CN101980052A - 叠前逆时偏移成像的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叠前逆时偏移成像的方法及装置，其中方法包括：在孔径范围内增加随机速度边界，生成随机边界速度模型；采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下；将所述正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。本发明提供的方法，能够提高叠前逆时偏移成像的速度，减小对于存储空间的需求。

Description

叠前逆时偏移成像的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及成像技术领域，尤其涉及一种叠前逆时偏移成像的方法及装置。

背景技术

随着油气田勘探程度的不断深化，油气勘探日益受到关注。采用传统的偏移方法无法圈定盐丘边界对盐下构造进行成像，而逆时偏移(Reverse Time Migration，简称RTM)成像方法采用双波动方程，可以精确地描述波的传播过程，利用多次波、回转波等对陡倾角以及反转构造进行准确成像，应用有限的偏移方法进行复杂地质构造成像。

现有的叠前逆时偏移成像方法包括如下的步骤：

读取孔径内的速度模型，生成震源子波，利用有限差分方法正演震源波场到最大接收时间，记录不同时刻的正演波场；

读取相同时刻的震源波场，并同时将单炮数据规则化，从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，反向传播回地下；

应用相关的成像技术，将震源波场和单炮数据进行相关，形成图像。

现有技术的这种成像方法中，正演震源波场是正向传播的，而单炮数据是反向传输的，所以，无法直接将获取到的震源波场和单炮数据直接进行相关来形成图像，而必须将震源波场和单炮数据中的一个先进行存储，然后再与另一个通过相关形成图像，这样，就需要巨大的存储空间。并且，由于需要先存储震源波场或者单炮数据，然后再将震源波场和单炮数据进行相关形成图像，所以，叠前逆时偏移成像的速度慢。

发明内容

本发明提供一种叠前逆时偏移成像的方法及装置，用以解决现有技术中需要的数据存储空间大、成像速度慢的问题，减小逆时偏移成像所需的存储空间的需求，提高逆时偏移成像的速度。

本发明提供了一种叠前逆时偏移成像的方法，包括：

读取预设参数，并读取孔径内的速度模型；

在孔径范围内增加随机速度边界，生成随机边界速度模型；

采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下；

将所述正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。

本发明还提供了一种叠前逆时偏移成像的装置，包括：

预处理模块，用于读取预设参数，并读取孔径内的速度模型；

生成模块，用于在孔径范围内增加随机边界速度，生成随机边界速度模型；

处理模块，与所述生成模块连接，用于采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，反向传播回地下；

相关模块，与所述处理模块连接，用于将所述正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。

本发明提供的叠前逆时偏移成像的方法及装置，采用随机边界速度模型正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下；正演波场和从地表接收的单炮数据均为反向传播，这样，在一个时刻可以同时获得正演波场和单炮数据的波场分布，可以将各个时刻获得的正演波场和单炮数据相关后获得图像。而无需先存储正演波场或者单炮数据的波场分布数据，这样就能够减小对于数据存储空间的需求，并且逆时偏移成像速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明叠前逆时偏移成像的方法实施例一的流程图；

图2所示为本发明叠前逆时偏移成像的方法实施例二的流程图；

图3所示为本发明叠前逆时偏移成像的装置的结构示意图；

图4所示为本发明实施例中涉及到的观测系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明叠前逆时偏移成像的方法实施例一的流程图，包括：

步骤101、读取预设参数，并读取孔径内的速度模型。预设参数可以包括偏移参数和单炮数据等。

步骤102、在孔径范围内增加随机速度边界，生成随机边界速度模型。

步骤103、采用随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，反向传播回地下。

现有技术中采用的速度模型具有吸收边界，采用这种速度模型正演波场时，正演波场不能反向传播，如果反向传播会导致波场失真。

在本发明的步骤103中，采用的是步骤102中基于孔径范围内增加的随机速度边界生成的随机边界模型，正演波场可以反向传播，而不会导致正演波场失真。

步骤104、将正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。正演波场和单炮数据是随着时间变化的，每一个时刻都有相应的波场分布。在步骤104中，具体可以是将每一时刻的正演波场和单炮数据进行相关。

在步骤104中，由于步骤103中的正演波场和单炮数据都是反向传播的，这样可以在每一个时刻同时得到正演波场和单炮数据，无需将正演波场或单炮数据每一个时刻的波场分布先存储后再进行相关，从而减小了数据存储空间的需求。

本发明实施例一提供的方法，采用随机边界速度模型正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，反向传播回地下；正演波场和从地表接收的单炮数据均为反向传播，这样，在一个时刻可以同时获得正演波场和单炮数据的波场分布，可以将各个时刻获得的正演波场和单炮数据相关后获得图像。而无需先存储正演波场或者单炮数据的波场分布数据，这样就能够减小对于数据存储空间的需求，并且逆时偏移成像速度快。

