CN119689552B - 地震波场解析模拟方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
地震波场解析模拟方法、装置、计算机设备和存储介质Info
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- CN119689552B CN119689552B CN202311235803.0A CN202311235803A CN119689552B CN 119689552 B CN119689552 B CN 119689552B CN 202311235803 A CN202311235803 A CN 202311235803A CN 119689552 B CN119689552 B CN 119689552B
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Abstract
本发明提供一种地震波场解析模拟方法，包括如下步骤：根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；获取第一函数关系；获取第二函数关系；利用第一函数关系以及第二函数关系，对海底界面解析方程进行转化，得到反/透射系数与影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；获取多个影响因子，基于第三函数关系，获取与各影响因子对应的反/透射系数；基于一一对应的影响因子与反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。上述的地震波场解析模拟方法，得到的海底地震波场与真实数据高度相似，可以为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型。
Description
技术领域
本发明涉及地震数据处理技术领域，特别涉及一种地震波场解析模拟方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
在海洋地震勘探中，由于海底界面两侧分别为液体介质和固体介质，地震波在该界面的反射和透射相较于固-固界面更为复杂。一方面，海底界面作为地震波的速度间断面，界面两侧的波阻抗差异很大，地震波在上界面海水层中表现为声波传播特征，在下界面表现为固体层传播特征，导致海底界面处反射和透射系数的计算十分复杂；另一方面，不同介质属性海底界面的反/透射系数随入射角的变化特征存在多样性，不仅硬、软海底界面的反/透射系数具有不同的变化特征，而且固体层纵、横波速的大小也会对海底界面反射和透射系数特征带来影响。
研究海底反/透射系数特征能够帮助我们更好地认识海底介质属性，对海底多分量地震资料的处理与解释具有重要意义。由于海水层中剪切模量为零，而海底固体层中存在剪切波，所以海底界面可视为次生横波源，利用海底反/透射系数来获取海底固体层的横波速度信息，有利于海底转换波问题的研究。此外，海洋地震勘探相比陆地，海水层中的多次波和鬼波十分复杂，对于海底界面反/透射系数的研究可以从理论上更好地认识多次波和鬼波的特征，有利于海洋地震数据处理中多次波和伴随鬼波的预测和衰减。
虽然数值算法在海底反/透射系数这一非线性问题的求解中能够计算复杂的海底模型，但是不能解析讨论影响因子对反/透射系数的影响，缺乏对反/透射系数随影响因子的变化而变化的规律的认识。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种地震波场解析模拟方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种地震波场解析模拟方法，包括：
根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，进行正演模拟得到海底地震波场数据。
在一个实施例中，所述影响因子包括入射角和海底介质参数；
所述获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应反/透射系数的步骤包括：
获取所述海底介质参数，基于所述第三函数关系，得到所述反/透射系数与所述入射角的函数关系，确定为第四函数关系；
获取入射角，基于所述第四函数关系，获取与各所述入射角对应的反/透射系数。
在一个实施例中，所述海底介质参数包括波阻抗数据组和固体界面透射角数据组。
在一个实施例中，所述波阻抗数据组包括液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗；
所述固体界面透射角数据组包括固体界面P波透射角和固体界面S波透射角。
在一个实施例中，所述透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
在一个实施例中，所述第三函数关系为：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗。i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；G为海底解析变量，G分别与I1、I2、I3、i1、i2以及j2有关。
在一个实施例中，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系的步骤包括：
获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
一种地震波场解析模拟装置，包括：
构建模型模块，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
第一函数关系获取模块，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
第二函数关系获取模块，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
