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提高复杂海洋环境下地震成像精度是深水区油气资源勘探的关键问题。中尺度涡是比较常见的海洋中尺度现象,研究中尺度涡对地震波传播和地震成像的影响对提高深水区地震成像精度具有十分重要的意义。本文将波动方程方法推广到非均匀运动水体情况,计算了中尺度涡对地震波传播时间,地震成像深度的影响。进一步地,本文利用PE(parabolicequation)方法研究了中尺度涡引起目标地层成像畸变的机理,并提出了一种校核中尺度涡影响下目标地层成像畸变的方法。具体研究工作有以下四个方面:
1.系统分析了中尺度涡对声波传播损失的影响。基于南海实测的温盐数据,并结合经典的旋涡模型模拟了南海中尺度涡的三维声速和流速分布。应用渐近方法,将PE方法推广到三维非均匀运动水体情况,并计算分析了中尺度涡对声波传播损失影响的三维特征。
2.研究中尺度涡对地震成像的影响。推导了适用于非均匀运动水体的波动方程。通过模拟地震波场和合成地震记录,分析了中尺度涡内反射层特征及其对传播时间的影响。通过对不同形状的地层进行反演成像,获得了中尺度涡对目标地层成像深度影响的规律,给出了深度误差与偏移速度、传播时间的定量关系。该结果可用于指导深海地震资料处理过程中深度误差的校正,提高地震成像的精度。
3.研究了中尺度涡影响下目标地层成像畸变的机理。将PE方法与地震数值模拟方法相结合,模拟了不同声源频率、不同水深条件下自激自收的地震波场。计算结果显示,地震成像畸变随着海水深度、震源频率的增加而增大。机理分析表明,中尺度涡所带来的水体温度梯度变化是产生地震成像畸变的主要因素。基于文中所给出的的南海暖涡,得到了有效涡强度、温度差与最大地形畸变率三者之间的定量关系。
4.探讨校核中尺度涡造成目标地层成像畸变的方法。从理论上分析了PE方法得到的地形畸变率和波动方程方法得到的时间扰动率对有涡和没有涡时声速差的依赖关系。在此基础上,比较了几个典型有效涡强度情况下的地形畸变率和时间扰动率,得到了两者的定量关系式,实现了两个畸变率之间的相互转换。这个结果有助于提高中尺度涡引起的地震成像畸变的计算效率。