[发明专利]一种三维介质条件下地震初至波旅行时的计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种三维介质条件下地震初至波旅行时的计算方法及系统，所述方法在笛卡尔坐标系下三维慢度模型正交网格剖分的基础上，充分结合8点差分、4点差分和2点差分球面波和平面算子的优势，利用全局扫描策略，自适应求取地震初至波旅行时，实现了三维复杂介质条件下程函方程快速稳定精确的数值求解。采用本发明方法能够实现在三维复杂介质条件下，地震初至波旅行时的精确计算，从而为天然震源的精确定位及常规人工源地震的层析成像奠定基础。

技术领域

本发明涉及陆上或海洋天然源地震及人工源地震数据采集和处理技术领域，特别是涉及一种三维介质条件下地震初至波旅行时的计算方法及系统。

背景技术

精确的地震初至波旅行时是震源准确定位、地震精细静校正、高精度偏移成像及地震层析建模的基础。在地震波高频近似的假设条件下，基于地震波动方程推导出的程函方程是求取地震初至波旅行时的控制方程，通过求解该方程，可实现不同介质条件下地震初至波旅行时的计算。目前，已经发展出不同的数值计算方法用来求取三维介质条件下的地震初至波旅行时。其中，经典的地震射线追踪方法虽然可以实现程函方程的快速求解，刻画不同震源和检波器之间的射线传播路径，但其仅能较好地适用于近似水平层状介质，对于三维复杂介质而言，该方法计算精度较低且存在计算盲区。而常规基于有限差分的快速扫描方法虽然可实现三维复杂介质条件下地震初至波旅行时的快速稳定计算，但由于程函方程高频近似的假设条件，该方法不能较好地同时实现近源场球面波和远源场平面波旅行时的精确求解，进而降低了其在三维复杂介质条件下的应用效果。因此，三维复杂介质条件下地震初至波旅行时的精确计算仍然面临诸多挑战，仍需继续研究并设计一种适用于三维复杂介质条件下的地震初至波旅行时精确计算方法，以解决上述现有方法和技术的不足，提高地震初至波旅行时的计算精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维介质条件下地震初至波旅行时的计算方法及系统，以提高三维复杂介质条件下地震初至波旅行时的计算精度，从而为天然震源的精确定位及常规人工源地震的层析成像奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三维介质条件下地震初至波旅行时的计算方法，包括：

获取地球内部介质的三维慢度模型并进行正交立体网格剖分，生成正交立体网格剖分后的三维离散网格模型；

对所述三维离散网格模型进行初始化，建立网格化的三维慢度模型和初始化的地震初至波旅行时间场；

建立三维均匀慢度模型并计算所述三维均匀慢度模型下的地震初至波旅行时间场；

根据所述网格化的三维慢度模型、所述初始化的地震初至波旅行时间场和所述三维均匀慢度模型下的地震初至波旅行时间场计算乘积因子；

基于所述乘积因子，对所述三维离散网格模型从八个方向开展地震初至波旅行时的全局扫描迭代计算，得到当前更新的地震初至波旅行时和循环变量；

判断所述循环变量是否大于1E-6秒，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述循环变量大于1E-6秒，返回所述基于所述乘积因子，对所述三维离散网格模型从八个方向开展地震初至波旅行时的全局扫描迭代计算，得到当前更新的地震初至波旅行时和循环变量的步骤；

若所述第一判断结果为所述循环变量小于或等于1E-6秒，输出所述当前更新的地震初至波旅行时作为待求取的地震初至波旅行时。

可选地，所述获取地球内部介质的三维慢度模型并进行正交立体网格剖分，生成正交立体网格剖分后的三维离散网格模型，具体包括：

对所述地球内部介质的三维慢度模型，沿笛卡尔坐标系的x、y、z三个方向，采用dx、dy、dz的不同间距，进行正交立体网格剖分，生成正交立体网格剖分后的三维离散网格模型；其中待求取的地震初至波旅行时间场位于所述三维离散网格模型中的网格节点处，所述三维离散网格模型中每个单元网格内部为慢度值。