数据转换模块，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
数据获取模块，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
正演模拟模块，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
海底地震波场是指基于海底液固界面的地震波场。
反/透射波包括反射波和透射波。
本申请的反/透射波包括且不限于由海底液-固界面下行P波入射得到的反/透射波。
边界条件可以是海底液固界面下行P波入射的边界条件。
与现有技术相比，本发明提供的地震波场解析模拟方法具有如下优点或有益效果：
1)根据反/透射波的位移势函数和边界条件构建海底界面解析方程，并对海底界面解析方程进行转化，构建了所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，从而能够找到反/透射系数随影响因子的变化而变化的规律，还可以定量讨论影响因子对反/透射系数的影响。
2)基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据，将通过正演模拟得到的海底地震波场数据与实际的海底地震波场数据进行对比，可以验证第三函数关系的精确性，且正演模拟得到的海底地震波场数据可以为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型。
附图说明
图1是一个实施例中的地震波场解析模拟方法的流程图；
图2是一个实施例中的地震波场解析模拟装置的结构框图；
图3是一个实施例中的边界条件示意图；
图4a是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面入射角与反射系数振幅值的函数图像；
图4b是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面入射角与纵波透射系数振幅值的函数图像；
图4c是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面入射角与转换波透射系数振幅值的函数图像；
图4d是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面入射角与反射系数相位角的函数图像；
图4e是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面入射角与纵波透射系数相位角的函数图像；
图4f是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面的入射角与转换波透射系数相位角的函数图像；
图5a是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面入射角与反射系数振幅值的函数图像；
图5b是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面入射角与纵波透射系数振幅值的函数图像；
图5c是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面入射角与转换波透射系数振幅值的函数图像；
图5d是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面入射角与反射系数相位角的函数图像；
图5e是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面入射角与纵波透射系数相位角的函数图像；
图5f是一个实施例中的基于第三函数关系模拟的软海底液固界面的入射角与转换波透射系数相位角的函数图像；
图6是一个实施例中的正演模拟得到的海底地震波场数据与实际的海底地震波场数据的对比图；
图7为一个实施例中的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例一
本实施例中，如图1所示，提供了一种地震波场解析模拟方法，其包括：
步骤110，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程。
在本实施例中，边界条件是反/透射波的位移势函数的约束条件。在各实施例中，反/透射波包括反射波和透射波，相应地，反/透射波的位移势函数包括反射波的位移势函数和透射波的位移势函数。
在本实施例中，如图3所示，fluid与solid之间的横线表示海底液固界面；fluid表示海底液体介质，即海水，ρ1为海底液体介质密度，α1为海水P波波速；solid表示海底固体介质，包括硬海底介质和软海底介质，ρ2为海底固体介质密度，α2为海底固体介质P波波速，β2为海底固体介质S波波速。
表示入射波在液体介质中的位移振幅，
表示入射P波在固体介质中的位移振幅，
表示入射S波在固体介质中的位移振幅，
表示反射波在液体介质中的位移振幅，
表示透射P波在固体介质中的位移振幅，
表示透射S波在固体介质中的位移振幅。
在本实施例中，边界条件通过下列计算式表达：
式中，φ1为反/透射波的位移势函数，φ2为入射波的位移势函数，z为深度，λ1、μ1、λ2和μ2均为拉梅常数，均是应变-应力关系会出现的材料相关量。
在本实施例中，根据反射波的位移势函数和边界条件，构建关于反射波的海底界面解析方程。
在本实施例中，根据透射波的位移势函数和边界条件，构建关于透射波的海底界面解析方程。
步骤120，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系。
在本实施例中，海底界面解析方程是基于反/透射波的位移势函数构建的，要得到反/透射系数与影响因子的函数关系，需要将反/透射波的位移势函数转化为反/透射系数，因此需要获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系。
