CN108919356B - 一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统及方法，属于石油地球物理勘探领域，输入偏移模型和炮记录；将偏移模型转换到计算域；正向延拓得到计算域波场正传波场快照；得到能够准确校正振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓方程，得到计算域波场反传的波场快照；引入一种计算域稳定化算子压制反向延拓的高频噪音；将正向延拓和反向延拓的波场快照反变换到物理域；应用物理域零相位互相关成像条件得到成像结果并输出成像结果。本发明能够准确校正不规则沙丘地表对地震波波传播的影响，同时可以校正松散的沙丘地表对地震记录能量的衰减和相位的频散，得到准确大沙漠区地震采集数据的高精度成像结果。
Description
技术领域
本发明属于石油地球物理勘探领域，具体涉及一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统及方法。
背景技术
大沙漠地区近地表松散的沙丘地表条件和复杂的起伏地表结构给沙漠区采集数据的成像带来了极大的困难。松散的地表对地震波能量的吸收和衰减非常强烈，因此需要在成像过程中对衰减的地震波能量进行补偿。因松散的沙丘地表导致的强衰减作用，大沙漠区采集数据的初至不明显难以拾取，且数百米起伏高差的沙垄和沙丘导致初至曲线存在非常明显的扭曲畸变，因此大沙漠区采集数据存在较为突出的静校正问题，因此需要针对大沙漠采集数据研究针对不规则衰减沙丘地表的成像技术。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统，包括输入模块、坐标变换模块、波场正向延拓模块、波场反向延拓模块、稳定化算子模块、坐标反变换模块、互相关成像模块和输出模块；
输入模块，被配置为用于输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
坐标变换模块，被配置为用于将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
波场正向延拓模块，被配置为用于正向延拓更新波场，得到计算域波场正传波场快照；
波场反向延拓模块，被配置为用于得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
稳定化算子模块，被配置为用于引入一种计算域稳定化算子压制波场反向延拓的高频噪音；
坐标反变换模块，被配置为用于将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
互相关成像模块，被配置为用于应用物理域零相位互相关成像条件得到成像结果；
输出模块，被配置为用于输出大沙漠区采集数据的成像结果。
此外，本发明还提到一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，该方法采用如上所述的稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统，包括如下步骤：
步骤1：通过输入模块，输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
步骤2：通过坐标变换模块，采用式(1)将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
其中，(x，z)表示物理域的坐标表达式；(ξ，η)表示计算域的坐标表达式；
步骤3：通过波场正向延拓模块，采用波动方程进行正向延拓更新波场，在正向延拓过程中补偿振幅衰减、校正相位频散，得到计算域波场正传波场快照；
步骤4：通过波场反向延拓模块，得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，如式(8)所示，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
其中，pR为反向延拓的波场快照，dobs为输入的实际观测炮记录；
步骤5：通过稳定化算子模块，引入一种计算域稳定化算子得到波场反向延拓波动方程，来压制波场反向延拓的高频噪音；
步骤6：通过坐标反变换模块，将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
步骤7：通过互相关成像模块，应用如式(19)所示的物理域零相位互相关成像条件得到成像结果，并通过输出模块，输出大沙漠区采集数据的成像结果：
其中，x＝(x,z)表示物理域坐标，T表示记录时间，I表示成像结果。
优选地，在步骤3中，波动方程如式(2)所示：
