CN107664769B - 一种角度域共成像点道集提取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种角度域共成像点道集提取方法和装置。该方法包括以下步骤：计算当前时刻的波场传播角度；根据所述传播角度计算波数范围；根据所述波数范围计算保幅波场能量值；以及基于所述传播角度确定成像角度位置，利用所述波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集。根据本发明的角度域共成像点道集提取方法和装置通过利用正则化坡印廷矢量方法计算波场传播角度从而实现针对逆时偏移算法的高效快速角度域共成像点道集提取。

Description

一种角度域共成像点道集提取方法和装置
技术领域
本发明涉及地质勘测领域，更具体地，涉及一种角度域共成像点道集提取方法和一种角度域共成像点道集提取装置。
背景技术
我国的石油勘探面临复杂地表、复杂构造、复杂成因等多方面的难题。其中，叠前深度偏移成像技术仍然是解决这些问题的基础。
目前理论上最准确的成像方法是逆时偏移方法，该方法直接求解波动方程，具有无传播角度限制，能对回折波、多次波成像等特点，该方法在速度剧烈变化时仍能够准确成像，并且己发展为各向异性(VTI，TTI)介质的深度成像方法。2007年GPU(GraphicProcessing Unit)作为CPU的协处理器在通用计算领域出现后，使得逆时偏移算法相比于CPU而言获得几十倍的速度提升，并且在工业界得到广泛应用。随着GPU高性能计算的快速发展，我国已将逆时偏移做为工业生产的一项重要任务。
发明人发现，在逆时偏移技术飞速发展的同时仍然需要面临：强低频背景噪音、速度分析工具不足、振幅不保真等困难。角度域共成像点道集的提取正是解决这些问题的基础性关键环节。因此，有必要提出一种快速、高分辨率、稳定的角度域共成像点道集提取方法。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种角度域共成像点道集提取方法和装置，其通过利用正则化坡印廷矢量方法计算波场传播角度从而实现针对逆时偏移算法的高效快速角度域共成像点道集提取。
根据本发明的一方面，提出一种角度域共成像点道集提取方法。该方法可以包括以下步骤：计算当前时刻的波场传播角度；根据所述传播角度计算波数范围；根据所述波数范围计算保幅波场能量值；以及基于所述传播角度确定成像角度位置，利用所述波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集。
优选地，所述计算当前时刻的波场传播角度可以包括：将每个空间点在x、y、z方向上的波场空间导数形成矢量，基于所述矢量确定每个空间点的波场传播角度。
优选地，所述根据所述传播角度计算波数范围可以包括：计算每个空间点的波场传播角度在x、y、z方向上所对应的波数，从而确定x、y、z方向上的波数范围。
优选地，所述根据所述波数范围计算保幅波场能量值可以包括：利用傅里叶累加算法计算在x、y、z方向上的波数范围内的对应波场能量值。
根据本发明的另一方面，提出一种角度域共成像点道集提取装置。该装置可以包括：用于计算当前时刻的波场传播角度的单元；用于根据所述传播角度计算波数范围的单元；用于根据所述波数范围计算保幅波场能量值的单元；以及用于基于所述传播角度确定成像角度位置，利用所述波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集的单元。
优选地，所述计算当前时刻的波场传播角度可以包括：将每个空间点在x、y、z方向上的波场空间导数形成矢量，基于所述矢量确定每个空间点的波场传播角度。
优选地，所述根据所述传播角度计算波数范围可以包括：计算每个空间点的波场传播角度在x、y、z方向上所对应的波数，从而确定x、y、z方向上的波数范围。
优选地，所述根据所述波数范围计算保幅波场能量值可以包括：利用傅里叶累加算法计算在x、y、z方向上的波数范围内的对应波场能量值。
本发明通过分析了现有算法的问题和弊端，提出全新的实现流程，在算法源头设计了基于正则化坡印廷矢量计算波场传播角度的角度域共成像点道集提取方法，提高了角度域共成像点道集的保幅特性并大幅减少了计算量，提高了计算效率。
