CN117665917A - 一种海底流体-vti固体界面球面波反射系数解析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地球物理技术领域，具体涉及海底流体‑VTI固体界面球面波反射系数解析方法。一种海底流体‑VTI固体界面球面波反射系数解析方法，包括：推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程；求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量；求解海底流体‑VTI固体界面处海水流体介质中的球面声波位移场；定义海底流体‑VTI固体界面球面波反射系数，推导海底流体‑VTI固体界面球面波反射系数解析方程。本发明提出了一种海底流体‑VTI固体界面球面波反射系数解析方法，可准确刻画海底流体‑VTI固体界面球面波反射特征，对海底声场模拟、水下目标探测与海底资源勘探具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于地球物理技术领域，具体涉及海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法。
背景技术
海底界面反射系数及声波反射特征研究对海底声场模拟、水下目标探测与海底资源勘探具有重要意义。地球物理学领域，海底界面平面波反射系数已被深入研究（Mott,1971; Hawker and Foreman, 1978; Graebner, 1992; Ainslie, 1996; Okamoto andTakenaka, 1999），并被广泛应用于声场模拟、地声反演与叠前地震反演中，以实现水下目标探测与海底资源勘探。然而，在甚低频及声波传播距离较近时，平面波反射系数遇到一些基础性的困难，难以准确刻画海底流体-VTI固体界面声场及声波反射特征，限制了水下目标探测及海底资源勘探精度。
然而，现有技术中还没有实现海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析的技术方案，需要提出一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，以实现海底流体-VTI固体界面声波反射特征模拟与声场建模。
发明内容
本发明的目的是提供一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，包括如下步骤：
步骤1，推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程；
步骤2，求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量；
步骤3，求解海底流体-VTI固体界面处海水流体介质中的球面声波位移场；获得球面反射声波与入射声波在射线方向上的位移分量；
步骤4，定义海底流体-VTI固体界面球面波反射系数为球面反射声波与球面入射声波在射线方向上的位移分量之比；利用求解得到的弹性波位移向量，推导出海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方程。
进一步地，所述步骤1中，对流体介质的声波波动方程进行时间及空间傅里叶变换得到频率波数域内的球面声波位移势积分方程，基于球面声波位移势方程推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程。
进一步地，所述步骤2中，利用频率波数域内VTI固体介质中点震源激发的纵波与横波位移方程，求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量。
进一步地，所述步骤3中，利用海底流体-VTI固体界面应力与位移连续边界条件，求解海底流体-VTI固体界面处海水流体介质中的球面声波位移场。
本发明与现有相比，具有如下有益效果：
（1）首次提出了直接求解海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方程的方法；
（2）该方法可准确刻画海底流体-VTI固体界面球面波反射特征，有助于提高海底波场建模、地声参数反演及水下目标探测精度。
附图说明
图1为本发明实施例中海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法的流程示意图；
图2为实施例1计算的海底流体-VTI固体界面球面波反射系数示意图；其中，（a）为反射系数实部；（b）为反射系数虚部；
图3为实施例2计算的海底流体-VTI固体界面球面波反射系数示意图；其中，（a）为反射系数实部，（b）为反射系数虚部。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
本发明提供了一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，该方法的流程如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1，推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程。
对流体介质的声波波动方程进行时间及空间傅里叶变换得到频率波数域内的球面声波位移势积分方程，通过球面声波位移势方程推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程。
流体介质的声波波动方程表示为：
（1）；