在本实施例中，获取所述反射波的位移势函数与反射系数的函数关系，确定为关于反射波的第一函数关系。
在本实施例中，获取所述透射波的位移势函数与透射系数的函数关系，确定为关于透射波的第一函数关系。
步骤130，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系。
在本实施例中，海底界面解析方程是基于边界条件构建的，要得到反/透射系数与影响因子之间的函数关系，需要将边界条件转化为影响因子，因此需要获取所述边界条件与所述影响因子的函数关系，确定为第二函数关系。
步骤140，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系。
在本实施例中，利用关于反射波的第一函数关系以及所述第二函数关系，得到关于反射波的第三函数关系。
在本实施例中，利用关于透射波的第一函数关系以及所述第二函数关系，得到关于透射波的第三函数关系。
步骤150，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数。
在本实施例中，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数，得到多个数据组，用于后续作为正演模拟的数据，以得到海底地震波场数据；且通过观察各影响因子与其对应的反/透射系数，可得到反/透射系数随影响因子的变化而变化的规律。
本实施例中，还可以定量讨论影响因子对反/透射系数的影响。
步骤160，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
本实施例中，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据，将通过正演模拟得到的海底地震波场数据与实际的海底地震波场数据进行对比，可以验证第三函数关系的精确性，且正演模拟得到的海底地震波场数据可以为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型。
对反/透射系数产生影响的影响因子很多，在观察反/透射系数与影响因子的之间的关系时，可以将其中一部分影响因子设置为常数，以便观察另一部分影响因子对反/透射系数产生的影响，即便于找出反/透射系数与影响因子之间的关系。
在一个实施例中，所述影响因子包括入射角和海底介质参数；
所述获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应反/透射系数的步骤包括：
步骤151，获取所述海底介质参数，基于所述第三函数关系，得到所述反/透射系数与所述入射角的函数关系，确定为第四函数关系；
步骤152，获取入射角，基于所述第四函数关系，获取与各所述入射角对应的反/透射系数。
上述实施例中，将海底介质参数设置为常数后，得到反/透射系数与所述入射角的函数关系，进而得出反/透射系数随入射角的变化而变化的规律。
不同海域的海底介质参数不同，例如可以分为硬海底介质和软海底介质，且不同的硬海底介质之间的参数不同，不同的软海底介质之间的参数不同。可以设置至少两个实施例，即可以选取至少一个硬海底介质和至少一个软海底介质分别作为实施例，即每一实施例获取对应海域的海底介质参数，代入到第三函数关系中，以找出该海域的反/透射系数随所述入射角的变化而变化的规律，至少两个实施例之间的对比也可以得出海底介质参数对反/透射系数的影响。
在一个实施例中，所述海底介质参数包括波阻抗数据组和固体界面透射角数据组。
本实施例中，在基于海底液固界面的地震波场中，反/透射系数受到的影响因子较多，因此，在反/透射系数与影响因子的函数关系式中，影响因子的种类越多，则越能模拟出接近实际的反/透射系数与影响因子的规律，即模拟的地震波场与实际的地震波场高度相似。
在一个实施例中，所述波阻抗数据组包括液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗。
本实施例中，在基于海底液固界面的地震波场中，液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗均对反/透射系数产生影响，因此，基于液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗构建反/透射系数与影响因子的函数关系式，使得模拟的地震波场与实际的地震波场高度相似，为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型，可以用于海底界面地震波场的模拟与预测，显著提高了地震资料去噪的精确度。
在一个实施例中，所述固体界面透射角数据组包括固体界面P波透射角和固体界面S波透射角。
本实施例中，在基于海底液固界面的地震波场中，固体界面P波透射角和固体界面S波透射角均对反/透射系数产生影响，因此，基于固体界面P波透射角和固体界面S波透射角构建反/透射系数与影响因子的函数关系式，使得模拟的地震波场与实际的地震波场高度相似，为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型，可以用于海底界面地震波场的模拟与预测，显著提高了地震资料去噪的精确度。
纵波透射系数是评价地震勘探中地震波透过地层能力的指标，表示地震纵波在地下介质中传播时穿过某一界面后到达接收点的振幅相对于入射到该界面振幅的比值。转换波透射系数是指SV波透射系数，SV波透射系数是指地震SV波在通过地下介质传播到接收点后，SV波透射系数可以用来评估地震勘探中SV波传播和转换的情况。纵波透射系数和转换波透射系数对于地震波的意义不同。为了提高模拟出的地震波场的保真性，在一个实施例中，透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
本实施例中，结合纵波透射系数和转换波透射系数，能够使地震波场的相关数据较丰富，有效提高通过后续的正演模拟得出的地震波场的精确性。