本公开的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本公开的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有技术的角度域共成像点道集提取方法的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的角度域共成像点道集提取方法的流程图。
图3示出了应用本发明的单炮逆时偏移的流程图。
图4示出了应用示例所使用的速度模型。
图5示出了应用本发明的单炮逆时偏移输出的全部角度域共成像点道集图像。
图6(a)和6(b)示出了应用现有技术和应用本发明的角度域共成像点道集提取方法的计算结果对比。
图7示出了本发明的角度提取方法与现有技术方法的计算效率对比。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
首先介绍现有技术的角度域共成像点道集提取方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：对当前时刻的波场进行3D傅里叶变换。
空间波场在三个维度依次进行傅里叶变换。该步骤把波场从空间域转换到波数域，获得了波数域波场能量值。
步骤2：在波数域计算波场传播角度。
3D波数空间中的每一个空间点对应一个波场传播角度，该步骤计算出所有空间点的角度。
步骤3：选择主能量角度范围。
根据波数域的波场传播角度，选择一定门槛能量值以上的角度值，其为真正的有效波场传播角度。
步骤4：相关成像形成角度域共成像点道集。
在空间域对波场进行相关成像，利用上述角度值的位置输出相关成像结果到角度域共成像点道集。
现有技术的角度域共成像点道集提取方法的问题在于：将波场从空间域转换到波数域的计算量巨大；波数域中的传播角度计算受离散采样的影响，若采样不足则导致角度计算不精确；此外门槛能量值难以确定并且成像道集结果不保幅。
图2示出了根据本发明的一个实施例的角度域共成像点道集提取方法的流程图。该方法可以包括以下步骤：
步骤1：计算当前时刻的波场传播角度。
对当前时刻的波场以正则化坡印廷矢量方法计算波场传播角度。具体地，将每个空间点在x、y、z方向上的波场空间导数D(x)、D(y)、D(z)形成矢量A，该矢量A的方向即为每个空间点的波场传播角度。
步骤2：根据所述传播角度计算波数范围。
具体地，由于3D波数空间中的每个空间点对应一个波场传播角度，计算每个空间点的波场传播角度在x、y、z方向上所对应的波数K(x)、K(y)、K(z)，从而确定x、y、z方向上的波数范围。
步骤3：根据所述波数值范围计算保幅波场能量值。
具体地，利用傅里叶累加算法计算在x、y、z方向上的波数范围内的对应波场能量值。
步骤4，基于步骤1计算得到的波场传播角度确定成像角度位置，利用步骤3计算的波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集。
角度域共成像点道集实质上是相关成像的结果。相关成像是在每一个空间点上波场能量的乘积，该乘积需要累加在步骤1确定的角度位置上。通过多炮的叠加每个角度位置都会有成像结果，同一个角度位置也会存在多次累加。
本实施例通过利用正则化坡印廷矢量方法计算波场传播角度从而实现针对逆时偏移算法的高效快速角度域共成像点道集提取。本发明的角度域共成像点道集提取方法计算量小，无需门槛值限制即可实现精确定位，并且成像道集保幅，更适合于地震解释工作。
应用示例
下面以本发明的角度域共成像点道集提取方法与现有技术的角度域共成像点道集提取方法进行测试对比。
应用示例的硬件环境为：
处理器：Intel(R)Xeon(R)2.66GHz；
内存：48GB；
GPU处理器：Nvidia GPU K10
操作系统：Red Hat Enterpise Linux 4-64 Update 5；
并行计算环境：MPICH1.2.6。
在该应用示例中，共有20个计算节点，节点之间的数据传输采用万兆以太网连接方式实现。
