[发明专利]一种任意形态不连续面自适应表达的方法

说明书

本发明公开了一种任意形态不连续面自适应表达的方法，包括如下步骤：导入正演的模型，包括纵横波速度以及密度，对于各向异性介质，导入各向异性参数，并根据模型参数设置空间步长和时间步长；对自由表面进行阶梯化离散；对自由表面上不同点进行本构关系修正；当模型地表起伏时，利用修正后的本构关系更改模型的第一层参数，这样在不对原始的有限差分法代码进行修改的情况下就可以引入自由表面的影响；将修正后的本构关系带入到位移应力方程中经过一系列的运算可在各异性介质的情况下引入自由表面的影响。本发明所述方法可以准确地对不连续面附近的波场进行数值模拟，有利于对此类地震数据的信息进行提取和分析。

技术领域

本发明属于地震勘探技术领域，尤其涉及一种任意形态不连续面自适应表达的方法。

背景技术

在地震学中，通常把地震传播过程中突然发生变化的地方成为不连续面。根据不连续面两侧介质物理的物理性质(固体，液体和气体)，可以将不连续面划分为以下四类：1)固体/固体不连续面；2)固体/液体不连续面；3)固体自由表面(陆地表面)，也称固体/真空不连续面；4)液体自由表面(海平面)，也称液体/真空不连续面。这类不连续面附近均会发生复杂的波转换现象和强能量的界面波生成。例如，固体/液体不连续面往往用于描述海底界面或者地球内外核边界，在其附近会产生一种沿该界面传播的Scholte wave，以及发生P-S波转换，会产生强振幅面波(Rayleigh wave或love wave)，其频散特征在近地表面地震勘探中有重要的意义和用途；液体自由表面用于描述海洋表面，是海洋勘探中多次波产生的原因，其可以被视为噪音进行除去(多次波去噪技术)，也可以用于照明角度和区域补偿(多次波成像技术)。

在复杂的介质地震波数值模拟中，往往会遇到以上不连续面的组合，对于这些不连续面的正确数值建模表达会直接影响数值模拟的准确性和精度，特别是对于地表观测地震数据和海底地震仪观测地震数据，其检波器和地震仪直接位于不连续面上或附附近，因此受不连续面的影响更大。能否正确的对不连续面附近的波长进行数值模拟会直接对这类地震数据中提取和分析信息产生影响。

此外，这类不连续面还会破坏一些数值离散方法的完整性，例如有限差分法，伪谱法等基于偏微分方程强解形式的算法。目前工业界和科研界最常用的地震数值模拟技术是有限差分法，其适用范围为参数均匀或光滑变化介质，直接应用于含强阻抗对比的不连续面时会导致计算不稳定，数值假象产生和计算精度降低，进而影响最终模拟结果的准确性。

目前，一般采用直接离散化边界条件，以差分形式来近似边界条件中的控件导数，以固体自由表面的实现为例，有中心差分显示近似格式(Alterman和Karal，1968)、单边显示近似格式(Vidale和Clayton，1986)以及复合近似等格式(Ilan等，1975；Ilan和Loewenthal，1976；Lan和Zhang，2011)；另外，在一阶速度-应力方程表达形式下对应力张量和速度矢量分别操作，以固体自由表面的实现为例，有真空格式(Zahradnik等，1993；Bohlen和Saenger，2006)、应力镜像法(Levander，1988；Graves，1996；Kristek等，2002)和一些介质平均方法(Mittet，2002；Xu等，2007)；更有，基于Mimetic算子的离散方法，例如dela Puente等(2014)，Shragge和Tapley(2017)，Konuk和Shragge(2020)，Shthi等(2021)；除以上三种方法，还有有限元类方法，包含谱yuan法(Komatitsch和Tromp，1999；Komatitsch等，1999；Tromp等，2008；Peter等，2011)，这类基于偏微分弱解形式的数值模拟方法，可参考现有的普元发开源程序包：SPECFEM2D和SPECFEM3D。