反/透射系数受到很多影响因子的影响，在研究反/透射系数与影响因子之间的规律时，涉及的影响因子的广泛性与反/透射系数的准确性呈正相关。为了使由上述方法得到的反/透射系数与实际数据高度接近，在一个实施例中，第三函数关系式为下列计算式：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗。i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；
其中，G为海底解析变量，具体形式为
G＝2sin j2sin2j2cos i1(I2cos j2-I3cos i2)-I1cos i2-I2cos i1。
在本实施例中，I1＝ρ1α1，I2＝ρ2α2，I3＝ρ2β2，式中，ρ1为海底液体介质密度，α1为海水P波波速；ρ2为海底固体介质密度，α2为海底固体介质P波波速，β2为海底固体介质S波波速。
在一个实施例中，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系的步骤包括：
步骤121，获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
步骤122，利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
步骤123，获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
步骤124，利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
本实施例中，海底解析方程中的反/透射波的位移势函数通过反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数，进而得到反/透射系数与影响因子的函数关系，以得到反/透射系数随影响因子的变化而变化的规律。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
实施例二
本实施例中，提供一种基于硬海底液固界面的地震波场解析模拟方法。硬海底液固界面位于液体介质和硬海底介质之间。具体实施如下：
根据海底液固界面下行P波入射的边界条件与海底液固界面两侧的位移势函数构建海底界面解析方程；其中，边界条件通过下列计算式表达：
式中，φ1为反/透射波的位移势函数，φ2为入射波的位移势函数，z为深度，λ1、μ1、λ2和μ2均为拉梅常数，均是应变-应力关系会出现的材料相关量。
求解海底界面解析方程，得到海底液固界面反/透射系数解析式；其中，海底液固界面反/透射系数解析式如下：
根据海底液固界面的反/透射系数解析式得到硬海底液固界面反/透射系数；
根据求得的硬海底液固界面反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在本实施例中，采用的海底介质参数是硬海底介质参数，其中，在海水层中P波速度为α1＝1490m/s,海水密度ρ1为1025kg/m3，在硬海底固体介质中P波波速为α2＝4000m/s,在硬海底固体介质中S波波速为β2＝1920m/s，固体层密度为ρ2＝2460kg/m3，利用下列计算式：
获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在硬海底界面，由于硬海底固体介质中的P波速度和S波速度均大于海水中的声波速度，因此海水中的声波速度对硬海底固体介质中的P波波速和固体介质中的S波波速的干扰较小，使得反射P波、透射P波和透射S波均遵循上述方法研究得到的规律，即反射系数RPP以及透射系数TPP和TPS均表现出以两个透射临界角为分界点的变化特征。其中，两个透射临界角包括硬海底界面透射P波临界角和硬海底界面透射S波临界角。
根据下列计算式：
得到硬海底界面透射P波临界角为22°，硬海底界面透射S波临界角为50°。
具体的，如图4a所示，Incidence angle为入射角，degrees为度数，Amplitude为振幅值，其它图中也是如此，后文不做赘述。如图5a所示，Phase angle为相位角，其它图中也是如此，后文不做赘述。
图4a基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面的关于入射角与反射系数振幅值的函数图像，图4a反映出反射系数振幅值随入射角的变化，图4b是基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面的入射角与纵波透射系数振幅值的函数图像，图4c是基于第三函数关系模拟的硬海底液固界面的入射角与转换波透射系数的函数图像，图4b和图4c反映出透射系数的振幅值随入射角的变化。
从图4a中可以看出，反射系数RPP在入射角为22°和50°时，振幅值达到1，并在入射角大于50°时一直为1。
如图4b所示，在入射角大于或等于22°时，纵波透射系数振幅值为0。
如图4c所示，在入射角为22°时，转换波透射系数的振幅值取得极小值，在入射角大于或等于50°时，转换波透射系数的振幅值为0。
如图4d所示，在入射角小于22°时，反射系数相位角为0，在入射角为22°至50°时，反射系数相位角总体呈下降趋势，且下降幅度较小，在入射角为50°至90°时，反射系数相位角总体呈先减小后增大的趋势，且变化趋势较大。即在入射角为22°和50°时，反射系数相位角均产生了明显的转折。
如图4e所示，纵波透射系数始终为0，即纵波透射系数不随入射角的变化而变化。
如图4f所示，在入射角为0°至22°时，转换波透射系数相位角不变，在入射角为22°至50°时，转换波透射系数振幅值先减小后增大直至为0，在入射角大于或等于50°时，转换波透射系数振幅值为0。即在入射角为22°和50°时，转换波透射系数相位角均产生了明显的转折。
在P波临界角处纵波透射系数TPP为0，此后随着入射角继续增大，透射P波变为非均匀面波，表现为沿海底界面传播且振幅随深度指数衰减；随着入射角进一步增大，在S波临界角处TPS为0，此后S波变为沿海底界面传播的非均匀面波。反射系数Rpp以及透射系数TPP和TPS均表现出以两个透射临界角为分界点的变化特征。