图3示出了应用本发明的单炮逆时偏移的流程图。选择如图4所示的速度模型作为数据模型，观测系统为地表宽方位采集整个网格同时接收反射地震波，网格维度为(901，901，501)并网格面元为(15m，15m，10m)的三维采集方式，单炮的设计为(30m，30m)的网格点加入人工震源，可以计算出单炮数为450X450＝202500炮，总数据体为3TB。利用应用本发明的单炮逆时偏移算法对给定的单炮数据进行偏移成像并且输出角度域共成像点道集，所输出的全部角度域共成像点道集图像如图5所示，其表明整体形态与速度模型吻合，证明了本发明的角度域共成像点道集提取方法的正确性。
应用现有技术和应用本发明的角度域共成像点道集提取方法的计算结果对比如图6(a)和6(b)所示，其中，图6(a)为应用现有技术的角度域共成像点道集提取方法进行逆时偏移所输出的角度域共成像点道集图像的局部放大图，图6(b)为应用本发明的角度域共成像点道集提取方法进行逆时偏移所输出的角度域共成像点道集图像的局部放大图。根据计算结果的对比可知，本发明的角度提集提取方法在整体上与现有技术的基本相当，但由于本发明的方法角度计算更加精确，保幅特性更好，因此在细节上信噪比更高。另外，本发明的角度提取方法与现有技术方法的计算效率对比如图7所示，其中现有技术方法和本发明的方法分别统计了前800炮的时间而绘制的时间曲线。现有技术方法运行时间为56小时，利用本发明的并行方案花费11小时，整体上计算效率提升了5倍左右。
因为本发明的实施例仅使用了人工模型数据测试，规模较小。若应用于石油勘探领域的实际资料的地震波成像，现有技术方法通常完成整个逆时偏移需要按月来估算。本发明可以节省大量的时间和机时费，是减少服务成本、提高勘探效率的有利方法。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种角度域共成像点道集提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
计算当前时刻的波场传播角度；
根据所述传播角度计算波数范围；
根据所述波数范围计算保幅波场能量值；以及
基于所述传播角度确定成像角度位置，利用所述波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集；
其中，所述计算当前时刻的波场传播角度包括：
将每个空间点在x、y、z方向上的波场空间导数形成矢量，基于所述矢量确定每个空间点的波场传播角度；
其中，相关成像是在每一个空间点上波场能量的乘积，该乘积累加在波场传播角度位置上。
2.根据权利要求1所述的角度域共成像点道集提取方法，其特征在于，所述根据所述传播角度计算波数范围包括：
计算每个空间点的波场传播角度在x、y、z方向上所对应的波数，从而确定x、y、z方向上的波数范围。
3.根据权利要求2所述的角度域共成像点道集提取方法，其特征在于，所述根据所述波数范围计算保幅波场能量值包括：
利用傅里叶累加算法计算在x、y、z方向上的波数范围内的对应波场能量值。
4.一种角度域共成像点道集提取装置，其特征在于，所述装置包括：
用于计算当前时刻的波场传播角度的单元；
用于根据所述传播角度计算波数范围的单元；
用于根据所述波数范围计算保幅波场能量值的单元；以及
用于基于所述传播角度确定成像角度位置，利用所述波场能量值进行相关成像并输出所述相关成像结果到角度域共成像点道集的单元；
其中，所述计算当前时刻的波场的传播角度包括：
将每个空间点在x、y、z方向上的波场空间导数形成矢量，基于所述矢量确定每个空间点的波场传播角度；
其中，相关成像是在每一个空间点上波场能量的乘积，该乘积累加在波场传播角度位置上。
5.根据权利要求4所述的角度域共成像点道集提取装置，其特征在于，所述根据所述传播角度计算波数范围包括：
计算每个空间点的波场传播角度在x、y、z方向上所对应的波数，从而确定x、y、z方向上的波数范围。
6.根据权利要求5所述的角度域共成像点道集提取装置，其特征在于，所述根据所述波数范围计算保幅波场能量值包括：
利用傅里叶累加算法计算在x、y、z方向上的波数范围内的对应波场能量值。
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