如图1所示的实施例中，步骤103可以由图形处理器(Graphic Processing Unit，简称GPU)执行。

GPU是从中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)衍生出来的一个概念，它是显卡的心脏，和显卡板载内存成为一个子系统，共同决定计算机系统的图形处理性能。GPU可以支持多线程处理。

在本发明实施例一中，是通过将正演波场和单炮数据相关来形成图像的。相关条件如公式(1)所示：

$\mathrm{image}(x,z)=\underset{\mathrm{time}}{\mathrm{\Σ}}S(x,z,t)R(x,z,t)---\left(1\right)$

公式(1)中，image(x，z)是成像结果，S(x，z，t)是正演波场，R(x，z，t)是单炮数据反向传播的波场。

公式(1)所示的相关条件是一种互相关成像条件，该相关条件容易实现，便于并行，不存在稳定性问题，并且可以处理多波至问题，不会丢失波场信息。

对于一个观测系统而言，一个点可以用(x，z)表示，波场信息的坐标定位可以通过网格点定义。波场传播时以及应用公式(1)所示的条件成像时，空间中的每个网格点都是解耦的，即彼此之间相互独立，所有的网格点可以并行计算，并行粒度很小，这样每个网格点的计算就可以通过GPU来进行。GPU与CPU相比，在处理这种小粒度并行的计算时，更具有优势。

在步骤103中，可以由GPU采用随机边界速度模型，将波场值分别映射到GPU的各个线程上，正演震源波场到最大接收时间，并且由GPU将单炮数据分别映射到GPU的各个线程上，分别在各个线程上将最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下

在步骤104中，可以由GPU采用公式(1)所示的互相关条件将正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。具体地，可以由GPU将各个网格点的正演波场和单炮数据分别映射到图形处理器的各个线程上进行相关。

通过这种方式，各个线程上的波场值可以并行计算，在相关时，各个网格点上的数据可以单独计算，从而可以提高计算速度，也就进一步提高了叠前逆时偏移成像的速度。

步骤101和102可以由CPU执行。

如图2所示为本发明叠前逆时偏移成像的方法实施例二的流程图，包括：

步骤201、CPU读取偏移参数。

步骤202、CPU确定时间延拓步长。

步骤203、CPU读取单炮数据。

步骤204、CPU确定偏移孔径范围。

步骤205、CPU读取孔径内的速度模型。

步骤206、CPU在孔径范围内添加随机速度边界，生成随机边界速度模型。

步骤207、CPU生成震源子波。

步骤208、CPU将震源子波和随机边界速度模型读入GPU中。

步骤209、GPU利用有限差分的方法正演震源波场到最大接收时间，具体地，可以将各个波场值分别映射到GPU的各个线程上。

步骤210、GPU分别在各个线程上从最大接收时间同时反向传播最后两个时刻的正演波场。

步骤211、CPU将单炮数据规则化。

步骤212、CPU将规则化后的单炮数据和孔径内的真实速度模型读入GPU。

步骤213、GPU分别在各个线程上从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下。

步骤214、GPU应用如公式(1)所示的相关条件将正演波场和单炮数据进行相关，相关时，各个网格点上的数据可以单独计算，这样可以加快相关的过程。

步骤215、GPU判断是否还有输入数据没有计算完毕，如果还有，则执行步骤203。如果所有输入数据已经计算完毕，则执行步骤216。

步骤216、GPU将成像结果拷贝到CPU中。

步骤217、CPU对成像结果进行去噪处理，即去除形成的图像中的噪声。

步骤218、CPU恢复成像结果的道头信息，输出成像结果。

实施例二中，各个步骤的先后顺序具体可以参见附图2。步骤207-210，与步骤211-213可以同时进行，也就是说涉及到正演波场反向传播的一系列处理步骤，和涉及到单炮数据反向传播的一系列处理步骤，可以同时进行。步骤214中，GPU一旦接收到正演波场和单炮数据后，即可以进行相关数据，而无需等到所有的数据传播完毕之后再进行相关。

实施例二中，采用CPU和GPU结合的方式来成像，GPU负责处理计算量大的地震波场延拓部分，从而提高了成像速度。

如图3所示为本发明叠前逆时偏移成像装置的结构示意图，该装置包括：预处理模块11、生成模块12、处理模块13和相关模块14。其中，预处理模块11用于读取预设参数，并读取孔径内的速度模型。生成模块12与预处理模块11连接，用于在预处理模块11读取的孔径内的模型的孔径范围内增加随机边界速度，生成随机边界速度模型。处理模块13与生成模块12连接，用于采用随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下。相关模块14，与处理模块13连接，用于将正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。