其中，表示声波位移势，/>表示时间，/>表示流体介质中声速，上标/>表示流体介质，下标/>表示声波，/>表示拉普拉斯算子，/>表示狄拉克函数，/>为向量坐标表示空间位置，/>表示虚数单位，/>表示角频率，/>表示偏微分，/>表示二阶微分，/>为常数。
当声波为入射声波时（），对方程（1）进行时间及空间傅里叶变换，入射声波位移势可以表示为：/>（2）；
其中，，/>是一个常数， />表示水平慢度，/>表示流体介质中的声波垂直慢度，/>表示流体介质中声波入射角，/>表示0阶贝塞尔函数，/>表示震源和检波点的水平距离，/>表示检波点的纵坐标，/>表示震源与反射界面的垂直距离。
通过方程（2）可以求得入射声波位移方程为：（3）；
其中，表示入射声波位移向量，/>表示入射声波位移向量的水平分量，/>表示入射声波位移向量的垂直分量，/>表示1阶贝塞尔函数。
类似地，可以求得反射声波的位移方程：
（4）；
其中，表示反射声波位移向量，/>表示反射声波位移的水平分量，/>表示反射声波位移的垂直分量，/>表示反射声波的强度。
流体介质（海水）中点震源激发的声波位移向量水平分量（）表示为：
（5）；
流体介质（海水）中点震源激发的声波位移向量垂直分量（）表示为：
（6）。
步骤2，求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量。
VTI固体介质中球面透射纵波位移向量表示为：（7）；
其中，表示VTI固体介质中球面透射纵波位移向量，/>表示透射纵波位移向量的水平分量，/>表示透射纵波位移向量的垂直分量，上标/>表示固体介质，/>表示透射纵波强度，/>，/>，/>表示固体介质中的纵波垂直慢度，/>表示固体介质中纵波极化角，/>表示固体介质中纵波透射角，/>表示固体介质中纵波速度。
VTI固体介质中球面透射横波位移向量表示为：
（8）；
其中，表示VTI固体介质中球面透射横波位移向量，/>表示透射横波位移的水平分量，/>表示透射横波位移的垂直分量，/>表示透射横波强度，/>，，/>表示固体介质中的横波垂直慢度，/>表示固体介质中横波极化角，/>表示固体介质中横波透射角，/>表示固体介质中横波速度。
VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量水平分量（）表示为：
（9）；
VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量垂直分量（）表示为：
（10）。
步骤3，求解海底流体-VTI固体界面上方海水流体介质中的球面声波位移场。
利用流体和VTI固体界面垂直位移的连续性可以得到：
（11）；
其中，；
利用流体和VTI固体界面法向应力的连续性可以得到：
（12）；
其中，表示流体介质中声波密度，/>和/>表示VTI固体介质中的刚度系数。
利用海底流体-VTI固体界面处VTI固体层切向应力为零可以得到：
（13）。
联合方程（11）-（13），并与海底流体-VTI固体界面平面波反射系数对比可以得到，其中平面波反射系数/>是流体介质中声波速度、密度和VTI固体介质中垂直纵波速度（/>）、垂直横波速度（/>）、密度（/>）、各向异性参数/>和/>的函数。Graebner （1992）在Geophysics期刊发表的论文中已给出该函数的具体形式。
将代入方程（4）得到球面反射声波位移方程的最终表达式：
（14）。
步骤4，定义海底流体-VTI固体界面球面波反射系数为球面反射声波与入射声波在射线方向上的位移分量之比。
球面反射声波在射线方向上的位移分量为，球面入射声波在射线方向上的位移分量为/>，则海底流体-VTI固体界面球面波反射系数（/>）表示为：
（15）；
其中，为流体介质中实际的声波入射角。
将方程中（3）中的和/>，以及方程（14）中的/>和/>代入方程（15）中，可以得到海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方程：
（16）。
实施例1和实施例2是采用本发明提供的方法，利用海底模型参数计算海底流体-VTI固体界面球面波反射系数。声波频率和海底深度分别设置为：10 Hz 和500 m。
实施例1中上层海水流体介质参数：速度1490（m/s）、密度1000（kg/m3）；下层VTI固体介质参数：垂直纵波速度1800（m/s）、垂直横波速度450（m/s）、密度1600（kg/m3），各向异性参数分别为和/>。图2是实施例1计算的在频率为10 Hz、海底深度为500 m时海底流体-VTI固体界面球面波反射系数示意图。图2中（a）为反射系数实部，（b）为反射系数虚部。可以看到，海底流体-VTI固体界面球面波反射系数（实线）的实部、虚部与相应平面波反射系数（虚线）实部、虚部具有明显的不同，表明海底界面球面声波与平面声波具有不同的反射特征。
实施例2中上层海水流体介质参数：速度1484（m/s）、密度1000（kg/m3）；下层VTI固体介质参数：垂直纵波速度2724（m/s）、垂直横波速度1384（m/s）、密度1200（kg/m3），各向异性参数分别为和/>。图3是实施例2计算的在频率为10 Hz、海底深度为500 m时海底流体-VTI固体界面球面波反射系数示意图。图3中（a）为反射系数实部，（b）为反射系数虚部。可以看到，与实施例1类似，海底界面球面声波与平面声波反射特征具有明显的差异。
与现有技术海底流体-VTI固体界面平面波反射系数（图2和图3中的黑色实线所示）相比，本发明提出了一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法。如图2和图3所示，相较于现有技术，本发明考虑了海水流体介质中球面波波前传播与反射理论，可准确刻画海底流体-VTI固体界面球面反射波特征，对提高海底声场模拟、水下目标探测与海底资源勘探精度具有重要意义。