其中，f表示震源，v0为零频速度，ps为正向延拓的声压场，t为时间；τ为松弛时间，由品质因子Q计算得到：A(ξ)、B(ξ,η)和C(η)分别由式(3)、(4)、(5)求得：
上式所示的波动方程中的第二项为振幅衰减项，第三项为相位频散项；当模拟振幅衰减时，第二项的符号为正号，当进行衰减补偿时，第二项的符号变为负号；在进行相位频散校正时，第三项的符号保持不变；在沙漠区不规则衰减地表条件下，振幅衰减的影响要远大于相位频散的影响，如果只对振幅衰减进行补偿，采用如下所示的波动方程进行波场正向延拓：
其中，v表示偏移速度；
采用如式(7)所示的伪谱法波场递推公式进行波场计算：
优选地，在步骤5中，波场反向延拓波动方程如式(9)所示：
为消除一阶项，定义Λt如下：
引入变量qR，使得qR满足下式：
qR(x,t)＝ΛtpR(x,t) (11)；
将方程(11)代入到不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程中，并略去震源项可得：
的一阶偏导数和二阶偏导数为：
将方程(13)和(14)代入到方程(12)中并进行简化可得：
从方程(15)我们可看出该方程不再包含一阶时间偏导数，形成了接近于二阶声波方程的波动方程，则衰减的波场反向延拓波动方程等价于：
为压制高频噪音，引入一个稳定化项到指数项中，则方程(16)可变为：
其中，σ为规则化参数；
将方程组(17)中的两个方程结合并进行简化，可得引入稳定化算子的波场反向延拓波动方程：
本发明所带来的有益技术效果：
本发明可以在沙漠区无法准确获得高程静校正量的情况下，准确校正不规则沙丘地表对地震波波传播的影响，同时可以校正松散的沙丘地表对地震记录能量的衰减和相位的频散，在沙漠区采集数据的成像中发挥很大的作用；本发明提出了振幅衰减和相位频散校正的正向延拓衰减补偿波动方程，同时引入一种计算域的稳定化算子，提出了稳定地振幅衰减和相位频散校正的反向延拓波动方程，所有波动方程都是基于正交网格剖分的计算域中实现的，可以准确实现大沙漠区的地震数据成像。
附图说明
图1为本发明的一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法的流程图；
图2为本发明使用的起伏地表洼陷衰减介质模型示意图。(a)物理域的速度模型；(b)物理域的Q模型；(c)计算域速度模型；(d)计算域Q模型；
图3为本发明使用的正交网格剖分图。(a)全局网格图；(b)部分放图；
图4为实际炮记录示意图。(a)本发明输入的炮记录；(b)作为对比的无衰减的炮记录；
图5为正传波场快照图。(a)本发明；(b)无衰减补偿
图6为反传波场快照图。(a)本发明；(b)无衰减补偿
图7为成像结果示意图。(a)无衰减补偿；(b)本发明；
图8为大沙漠区实际资料的偏移模型示意图。(a)偏移速度；(b)偏移Q场。
图9为大沙漠区实际资料的成像结果示意图。(a)无衰减补偿；(b)本发明；
图10为本发明中一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统，其结构如图10所示，包括输入模块、坐标变换模块、波场正向延拓模块、波场反向延拓模块、稳定化算子模块、坐标反变换模块、互相关成像模块和输出模块；
输入模块，被配置为用于输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
坐标变换模块，被配置为用于将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
波场正向延拓模块，被配置为用于正向延拓更新波场，得到计算域波场正传波场快照；
波场反向延拓模块，被配置为用于得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
稳定化算子模块，被配置为用于引入一种计算域稳定化算子压制波场反向延拓的高频噪音；
坐标反变换模块，被配置为用于将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
互相关成像模块，被配置为用于应用物理域零相位互相关成像条件得到成像结果；
输出模块，被配置为用于输出大沙漠区采集数据的成像结果。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本发明还提到一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，其流程如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1：通过输入模块，输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
步骤2：通过坐标变换模块，采用式(1)将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