图6是一个实施例中的正演模拟得到的海底地震波场数据与实际的海底地震波场数据的对比图，其中，左侧图Synthetics为正演模拟得到的海底地震波场数据，右侧图Realdata为实际的海底地震波场数据。本实施例中，实际的海底地震波场数据为某海洋工区的真实数据。
本实施例中，海底液固界面为硬海底界面，固体层的P波速度大于海水层的S波速度。尽管采用的是水平速度模型，但是，如图6所示，利用上述方法得到的多个数据组通过正演模拟合成的海底地震波场的走势和振幅变化特征与某海洋工区的真实数据高度相似。一方面，不同阶次多次波的走势和振幅与实际数据相近，入射角接近纵波临界角或大于横波临界角的多次波表现为振幅较强的地震波。另一方面，合成海底地震波场的记录中模拟了实际海底数据的中非均匀波，中非均匀波类似于折射波但速度更高。
通过正演模拟得到的海底地震波场数据与实际的海底地震波场数据的接近程度很高，证明由地震波场解析模拟方法得到的多个所述数据组可以有效地模拟海底液-固界面的地震波场。也就是说，由上述方法得到的海底地震波场数据的去噪精确度很好。
进一步地，由上述方法模拟得到的海底液固界面的地震波场，可以为海底多次波和鬼波的预测和衰减提供理论模型，显著提高了地震资料去噪的精确度。
实施例三
本实施例中，提供一种基于软海底液固界面的地震波场解析模拟方法。软海底液固界面位于液体介质和软海底介质之间。具体实施如下：
根据海底液固界面下行P波入射的边界条件与海底液固界面两侧的位移势函数构建海底界面解析方程；其中，边界条件通过下列计算式表达：
式中，φ1为反/透射波的位移势函数，φ2为入射波的位移势函数，z为深度，λ1、μ1、λ2和μ2均为拉梅常数，均是应变-应力关系会出现的材料相关量。
求解海底界面解析方程，得到海底液固界面反/透射系数解析式；其中，海底液固界面反/透射系数解析式如下：
根据海底液固界面反/透射系数解析式得到软海底液固界面反/透射系数；
根据求得的软海底液固界面的反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在本实施例中，采用的海底介质参数是软海底介质参数，其中，在海水层的P波速度为α1＝1490m/s,海水密度ρ1为1025kg/m3，软海底固体介质中的P波速度为α2＝1800m/s，软海底固体介质中的S波波速为β2＝522m/s，软海底固体介质密度ρ2＝1600kg/m3，利用下列计算式：
获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
软海底固体介质的密度较小，在软海底固体介质中传播的S波波速较低，一般软海底液固界面的S波波速低于海水中声波波速，海水中的声波波速对软海底液固界面的S波波速的干扰较大，在软海底液固界面，S波临界角不存在；且软海底液固界面的P波速度通常要高于海水中的声波速度，海水中的声波波速对软海底液固界面的P波波速的干扰较小，因此，在软海底液固界面，反射系数和透射系数随入射角的变化特征均主要受透射P波临界角控制。在本实施例中，软海底界面透射P波临界角与硬海底界面透射P波临界角不同。在其它一些实施例中，软海底界面透射P波临界角与硬海底界面透射P波临界角相同。
根据
在P波临界角处，透射P波的透射角i2为90°，得到透射系数为0。如图5b和图5c所示，透射系数为0时的入射角为P波临界角。入射角达到P波临界角时的透射P波变为非均匀面波。
具体的，图5d是基于第三函数关系模拟的软海底液固界面的入射角与反射系数相位角的函数图像，图5d表示软海底液固界面反射系数的相位角随入射角的变化；图5e是基于第三函数关系模拟的软海底液固界面的入射角与纵波透射系数相位角的函数图像；图5f是基于第三函数关系模拟的软海底液固界面的入射角与转换波透射系数相位角的函数图像；图5e和图5f均表示透射系数相位角随入射角的变化。
如图5a至图5c所示，在入射角达到P波临界角后，反射系数振幅值、纵波透射系数振幅值和转换波透射系数振幅值均产生了明显的变化，即反/透射系数振幅值均于P波临界角处产生了明显的转折。
如图5c所示，当入射角大于P波临界角时，转换波透射系数相位角呈现先增大后减小的变化特征。
如图5d和图5f所示，在入射角达到P波临界角后，反射系数相位角和转换波透射系数相位角均产生了明显的变化，即反/透射系数相位角均于P波临界角处产生了明显的转折。
如图4e和图5e所示，硬海底液固界面的纵波透射系数相位角和软海底液固界面的纵波透射系数相位角均始终为0，不随入射角的变化而变化。
如图4c和图5c所示，相较于硬海底介质中的TPS的振幅值的变化幅度，软海底介质中的转换波透射系数TPS的振幅值的变化幅度较小。
如图4c和图5c所示，当入射角为P波临界角时，硬海底介质中的转换波透射系数TPS的振幅值和软海底介质中的转换波透射系数TPS的振幅值均为最小值0。
实施例四
本实施例中，如图2所示，提供一种地震波场解析模拟装置，包括：
构建模型模块210，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
第一函数关系获取模块220，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
第二函数关系获取模块230，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
数据转换模块240，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
数据获取模块250，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
正演模拟模块260，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在一个实施例中，数据获取模块250包括：
介质参数获取单元，用于获取所述海底介质参数，基于所述第三函数关系，得到所述反/透射系数与所述入射角的函数关系，确定为第四函数关系；