其中处理模块13可以是GPU。处理模块13具体可以用于采用随机边界速度模型，将波场值分别映射到各个线程上，正演震源波场到最大接收时间，并且将单炮数据分别映射到各个线程上，分别在各个线程上将从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下。

相关模块14具体可以用于采用互相关条件，将各个网格点的正演波场和单炮数据分别映射到各个线程上进行相关。

本发明提供的装置，处理模块采用随机边界速度模型正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将单炮数据反向传播回地下；正演波场和从地表接收的单炮数据均为反向传播，这样，在一个时刻可以同时获得正演波场和单炮数据的波场分布，相关模块可以将各个时刻获得的正演波场和单炮数据相关后获得图像。而无需先存储正演波场或者单炮数据的波场分布数据，这样就能够减小对于数据存储空间的需求，并且逆时偏移成像速度快。

当处理模块是GPU时，GPU可以将波场值分别映射到各个线程上，正演震源波场到最大接收时间，并且将单炮数据分别映射到各个线程上，分别在各个线程上将从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，各个线程并行处理，可以进一步提高逆时偏移成像的速度。

下面通过具体的例子来说明本发明提供的叠前逆时偏移成像方法及装置的效果。

该例子中，是采用本发明提供的方法对盐丘内部构造成像。如下是进行成像时的一些具体条件。

运行环境：Linux操作系统

输入数据：地震数据的炮记录、地质速度模型(二进制格式)

输出数据：地震偏移成像剖面数据体

1、观测系统定义：

利用原点坐标和方位角信息定义矩形处理工区网格，原点用fx＝0和fy＝0来指定，方位角用参数sita＝30来指定。其中fx，fy分别代表速度模型起始点的地面坐标，sita表示主测线方向与X轴的夹角，如图4所示为本发明实施例中涉及到的观测系统示意图。

2、数据规则化和任务分配：

将地震数据的炮记录作为输入，并给出所用的节点个数和观测系统中的原点坐标和方位角参数，将准备好的数据分发到各个节点去。

任务的分配，首先手工建立一个标准的参数文件，该参数文件的实例如下：

建立好标准作业参数文件后，生成批量作业的参数文件用以不同节点的偏移作业。

3、偏移成像

单独运行偏移作业或者批量运行偏移程序

4、数据合并输出

数据合并是指的偏移作业运行完毕后的整合叠加，即将所有的数据叠加生成偏移剖面。

5、偏移结果的去噪处理

逆时偏移算法会造成波的传播射线上的成像假象，该噪音的去除是利用去噪模块来实现的。

采用上述方法进行成像和采用现有的方法进行成像的比较结果如下：

从上述的比较结果可以看出，与现有的方法相比，本发明实施例提供的方法，大大缩短了成像时间，并且对于数据存储空间的需求大幅减小。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种叠前逆时偏移成像的方法，其特征在于，包括：

读取预设参数，并读取孔径内的速度模型；

在孔径范围内增加随机速度边界，生成随机边界速度模型；

采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下；

将所述正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，反向传播回地下，包括：

由图形处理器采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且由图形处理器从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由图形处理器采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，并且由图形处理器从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下，包括：

由图形处理器采用所述随机边界速度模型，将波场值分别映射到图形处理器的各个线程上，正演震源波场到最大接收时间，并且由图形处理器将单炮数据分别映射到图形处理器的各个线程上，分别在各个线程上将从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，将所述正演波场和单炮数据进行相关，包括：

由图形处理器采用互相关条件将所述正演波场和单炮数据进行相关。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由图形处理器采用互相关条件将所述正演波场和单炮数据进行相关，包括：

由所述图形处理器将各个网格点的正演波场和单炮数据分别映射到图形处理器的各个线程上进行相关。

6.一种叠前逆时偏移成像的装置，其特征在于，包括：

预处理模块，用于读取预设参数，并读取孔径内的速度模型；

生成模块，用于在孔径范围内增加随机边界速度，生成随机边界速度模型；

处理模块，与所述生成模块连接，用于采用所述随机边界速度模型，正演震源波场到最大接收时间，从最大接收时间反向传播最后两个正演波场，并且从最大接收时间反向传播地表接收到的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下；

相关模块，与所述处理模块连接，用于将所述正演波场和单炮数据进行相关，形成图像。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块为图形处理器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于采用所述随机边界速度模型，将波场值分别映射到各个线程上，正演震源波场到最大接收时间，并且将单炮数据分别映射到各个线程上，分别在各个线程上将从最大接收时间反向传播地表接收的单炮数据，将所述单炮数据反向传播回地下。

9.根据权利要求6-8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述相关模块具体用于采用互相关条件，将各个网格点的正演波场和单炮数据分别映射到各个线程上进行相关。

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