基于小振幅波方程的起伏海面构建及其对地震波场传播特性的影响

海面起伏状态对波场传播以及模型空间成像有着非常重要的影响,在常规海洋地震数据采集和处理中,都是将海面作为水平界面处理,实际海洋地震数据采集中,由于海水受风浪、洋流等的影响,海面呈现高低起伏状态,这样来自底层反射界面的反射波经过海水起伏界面反射后会引起波场的强烈散射,从而造成地震记录反射波同相轴抖动和畸变,最终影响成像效果.为了更加深入了解起伏海面存在对波场传播以及偏移成像的影响,本文首先基于流体力学小振幅波方程,从边界条件出发,给出包含海浪谱信息的动态边界条件,并在此基础上构建起伏海面速度模型;然后在构建的起伏海面速度模型上通过冻结不同时刻海面开展波场传播特征分析,研究起伏海面在不同冻结时刻下波场传播规律以及对反射地震记录和偏移成像的影响.研究结果表明,不管是对于简单的层状介质模型还是海底较为复杂的大水深模型,海面不同形态的起伏变化直接影响着波场记录以及波场快照形态,同时会对偏移成像结果造成较大影响,随着海水深度的增加,该影响对于简单模型影响逐渐变小,但对于复杂模型,影响依然很严重.

基于文氏谱的起伏海面虚反射特征研究

海洋地震记录中的虚反射会和反射波发生混叠和干涉,严重影响了海洋地震资料的质量。常规海面水平的条件假设将在海面反射系数计算过程中引入误差。本文引入文圣常提出并改进的文氏海浪谱,采用有效波高、海浪成长系数等各项参数模拟出更符合实际情况的海浪形态,并通过时频分析等方法研究起伏海面虚反射对地震记录的改造作用和起伏海面条件下的虚反射时频谱特征。结果表明:当海面起伏程度较大时,起伏海面的虚反射不仅强烈扭曲了海底一次波反射同相轴,且与一次波发生了强烈的干涉作用,导致成像结果出现很多假同相轴,严重影响了地震资料的质量。随着起伏海面有效波高的增加,地震记录受陷波效应逐渐增强,虚反射能量逐渐增加,主频幅值逐渐减小。当海面起伏变化时,随着偏移距的增加,陷波点幅值变化丰富,主频幅值逐渐减小,且向高频方向移动。随着震源或检波器沉放深度逐渐增加,有效波虚反射的能量强度逐渐增加,频带变窄,陷波改造作用强烈,主频幅值逐渐减小。

上行激光在海水界面传输特性的研究

针对采用双叠加法模拟海面时所出现的锁相环效应,根据海浪谱的窄带特性,选取不同风速下的频率采样范围,应用频率方向对应法对三维海面进行仿真,仿真结果真实地反映了三维海面的随机起伏情况;从菲涅尔公式出发,对上行激光通过海水-空气界面时的反射、折射特性以及能量总透射率进行了分析和仿真,仿真结果表明风速的变化和上行激光在海面的入射角极大地影响了其能量透射率。最后,分析了上行激光通过三维起伏海面时的散射效应。

起伏海面对反射地震偏移成像结果的影响

实际海面受风浪的影响是个随机起伏的复杂曲面.一个随机起伏的自由表面对地震波形成相当复杂的散射,进而影响波场在靶区的二次照明与成像结果;此外,起伏海面具有小尺度随机起伏的特性,难以用贴体网格等处理大尺度起伏地表的常规方法和技术对其进行逼近和处理.鉴于此,利用不等距有限差分法实现小尺度起伏海面的波场自由表面边界条件,以此进行正演、波场照明分析;利用逆时偏移(ReverseTimeMigration,RTM)进行起伏海面下的成像并对成像结果进行分析.不同模型的试算结果表明:起伏海面引起的复杂散射使靶区地下照明不均匀、成像界面发生弯曲和畸变,从而降低成像结果的分辨率和信噪比.

起伏海面条件下的反射地震响应

为了更真实地模拟起伏海面的影响,利用兼顾精度与计算效率的有限差分法,采用基于鬼点外推的不等距差分格式,采用文圣常等提出的海浪谱计算模型建立了有效波高为2m的适度平静海面起伏模型,以此研究中国海域内起伏海面条件下的反射地震响应。通过对简单的层状模型和Marmousi模型的数值模拟,得到以下认识:①受起伏海面影响,鬼波与一次反射发生不规则的干涉而产生不同的反射地震响应;②由起伏海面产生的地震反射同相轴"抖动"现象在所有时刻都存在,且与海面的起伏形态相关;③由于二次反射的不均匀照明及其与一次反射的不规则干涉,造成地震反射能量的空间分布不均匀现象,影响直达波和反射波的走时、波形、振幅、频谱、相位和带宽等,造成鬼波压制效果不佳、成像信噪比低、分辨率低、局部反演结果不收敛等一系列实际问题。

基于非高斯性最大化的起伏海面环境下双检信号波场分离

对于双检波器采集的信号,通常将其变换至频率—波数域中,经过波场分离得到上、下行波,再对其中的陆检信号和水检信号分别进行处理,然后合并,以达到消除鬼波,加强一次波的目的。这样处理的前提是假设海面平静、检波点分布均匀。然而,实际数据采集中很难满足上述条件,导致检波点鬼波的压制效果不甚理想。据此,本文首次提出适用于起伏海面的时空域逐道波场分离技术,通过构建非高斯性最大化优化目标实现波场分离。与传统的波场分离方法相比,该方法更适用于海上地震数据处理,能取得理想的鬼波压制效果。实际数据处理结果表明,基于非高斯性最大化波场分离的鬼波压制处理流程,能有效消除鬼波,拓展地震资料频带并提高信噪比,进而提高成像质量。