入射角获取单元，用于获取入射角，基于所述第四函数关系，获取与各所述入射角对应的反/透射系数。
本实施例中，所述影响因子包括入射角和海底介质参数。
在一个实施例中，所述介质参数获取单元包括波阻抗获取子单元和固体界面透射角获取子单元。
在一个实施例中，波阻抗获取子单元包括液体P波波阻抗获取子单元、固体P波波阻抗获取子单元和固体S波波阻抗获取子单元。
在一个实施例中，所述固体界面透射角获取子单元包括固体界面P波透射角获取子单元和固体界面S波透射角获取子单元。
在一个实施例中，所述透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
在一个实施例中，所述第三函数关系为：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗。i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；G为海底解析变量，G分别与I1、I2、I3、i1、i2以及j2有关。
在一个实施例中，第一函数关系获取模块包括：
第一函数关系获取单元，获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
第一函数关系转化单元，利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
第二函数关系获取单元，获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
第二函数关系转化单元，利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
关于地震波场解析模拟装置的具体限定可以参见上文中对于地震波场解析模拟方法的限定，在此不再赘述。上述地震波场解析模拟装置中的各个单元可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各单元可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个单元对应的操作。
实施例五
本实施例中，提供了计算机设备。其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，且该非易失性存储介质部署有数据库，该数据库用于存储影响因子。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与部署了应用软件的其他计算机设备通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种地震波场解析模拟方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
步骤110，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程。
步骤120，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系。
步骤130，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系。
步骤140，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系。
步骤150，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数。
步骤160，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在一个实施例中，所述海底介质参数包括波阻抗数据组和固体界面透射角数据组。
在一个实施例中，所述波阻抗数据组包括液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗。
在一个实施例中，所述固体界面透射角数据组包括固体界面P波透射角和固体界面S波透射角。
在一个实施例中，透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
在一个实施例中，第三函数关系式为下列计算式：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗。i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；
其中，G为海底解析变量，具体形式为
G＝2sin j2sin2j2cos i1(I2cos j2-I3cos i2)-I1cos i2-I2cos i1。
在本实施例中，I1＝ρ1α1，I2＝ρ2α2，I3＝ρ2β2，式中，ρ1为海底液体介质密度，α1为海水P波波速；ρ2为海底固体介质密度，α2为海底固体介质P波波速，β2为海底固体介质S波波速。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
步骤121，获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
步骤122，利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
步骤123，获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
步骤124，利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
实施例六
提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤110，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程。
