CN102269820B - 一种三维地震叠前逆时偏移成像方法 - Google Patents

Abstract

一种基于GPU小存储量交错网格三维地震叠前逆时偏移成像方法，是一种针对复杂构造三维叠前深度偏移成像的十分重要技术。实现了基于双程波方程的逆时偏移方法，可使回转波和大角度反射波准确成像，同时解决了该方法计算量较大难题。利用基于GPU硬件的并行计算技术和交错网格差分格式、检查点存储等技术，依托拉普拉斯成像条件，实现了三维地震数据叠前逆时偏移成像，极大地缩短了计算时间，计算效率提高了数百倍，成像精度得到了显著的提高。

Description

一种三维地震叠前逆时偏移成像方法

技术领域

本发明涉及三维地震数据叠前深度偏移成像技术，具体的说是一种针对复杂构造三维叠前深度偏移成像，实现了基于双程波方程的逆时偏移方法，可使回转波和大角度反射波准确成像。

技术背景

在复杂构造情况下，叠前深度偏移技术是必不可少的重要工具。使用双程波方程的逆时偏移方法可以使回转波和反射波同时成像，成像角度不受限制，振幅准确。逆时偏移的缺点是计算量较大，但随着近年来并行计算技术的发展，利用GPU的并行计算技术可实现三维叠前逆时偏移，在技术的理论和计算硬件方面都成为了可能。

发明内容

本发明是提供一种针对复杂构造，可使回转波和大角度反射波准确成像的基于双程波方程的叠前深度逆时偏移方法。

本发明的基于GPU小存储量交错网格三维地震叠前逆时偏移成像方法，创新点主要有如下五点：

(1)依据复杂构造的特点，利用了拉普拉斯成像条件，有效地压制了传统互相关成像产生的低频噪声；

(2)读取叠前地震道集数据，存储于GPU运算缓存中；

(3)在求解波动方程时使用了交错网格的高阶差分技术，有效地压制了频散；

(4)使用检查点方法，显著地减少了磁盘的使用量和数据交换量，提高了整体的运行速度；

(5)很好地实现了大角度和回转波地震数据的叠前三维深度逆时偏移成像。

本发明的具体实现原理如下：

(1)波动方程：

$\frac{{\∂}^{2}u}{\∂t^2}=C^2(\frac{{\∂}^{2}u}{\∂x^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂y^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂z^2})$ ..........方程(1)

方程(1)的有限差分近似形式：uⁿ⁺¹＝2uⁿ-u^n-1+Δt²c²L(uⁿ)

其中L是拉普拉斯算子的差分近似。本发明使用的是高阶交错网格近似形式。

(2)逆时偏移需要保存震源波场，对于三维工区存储量十分庞大，通常以Tb计量。本发明使用检查点方法，按照某种特殊形式保存震源波场，在使用震源波场时，由存储的震源波场重新计算出符合条件的新震源波场，从而显著地减少了存储量。

(3)逆时偏移时，如果使用通常的互相关成像准则，容易出项大量的低频噪声。为了克服这一问题，本发明使用了一种新的拉普拉斯成像条件。

$I^2(x,y,z)=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}S(x,y,z,t)R(x,y,z,t),$ 互相关成像条件

$I_1(x,y,z)=G{\▿}^2{I}_0$ ，新的成像条件

其中是拉普拉斯算子，G是高斯滤波。

附图说明

图1-图3是本发明在BP模型中的叠前逆时深度偏移成像结果，图1是大角度(近垂直)反射面部分的成像结果，图2是回转波部分的成像结果，图3是隐含的断面部分的成像结果。

图4是本发明在著名的SEG-MARMOUSI模型上的成像结果，大角度断面清晰成像。

具体实施方式

本发明的基于GPU小存储量交错网格三维地震叠前逆时偏移成像方法，其具体实施方式为：

(1)读取叠前地震道集数据，存储于GPU运算缓存中；

(2)给出震源记录，求解波动方程；

(3)算出正演波场，采用检查点方法存储在磁盘阵列上；

(4)将地震记录逆时排列；

(5)计算出逆时传播的接收点波场；

(6)对已计算出的正演波场和接收点波场，应用新的拉普拉斯成像条件，获得复杂构造最终的三维地震叠前逆时深度偏移成像结果。

Claims (4)

1.一种三维地震叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)、给出震源记录，求解波动方程，算出正演波场，并压缩存储在硬盘中；其中波动方程：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂t}^2}=C^2(\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂x}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂y}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂z^2})$ ..........方程(1)

方程(1)的有限差分近似形式：uⁿ⁺¹＝2uⁿ-u^n-1+Δt²c²L(uⁿ)

其中L是拉普拉斯算子的差分近似，本发明使用的是高阶交错网格近似形式；

2)、将地震记录逆时排列，算出逆时传播的接收点波场；

3)、对已计算的正演波场和接收点波场，应用成像条件，获得最终地震成像结果，使用拉普拉斯成像条件

$I^2(x,y,z)=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}S(x,y,z,t)R(x,y,z,t),$ 互相关成像条件

$I_1(x,y,z)=G{\▿}^2{I}_0,$ 新的成像条件

其中是拉普拉斯算子，G是高斯滤波。

2.根据权利要求1所述的一种三维地震叠前逆时偏移成像方法，利用了拉普拉斯成像条件。

3.根据权利要求1所述的一种三维地震叠前逆时偏移成像方法，使用交错网格的高阶差分技术求解波动方程。

4.根据权利要求1所述的一种三维地震叠前逆时偏移成像方法，使用检查点方法。