其中，(x，z)表示物理域的坐标表达式；(ξ，η)表示计算域的坐标表达式；
步骤3：通过波场正向延拓模块，采用波动方程进行正向延拓更新波场，在正向延拓过程中补偿振幅衰减、校正相位频散，得到计算域波场正传波场快照；
波动方程如式(2)所示：
其中，f表示震源，v0为零频速度，ps为正向延拓的声压场，t为时间；τ为松弛时间，由品质因子Q计算得到：A(ξ)、B(ξ,η)和C(η)分别由式(3)、(4)、(5)求得：
上式所示的波动方程中的第二项为振幅衰减项，第三项为相位频散项；当模拟振幅衰减时，第二项的符号为正号，当进行衰减补偿时，第二项的符号变为负号；在进行相位频散校正时，第三项的符号保持不变；在沙漠区不规则衰减地表条件下，振幅衰减的影响要远大于相位频散的影响，如果只对振幅衰减进行补偿，采用如下所示的波动方程进行波场正向延拓：
其中，v表示偏移速度；
采用如式(7)所示的伪谱法波场递推公式进行波场计算：
步骤4：通过波场反向延拓模块，得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，如式(8)所示，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
其中，pR为反向延拓的波场快照，dobs为输入的实际观测炮记录；
步骤5：通过稳定化算子模块，引入一种计算域稳定化算子得到波场反向延拓波动方程，来压制波场反向延拓的高频噪音；
波场反向延拓波动方程如式(9)所示：
为消除一阶项，定义Λt如下：
引入变量qR，使得qR满足下式：
qR(x,t)＝ΛtpR(x,t) (11)；
将方程(11)代入到不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程中，并略去震源项可得：
的一阶偏导数和二阶偏导数为：
将方程(13)和(14)代入到方程(12)中并进行简化可得：
从方程(15)我们可看出该方程不再包含一阶时间偏导数，形成了接近于二阶声波方程的波动方程，则衰减的波场反向延拓波动方程等价于：
为压制高频噪音，引入一个稳定化项到指数项中，则方程(16)可变为：
其中，σ为规则化参数；
将方程组(17)中的两个方程结合并进行简化，可得引入稳定化算子的波场反向延拓波动方程：
步骤6：通过坐标反变换模块，将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
步骤7：通过互相关成像模块，应用如式(19)所示的物理域零相位互相关成像条件得到成像结果，并通过输出模块，输出大沙漠区采集数据的成像结果：
其中，x＝(x,z)表示物理域坐标，T表示记录时间，I表示成像结果。
本发明在沙漠区无法准确获得高程静校正量的情况下，准确校正不规则沙丘地表对地震波波传播的影响，同时可以校正松散的沙丘地表对地震记录能量的衰减和相位的频散。在沙漠区采集数据的成像中发挥很大的作用。
应用实验例1
本发明一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，应用于一个典型的洼陷不规则地表衰减模型数据，取得了理想的计算效果。输入物理域大沙漠区偏移速度模型(如图2a所示)、Q模型(如图2b所示)和实际观测炮记录(如图4a所示)，并建立观测系统；生成正交曲网格(如图3所示)，将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域中的偏移速度模型(如图2c所示)和Q模型(如图2d所示)；正向延拓更新波场，得到计算域波场正传波场快照；得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传的波场快照；引入一种计算域稳定化算子压制波场反向延拓的高频噪音；将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域的正向延拓波场快照(如图5a所示)与反传延拓波场快照(如图6a所示)，从图6a中可以看出，经过引入计算域稳定化算子压制波场反向延拓的高频噪音后，波场稳定，无高频噪音；应用物理域零相位互相关成像条件得到成像结果，并输出大沙漠区采集数据的成像结果(如图7b所示)。作为对比，给出常规无衰减炮记录(如图4b所示)，从图中箭头位置所示，实际衰减炮记录能量明显衰减。常规无衰减补偿的正传波场快照和反传波场快照分别如图5b和6b所示。得到的常规无衰减补偿的成像结果如图7a所示。通过对比可以看出，本发明得到的成像结果衰减得到了很好地补偿。
应用实验例2