步骤120，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系。
步骤130，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系。
步骤140，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系。
步骤150，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数。
步骤160，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
在一个实施例中，所述海底介质参数包括波阻抗数据组和固体界面透射角数据组。
在一个实施例中，所述波阻抗数据组包括液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗。
在一个实施例中，所述固体界面透射角数据组包括固体界面P波透射角和固体界面S波透射角。
在一个实施例中，透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
在一个实施例中，第三函数关系式为下列计算式：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗。i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；
其中，G为海底解析变量，具体形式为
G＝2sin j2sin2j2cos i1(I2cosj2-I3cos i2)-I1cos i2-I2cos i1。
在本实施例中，I1＝ρ1α1，I2＝ρ2α2，I3＝ρ2β2，式中，ρ1为海底液体介质密度，α1为海水P波波速；ρ2为海底固体介质密度，α2为海底固体介质P波波速，β2为海底固体介质S波波速。
在一个实施例中，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤121，获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
步骤122，利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
步骤123，获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
步骤124，利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种地震波场解析模拟方法，其特征在于，包括：
根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述影响因子包括入射角和海底介质参数；
所述获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应反/透射系数的步骤包括：
获取所述海底介质参数，基于所述第三函数关系，得到所述反/透射系数与所述入射角的函数关系，确定为第四函数关系；
获取入射角，基于所述第四函数关系，获取与各所述入射角对应的反/透射系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述海底介质参数包括波阻抗数据组和固体界面透射角数据组。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波阻抗数据组包括液体P波波阻抗、固体P波波阻抗和固体S波波阻抗；
所述固体界面透射角数据组包括固体界面P波透射角和固体界面S波透射角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透射系数包括纵波透射系数和转换波透射系数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三函数关系为：
式中，RPP为反射系数，TPP为纵波透射系数，TPS为转换波透射系数，I1为海底液体介质中P波的波阻抗，I2为海底固体介质中P波的波阻抗，I3为海底固体介质中S波的波阻抗；i1为海底液体界面下行P波的入射角，i2为海底固体界面透射P波的透射角，j2为海底固体界面透射S波的透射角；G为海底解析变量，G分别与I1、I2、I3、i1、i2以及j2有关。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系的步骤包括：
获取所述反/透射波的位移势函数与所述反/透射波的位移振幅的函数关系，确定为第五函数关系；
利用所述第五函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移势函数转化为所述反/透射波的位移振幅；
获取所述反/透射波的位移振幅与所述反/透射系数的函数关系，确定为第六函数关系；
利用所述第六函数关系，将所述海底界面解析方程中的所述反/透射波的位移振幅转化为所述反/透射系数。
8.一种地震波场解析模拟装置，其特征在于，包括：
构建模型模块，根据反/透射波的位移势函数和边界条件，构建海底界面解析方程；
第一函数关系获取模块，获取所述反/透射波的位移势函数与反/透射系数的函数关系，确定为第一函数关系；
第二函数关系获取模块，获取所述边界条件与影响因子的函数关系，确定为第二函数关系；
数据转换模块，利用所述第一函数关系以及所述第二函数关系，对所述海底界面解析方程进行转化，得到所述反/透射系数与所述影响因子的函数关系式，确定为第三函数关系；
数据获取模块，获取多个影响因子，基于所述第三函数关系，获取与各所述影响因子对应的反/透射系数；
正演模拟模块，基于一一对应的所述影响因子与所述反/透射系数，通过正演模拟得到海底地震波场数据。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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