本發(fā)明涉及一種地球物理勘探方法，具體是一種基于預(yù)處理迭代法的黏聲介質(zhì)散射波數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)勘探目標(biāo)地質(zhì)體（黏聲介質(zhì)）構(gòu)造復(fù)雜、斷層發(fā)育、地層傾角較陡或巖性橫向突變、不同尺度的非均勻地質(zhì)體共生時(shí)，會(huì)形成極為復(fù)雜的、多種波組相互干涉的地震波場(chǎng)。這種情況下只利用反射波和繞射波信息不能對(duì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行精細(xì)成像。研究表明，散射波同樣攜帶著與復(fù)雜構(gòu)造和復(fù)雜巖性有關(guān)的幾何和物理信息。因此，如何能在利用常規(guī)反射波實(shí)現(xiàn)成像的同時(shí)，利用散射波實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造偏移成像就顯得十分重要。

2、為了描述散射波的傳播規(guī)律，利用散射理論將介質(zhì)分為背景介質(zhì)和擾動(dòng)介質(zhì)，利用表示定理將描述散射問題的helmholtz方程邊值問題轉(zhuǎn)化成為一個(gè)解第二類fredholm積分方程的問題。鑒于導(dǎo)出這個(gè)積分方程的基本思想源自于量子散射理論，故參照量子散射理論將這個(gè)方程稱為lippmann-schwinger方程，簡(jiǎn)記為l-s方程。這樣一來，就將地震波散射問題轉(zhuǎn)化成為了l-s方程的求解問題。經(jīng)典的born級(jí)數(shù)存在收斂慢且在強(qiáng)擾動(dòng)介質(zhì)中易發(fā)散。為了解決這一問題，osnabruggle等在2016年《journalofcomputationalphysics》期刊發(fā)表《aconvergentbornseriesforsolvingtheinhomogeneoushelmholtzequationinarbitrarilylargemedia》。具體是通過利用帶阻尼因子的背景green’s函數(shù)（通過在背景波數(shù)中引入虛部分量的方式得到）和采用預(yù)解式預(yù)處理的方式，對(duì)born散射級(jí)數(shù)收斂性進(jìn)行了改進(jìn)。2020年，huang等在期刊《journalofgeophysicsandengineering》上發(fā)表論文《ontheapplicabilityofarenormalizedbornseriesforseismicwavefieldmodellinginstronglyscatteringmedia》。從重整化角度重新闡釋了osnabrugge等人提出的修正born級(jí)數(shù)的物理意義，并通過數(shù)值算例驗(yàn)證了該方法在強(qiáng)擾動(dòng)散射介質(zhì)的地震波場(chǎng)正演模擬中的適用性。但是，由于地質(zhì)體為黏聲介質(zhì)，與一般的聲波介質(zhì)具有不同的物理特性，因此該方法無法直接應(yīng)用到散射波偏移成像，并且其全局預(yù)解因子的求取計(jì)算量相對(duì)較大，故該方法也不適于散射波數(shù)值模擬。

3、因此，如何提供一種新的散射波數(shù)值模擬方法，其能在黏聲介質(zhì)條件下快速且精準(zhǔn)的進(jìn)行散射波數(shù)值模擬，進(jìn)而揭示黏聲介質(zhì)中的散射波傳播規(guī)律，是本發(fā)明所需研究的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于預(yù)處理迭代法的黏聲介質(zhì)散射波數(shù)值模擬方法，利用基于預(yù)處理迭代法的黏聲介質(zhì)延拓算子對(duì)散射波進(jìn)行數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)在黏聲介質(zhì)條件下快速且精準(zhǔn)的進(jìn)行散射波數(shù)值模擬，進(jìn)而揭示黏聲介質(zhì)中的散射波傳播規(guī)律。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于預(yù)處理迭代法的黏聲介質(zhì)散射波數(shù)值模擬方法，包括以下步驟：

3、步驟一、在模擬環(huán)境中等間距呈一排布設(shè)多個(gè)檢波器形成觀測(cè)系統(tǒng)，并確定震源位置及激發(fā)地震波的主頻，在震源位置激發(fā)一次地震波，獲取對(duì)應(yīng)的地震記錄；該地震記錄包括反射波、散射波和直達(dá)波數(shù)據(jù)。

4、步驟二、設(shè)定地震散射波在探測(cè)區(qū)域傳播的速度模型參數(shù)，并確定地震散射波在探測(cè)區(qū)域中傳播時(shí)吸收衰減的模型。

5、步驟三、采用薄板劃分的思想，對(duì)步驟二的吸收衰減模型沿深度方向劃分成多個(gè)薄板，并確定每個(gè)薄板內(nèi)的速度參數(shù)和品質(zhì)因子參數(shù)。

6、步驟四、在震源位置加載上雷克子波，并利用傅里葉變換轉(zhuǎn)化到頻率波數(shù)域，將其作為初值進(jìn)行計(jì)算后獲取深度最小薄板的下行散射波場(chǎng)和一次上行散射波場(chǎng)，并將一次上行散射波場(chǎng)存儲(chǔ)；然后將深度最小薄板的下行散射波場(chǎng)值作為下方相鄰薄板的邊值條件繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，分別獲得下方相鄰薄板的下行散射波場(chǎng)和一次上行散射波場(chǎng)，如此重復(fù)，直至模型底部，獲取所有薄板的下行散射波場(chǎng)和一次上行散射波場(chǎng)。