Claims (4)
1.一种海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程；
步骤2，求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量；
步骤3，求解海底流体-VTI固体界面处海水流体介质中的球面声波位移场；获得球面反射声波与入射声波在射线方向上的位移分量；
步骤4，定义海底流体-VTI固体界面球面波反射系数为球面反射声波与球面入射声波在射线方向上的位移分量之比；利用求解得到的弹性波位移向量，推导出海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方程。
2.根据权利要求1所述的海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，其特征在于，所述步骤1中，对流体介质的声波波动方程进行时间及空间傅里叶变换得到频率波数域内的球面声波位移势积分方程，通过球面声波位移势方程推导流体介质中点震源激发的球面声波位移方程。
3.根据权利要求1所述的海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，其特征在于，所述步骤2中，利用频率波数域内VTI固体介质中点震源激发的纵波与横波位移方程，求解VTI固体介质中点震源激发的弹性波位移向量。
4.根据权利要求1所述的海底流体-VTI固体界面球面波反射系数解析方法，其特征在于，所述步骤3中，利用海底流体-VTI固体界面应力与位移连续边界条件，求解海底流体-VTI固体界面处海水流体介质中的球面声波位移场。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483702A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种适用于非均匀运动水体的地震正演模拟方法 |
| CN111929727A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-13 | 中国石油大学(华东) | 一种球面波菲涅尔积分反射系数计算方法 |
| CN112505751A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 球面波ps反射系数计算方法及系统 |
| CN115616668A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-01-17 | 青岛欧谱赛斯海洋科技有限公司 | 一种粘弹介质球面纵波反射系数解算方法 |
| CN116148925A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-23 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种vti介质球面纵波反射系数解析方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483702A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种适用于非均匀运动水体的地震正演模拟方法 |
| CN112505751A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 球面波ps反射系数计算方法及系统 |
| CN111929727A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-13 | 中国石油大学(华东) | 一种球面波菲涅尔积分反射系数计算方法 |
| CN115616668A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-01-17 | 青岛欧谱赛斯海洋科技有限公司 | 一种粘弹介质球面纵波反射系数解算方法 |
| CN116148925A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-23 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种vti介质球面纵波反射系数解析方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| GUANGSEN CHENG等: "Spherical-wave elastic inversion in transversely isotropic media with vertical symmetry axis", GEOPHYS. J. INT., 13 September 2023 (2023-09-13), pages 2107 - 2121 * |
| 印兴耀;赵正阳;宗兆云;: "基于层状双孔介质的地震波反射和透射系数频散特性研究", 地球物理学报, no. 07, 12 July 2018 (2018-07-12) * |
| 李京南;王尚旭;董春晖;袁三一;王静波;: "球面波PP反射系数的频变特征研究", 地球物理学报, no. 10, 15 October 2016 (2016-10-15) * |
| 闫彬鹏，等: "弹性介质中球面纵波反射系数研究", 地球物理学进展, 31 December 2023 (2023-12-31) * |
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