龙格‑库塔离散自由界面处面波波场更新方程的各向异性衰减介质面波方程的时间微分；计算模型水平方向两个边界的波场吸收；将波动方程分解为入射波方程和出射波方程，并得到底边界的波场更新方程，且据以计算当前时刻的面波，以产生面波炮记录和波场快照。通过本发明专利技术，以解决现有技术存在的浅层各向异性衰减面波模拟问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震勘探的
，尤其涉及一种基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法。
技术介绍
高精度三维地震技术在各个油田得以成功的推进和创新，我国东部老油田，例如，胜利油田、大庆油田等均处于平原地区，而其他主要产区，例如塔河、鄂尔多斯盆地多为沙漠、黄土塬等复杂地表区，探区内资源潜力大，巨厚、疏松的黄土层和浅层沙漠地层不利于有效地震波的产生，且浅地表对地震波的吸收衰减作用强烈，严重影响地震数据处理。但浅层面波发育，面波波场包含浅地表横波速度、介质对地震波的吸收强弱、各向异性等信息，通过弹性介质的面波已经可实现反演浅层横波速度信息，并可将反演结果应用到静校正流程，但对面波的各向异性衰减研究有限，浅层各向异性衰减的面波模拟研究，可用于建立浅层介质衰减和速度各向异性关系，是我国黄土塬、沙漠地区复杂地质三维地震数据处理技术的理论基础。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种，以解决现有技术存在的浅层各向异性衰减面波模拟的问题。为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，包括：获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数；根据自由界面垂向和切向应力连续条件，由波动方程获得自由界面处面波波场更新方程；在垂直方向采用切比雪夫伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的垂向导数；在水平方向采用傅里叶伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的水平导数；所述自由界面处面波波场更新方程的各向异性衰减介质面波方程的时间四阶龙格-库塔离散计算；所述自由界面处面波波场更新方程的模型水平方向的两个边界波场吸收计算；将所述波动方程分解为入射波方程和出射波方程，并将入射波在底边界吸收掉，从而得到底边界的波场更新方程；根据所述底边界的波场更新方程，计算当前时刻的面波，以产生面波炮记录和波场快照；输出所述面波炮记录和波场快照。根据本专利技术的技术方案，通过获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数，再根据自由界面垂向和切向应力连续条件，获得自由界面处面波波场的更新方程，接着，垂直方向采用切比雪夫伪谱法计算导数，水平方向采用傅里叶伪谱法计算导数，各向异性衰减介质面波的时间离散计算，模型水平方向的左右边界吸收计算，而模型的底边界，采用类似于自由边界的方法，将反射到模型内部的地震波场吸收掉，从而得到底界面的波场更新方程，且根据底界面的波场更新方程计算面波波场，并输出面波炮记录和波场快照。如此一来，有效地解决了浅层各向异性衰减面波模拟问题，尤其适用于各向异性衰减介质面波的正演分析工作，还能够快速实现各向异性衰减介质面波模拟，准确记录面波正演结果，并提高地质解释的精度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例的切比雪夫伪谱法网格剖分的示意图；图3是根据本专利技术实施例的一维切比雪夫不均匀网格剖分的示意图；图4a和图4b分别是根据本专利技术实施例的勘探区采集的微测井数据的示意图；图5a和图5b分别根据本专利技术实施例的面波炮记录的示意图；具体实施方式本专利技术的主要思想在于，基于通过获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数，再根据自由界面垂向和切向应力连续条件，获得自由界面处面波波场的更新方程，接着，垂直方向采用切比雪夫伪谱法计算导数，水平方向采用傅里叶伪谱法计算导数，各向异性衰减介质面波的时间离散计算，模型水平方向的左右边界吸收计算，而模型的底边界，采用类似于自由边界的方法，将反射到模型内部的地震波场吸收掉，从而得到底界面的波场更新方程，且根据底界面的波场更新方程计算面波波场，并输出面波炮记录和波场快照。如此一来，有效地解决了浅层各向异性衰减面波模拟问题，尤其适用于各向异性衰减介质面波的正演分析工作，还能够快速实现各向异性衰减介质面波模拟，准确记录面波正演结果，并提高地质解释的精度。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术做进一步地详细说明。根据本专利技术的实施例，提供了一种基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法。图1是根据本专利技术实施例的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法的流程图。在步骤S102中，获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数。其中，所述浅层地球物理参数数据包括纵波速度、横波速度、Thomson各向异性参数、纵波品质因子和横波品质因子。所述观测系统包括震源位置、检波器起始位置、检波器个数、检波器间距，定义地震模拟的总时间长度和时间采样率，记录波场快照的时间间隔。