本发明一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，应用于一个大沙漠区实际数据，取得了理想的计算效果。图8a和8b分别表示计算域的偏移速度场和偏移Q场。图9a表示本发明得到的成像结果，图9b表示常规无衰减补偿的成像结果。结果证明，本发明可以准确地对大沙漠存在不规则起伏衰减沙丘地表采集的数据进行成像。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统，其特征在于：包括输入模块、坐标变换模块、波场正向延拓模块、波场反向延拓模块、稳定化算子模块、坐标反变换模块、互相关成像模块和输出模块；
输入模块，被配置为用于输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
坐标变换模块，被配置为用于将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
波场正向延拓模块，被配置为用于正向延拓更新波场，得到计算域波场正传波场快照；
波场反向延拓模块，被配置为用于得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
稳定化算子模块，被配置为用于引入一种计算域稳定化算子压制波场反向延拓的高频噪音；
坐标反变换模块，被配置为用于将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
互相关成像模块，被配置为用于应用物理域零相位互相关成像条件得到成像结果；
输出模块，被配置为用于输出大沙漠区采集数据的成像结果。
2.一种稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像系统，包括如下步骤：
步骤1：通过输入模块，输入物理域大沙漠区偏移速度模型、Q模型和实际观测炮记录，并建立观测系统；
步骤2：通过坐标变换模块，采用式(1)将大沙漠区的偏移速度模型和Q模型转换到计算域；
其中，(x，z)表示物理域的坐标表达式；(ξ，η)表示计算域的坐标表达式；
步骤3：通过波场正向延拓模块，采用波动方程进行正向延拓更新波场，在正向延拓过程中补偿振幅衰减、校正相位频散，得到计算域波场正传波场快照；
步骤4：通过波场反向延拓模块，得到能够准确校正大沙漠区采集数据振幅衰减和相位频散的不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程，如式(8)所示，并进行逆时延拓，得到计算域波场反传波场快照；
其中，pR为反向延拓的波场快照，dobs为输入的实际观测炮记录；
步骤5：通过稳定化算子模块，引入一种计算域稳定化算子得到波场反向延拓波动方程，来压制波场反向延拓的高频噪音；
步骤6：通过坐标反变换模块，将正向延拓的波场快照与反传延拓的波场快照反变换到物理域；
步骤7：通过互相关成像模块，应用如式(19)所示的物理域零相位互相关成像条件得到成像结果，并通过输出模块，输出大沙漠区采集数据的成像结果：
其中，x＝(x,z)表示物理域坐标，T表示记录时间，I表示成像结果。
3.根据权利要求2所述的稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，其特征在于：
在步骤3中，波动方程如式(2)所示：
其中，f表示震源，v0为零频速度，ps为正向延拓的声压场，t为时间；τ为松弛时间，由品质因子Q计算得到：A(ξ)、B(ξ,η)和C(η)分别由式(3)、(4)、(5)求得：
上式所示的波动方程中的第二项为振幅衰减项，第三项为相位频散项；当模拟振幅衰减时，第二项的符号为正号，当进行衰减补偿时，第二项的符号变为负号；在进行相位频散校正时，第三项的符号保持不变；在沙漠区不规则衰减地表条件下，振幅衰减的影响要远大于相位频散的影响，如果只对振幅衰减进行补偿，采用如下所示的波动方程进行波场正向延拓：
其中，v表示偏移速度；
采用如式(7)所示的伪谱法波场递推公式进行波场计算：
4.根据权利要求2所述的稳定的大沙漠区衰减补偿逆时偏移成像方法，其特征在于：
在步骤5中，波场反向延拓波动方程如式(9)所示：
为消除一阶项，定义Λt如下：
引入变量qR，使得qR满足下式：
qR(x,t)＝ΛtpR(x,t) (11)；
将方程(11)代入到不规则衰减沙丘地表的反向延拓波动方程中，并略去震源项可得：
的一阶偏导数和二阶偏导数为：
将方程(13)和(14)代入到方程(12)中并进行简化可得：
从方程(15)我们可看出该方程不再包含一阶时间偏导数，形成了接近于二阶声波方程的波动方程，则衰减的波场反向延拓的波动方程等价于：
为压制高频噪音，引入一个稳定化项到指数项中，则方程(16)可变为：
其中，σ为规则化参数；
将方程组(17)中的两个方程结合并进行简化，可得引入稳定化算子的波场反向延拓波动方程：
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