7、步驟五、將深度最大薄板的一次上行散射波場(chǎng)作為上方相鄰薄板的邊值條件，重復(fù)步驟五的計(jì)算過程，獲得上方相鄰薄板的上行散射波場(chǎng)，并加上該薄板在步驟四計(jì)算得到的一次上行散射波場(chǎng)作為其上方相鄰薄板的邊值條件，并繼續(xù)步驟五的計(jì)算過程，如此重復(fù)，直至完成深度最小薄板的上行散射波場(chǎng)計(jì)算。

8、步驟六、將深度最小薄板的頻率域上行散射波場(chǎng)轉(zhuǎn)化成時(shí)間域，從而提取出各個(gè)檢波器的全部地震散射波記錄。

9、進(jìn)一步，所述步驟一沿各個(gè)檢波器及震源布設(shè)方向?yàn)閤軸、垂直于布設(shè)方向（即深度方向）為z軸建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)為（0.0，0.0）位置處；檢波器的數(shù)量為nx個(gè)，相鄰檢波器之間的距離為dr，第一個(gè)檢波器位置為（0.0，0.0）；震源位置為（nx/2，0.0），地震波的主頻為fhz，設(shè)置采樣間隔為lms，采樣時(shí)間長度為nt。

10、進(jìn)一步，所述步驟二中速度模型參數(shù)為?，其中?為坐標(biāo)參數(shù)，x軸的網(wǎng)格參數(shù)為nx，z軸的網(wǎng)格參數(shù)為nz，網(wǎng)格間距分別為dx和dz；基于速度模型參數(shù)計(jì)算品質(zhì)因子參數(shù)?，具體計(jì)算公式如下：

11、?（1）

12、所述吸收衰減的模型為kolsky-futterman模型，其補(bǔ)償公式的表達(dá)式為：

13、?（2）

14、其中?為復(fù)速度，?為參考頻率?對(duì)應(yīng)的速度近似值。

15、進(jìn)一步，所述步驟四具體為：

16、a、每個(gè)薄板內(nèi)將速度分解成背景速度和擾動(dòng)速度，即?，其中?為該薄板內(nèi)的背景速度；?為該薄板內(nèi)的擾動(dòng)速度；然后將品質(zhì)因子參數(shù)分解為背景參數(shù)?和擾動(dòng)參數(shù)?，即?。

17、b、求解薄板內(nèi)的虛部分量?和預(yù)解因子?。

18、c、?為邊值條件，即?，在頻率波數(shù)域進(jìn)行相移補(bǔ)償處理，獲得背景波場(chǎng)?，背景波場(chǎng)的計(jì)算公式：

19、?（3）

20、其中?為x方向上的橫向波數(shù)，?為網(wǎng)格間距，?為垂直波數(shù)，?。

21、d、將轉(zhuǎn)化到頻率空間域?進(jìn)行相移校正和補(bǔ)償，延拓公式為：

22、?（4）

23、其中：?。

24、e、深度最小薄板的下行散射波場(chǎng)計(jì)算公式如下：

25、?（5）

26、其中?為背景波場(chǎng)，?為深度最小薄板內(nèi)的預(yù)解因子，?，?，?，?為背景green函數(shù)，?，?為背景復(fù)速度。

27、f、深度最小薄板的一次上行散射波場(chǎng)計(jì)算公式如下：

28、?（6）

29、g、將深度最小薄板的下行散射波場(chǎng)，作為下方相鄰薄板的邊值條件，重復(fù)步驟a至f，計(jì)算下方相鄰薄板的下行散射波場(chǎng)?和一次上行散射波場(chǎng)?；如此重復(fù)，直至模型底部，獲取所有薄板的下行散射波場(chǎng)和一次上行散射波場(chǎng)。

30、進(jìn)一步，所述步驟五從深度最大向深度最小方向計(jì)算各個(gè)薄板的上行散場(chǎng)波場(chǎng)時(shí)需要將步驟四中所有計(jì)算公式虛部i前面乘以負(fù)號(hào)再進(jìn)行計(jì)算，這樣才能實(shí)現(xiàn)往深度最小方向的上行散射波場(chǎng)計(jì)算。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先在背景波數(shù)中引入一個(gè)小的虛部分量，進(jìn)而得到一個(gè)具有復(fù)波數(shù)的l-s方程，使該l-s方程對(duì)應(yīng)的背景格林函數(shù)帶有一個(gè)阻尼因子；然后，利用一個(gè)借助于上述小虛部分量定義的預(yù)解因子對(duì)帶有復(fù)波數(shù)的l-s方程進(jìn)行預(yù)處理；最后，利用迭代法對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的l-s方程進(jìn)行迭代求解，得到經(jīng)過復(fù)波數(shù)和預(yù)處理改進(jìn)的born級(jí)數(shù)；整個(gè)過程中，為了避免強(qiáng)擾動(dòng)介質(zhì)背景green函數(shù)的不穩(wěn)定性對(duì)散射波提取結(jié)果的影響，引入一個(gè)小的虛部衰減分量去改進(jìn)born級(jí)數(shù)在強(qiáng)擾動(dòng)介質(zhì)中的發(fā)散問題，利用預(yù)解因子進(jìn)一步加快計(jì)算效率。為了避免求解大型迭代矩陣的問題，利用薄板劃分的思想將速度模型劃分成一個(gè)個(gè)薄板，從而將全局計(jì)算轉(zhuǎn)化成局部計(jì)算，進(jìn)而構(gòu)建基于薄板近似的黏聲介質(zhì)預(yù)處理迭代法延拓算子，另外考慮到實(shí)際介質(zhì)的復(fù)雜性，利用kolsky-futterman模型對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行等效，更加符合實(shí)際情況。通過上述過程，最終實(shí)現(xiàn)效率較高且精度較好的提取地震散射波記錄。