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《中国地震局地质研究所》 2017年
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海洋倾斜界面多次波与鬼波数值模拟研究

张广利  
【摘要】:多次波预测与衰减方法的研究一直都是海洋地震资料处理中的重点和难点。近些年来国内外发展了多种多次波衰减方法,可以归结为两大类——滤波法和波动理论法。无论是滤波法还是波动理论法,在建立模型时都是基于水平界面的基本假设,对于倾斜界面多次波的特征认识不清,对于叠前炮集记录多次波和鬼波周期性特征存在困惑,以至于无法辨认或确定海洋深部地震记录究竟是深反射还是多次波,也无法识别不同界面多次波和一次波分别来自于那一层。叠前资料处理压制多次波对于多次波和鬼波的认识主要基于在水平界面周期重复出现的认识上。当前海洋地震勘探中对于鬼波的理论研究也较为匮乏,对倾斜界面鬼波的时距特征和观测系统之间的关系认识不足。鬼波作为海洋勘探中特有的一类干扰波,在震源深度较浅时会和一次波相互干涉成为复合波,产生陷波点干扰一次波的识别和成像。当前所采用的斜缆(VDS)和垂直缆(VCS)观测系统对于去除接收点鬼波进行了一定的尝试,但忽视了倾斜界面条件下鬼波时距特征的变化。为了能够选择合理有效的多次波衰减方法,提高海洋地震资料处理的信噪比和成像质量,本文从海底倾斜界面模型出发,结合实际记录特征对海洋倾斜界面多次波和鬼波的时距进行了模拟研究。一方面通过模拟得到了炮集和CMP道集水表多次波和层间多次波在不同倾斜界面的时距特征,为倾斜界面多次波和鬼波的识别和反演提供了理论依据。另一方面在模拟研究多次波和鬼波时距特征(运动学特征)的基础上,本文推导得到了海底界面反射和透射系数的解析式,对海底界面的反射和透射系数随入射角的变化特征进行了解析分析和讨论,为海底界面多次波和鬼波的模拟提供动力学特征支持。利用时距模拟得到的结果表明:首先,无论是水表多次波还是层间多次波,在炮集和CMP道集中均表现为双曲时距。其次,炮集多次波在倾斜界面其双曲时距的顶点发生偏离,偏离的程度与界面倾角有关;CMP道集中同一倾斜界面不同阶次的多次波叠加速度不同。可见,无论是炮集还是CMP道集,无论是水表多次波还是层间多次波,其在水平界面中的周期性和重复性特征,在倾斜界面都不复存在。当前的多次波预测和衰减将地下界面假设为水平界面,其衰减方法对于倾斜界面不再适用。因此对于倾斜界面多次波的预测和衰减,一方面必须以倾斜界面多次波炮集和CMP道集的时距特征为识别判据,另一方面需要根据倾斜界面多次波和鬼波的时距关系作为预测和反演的理论依据。对于海底界面反射和透射系数,本文从海底界面的位移—应力边界条件出发,利用弹性波在均匀介质中的稳态平面波解,通过海底界面的能量归一化推导得到了各向同性条件下下行P波的反射和透射系数的解析表达式。利用解析表达式的最终形式,讨论了不同参数下海底界面的反射和透射系数。反射和透射系数随入射角的变化呈现出以临界角为分界点的“分段式”特征。临界角的大小和类型与海底固体层的P波和S波的速度有关。在临界角处,反射和透射系数的振幅值和相位角显著变化。不同海底层的P波和S波的速度差异产生了不同类型和大小的海底临界角。因此,可以通过反射和透射曲线中的特性确定临界角的类型,进而确定海底界面的性质。本研究将有助于实际的观测设计、模型预测和数据处理解释,提高对海洋倾斜界面多次波和鬼波的认识,具有重要的科学意义和应用前景。
【学位授予单位】:中国地震局地质研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P631.44

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