所述震源函数包括震源类型和震源主频，并且震源类形还包括爆炸震源和点震源。进一步来说，震源类型可如式(1)、式(2)所示： F → = Z j → , - - - ( 1 ) ]]> F → = ∂ φ ∂ x i → + ∂ φ ∂ y j → , - - - ( 2 ) ]]>其中，表示体力项，Z表示体力的垂向分量，分别为x和y方向的单位向量，φ表示一标量函数，是关于时间的函数，x、y分别表示相互垂直的二维坐标轴。在步骤S104中，根据自由界面垂向和切向应力连续条件，由波动方程获得自由界面处面波波场更新方程。首先，根据各向异性衰减理论，采用标准线性模型表征介质粘弹性，通过粘弹性波动方程中引入的记忆变量表征介质衰减效应，二维直角坐标系下，各向异性衰减介质qP-qSV波动方程，如式(3)、(4)、(5)和(6)所示： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数；根据自由界面垂向和切向应力连续条件，由波动方程获得自由界面处面波波场更新方程；在垂直方向采用切比雪夫伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的垂向导数；在水平方向采用傅里叶伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的水平导数；所述自由界面处面波波场更新方程的各向异性衰减介质面波方程的时间四阶龙格‑库塔离散计算；所述自由界面处面波波场更新方程的模型水平方向的两个边界波场吸收计算；将所述波动方程分解为入射波方程和出射波方程，并将入射波在底边界吸收掉，从而得到底边界的波场更新方程；根据所述底边界的波场更新方程，计算当前时刻的面波，以产生面波炮记录和波场快照；输出所述面波炮记录和波场快照。

【技术特征摘要】
1.一种基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征在于，包括以下步
骤：
获取浅层地球物理参数数据、定义观测系统和震源函数；
根据自由界面垂向和切向应力连续条件，由波动方程获得自由界面处面波波场更新方
程；
在垂直方向采用切比雪夫伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的垂向导数；
在水平方向采用傅里叶伪谱法计算所述自由界面处面波波场更新方程的水平导数；
所述自由界面处面波波场更新方程的各向异性衰减介质面波方程的时间四阶龙格-库
塔离散计算；
所述自由界面处面波波场更新方程的模型水平方向的两个边界波场吸收计算；
将所述波动方程分解为入射波方程和出射波方程，并将入射波在底边界吸收掉，从而
得到底边界的波场更新方程；
根据所述底边界的波场更新方程，计算当前时刻的面波，以产生面波炮记录和波场快
照；
输出所述面波炮记录和波场快照。
2.根据权利要求1所述的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征
在于，所述浅层地球物理参数数据包括：纵波速度、横波速度、Thomson各向异性参数、纵波
品质因子和横波品质因子。
3.根据权利要求1所述的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征
在于，所述定义观测系统包括：震源位置、检波器起始位置、检波器个数、检波器间距。
4.根据权利要求1所述的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征
在于，所述震源函数包括：震源类型和震源主频。
5.根据权利要求1所述的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征
在于，所述自由界面处面波波场更新方程满足如下公式：
v · x ( n e w ) = v · x ( o l d ) ± 1 ρ c ^ s σ x z ( o l d ) ]]> v · z ( n e w ) = v · z ( o l d ) ± 1 ρ c ^ p σ z z ( o l d ) ]]> σ · x x ( n e w ) = σ · x x ( o l d ) ± c ^ 13 c ^ 11 σ · z z ( o l d ) ]]> σ · z z = 0 σ · x z = 0 , ]]> e ·· 2 l ( n e w ) = e ·· 2 l ( o l d ) ± φ 2 l c ^ 33 σ z z ( o l d ) ]]>其中，vx、vz为质点在x、z方向的速度分量，σxx、σzz、σxz为应力分量，ρ为介质的密度，fx、fz表示外力，表示未松弛的介质弹性系数，e1l、e2l、e3l为记忆变量，分别为衰减介质
的纵波和横波速度，上标(new)表示重新计算的波场，上标(old)表示最初由波动方程计算
的波场。
6.根据权利要求5所述的基于切比雪夫伪谱法的各向异性衰减面波模拟方法，其特征
在于，所述底边界的波场更新方程满足如下公式：：
v · x ( n e w ) = 1 2 ( v · x ( o l d ) - 1 ρc s σ · x z ( o l d ) ) ]]> v · z ( n e w ) = 1 2 ( v · z ( o l d ) - 1 ρc p σ · z z ( o l d ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春颖，王赟，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11