CN110945386A - 基于逆时偏移建模角度域共成像道集 - Google Patents
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Abstract
本公开描述方法及系统，所述方法及系统包括：用于基于逆时偏移(RTM)建模角度域共成像道集(ADCIG)的计算机实现的方法、计算机程序产品、以及计算机系统。一种计算机实现的方法，所述方法包括：基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场；基于所述地震源波场和所述地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场；计算所述特征源波场的传播角度和所述特征接收器波场的传播角度；对所述特征源波场和所述特征接收器波场应用波场分解算法以获得对应的方向源波场和方向接收器波场；所述波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔分解波场的波场幅度；以及，通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件来形成ADCIG。
Description
优先权要求
本申请要求于2017年6月12日提交的美国专利申请号15/620,424的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
该公开涉及地震数据处理，并且更具体地涉及基于逆时偏移建模角度域共成像道集。
背景技术
地球地下层的高分辨率深度图像对储层勘探、划界和开发很重要。基于波动方程的地震深度偏移技术(例如，逆时偏移(RTM))是用于石油工业中的地震深度成像、特别是用于复杂环境(例如，盐基性盐(subsalt)勘探)中的地震深度成像的合适的技术。然而，RTM是计算密集的处理，其需要在2D模型或3D模型中使用时域或频域波动方程解算器来传播波。
发明内容
本公开描述方法及系统，该方法及系统包括：用于基于逆时偏移(RTM)建模角度域共成像道集(ADCIG)的计算机实现的方法、计算机程序产品、以及计算机系统。一种计算机实现的用于基于RTM建模ADCIG的方法，该方法包括：基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场；基于地震源波场和地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场；计算特征源波场的传播角度和特征接收器波场的传播角度；对特征源波场和特征接收器波场应用波场分解算法以获得对应的方向源波场和方向接收器波场，该波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔来分解波场的波场幅度；以及，通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件来形成ADCIG。
该方面的其他实现包括：均被配置为执行该方法的动作的对应的计算机系统、装置、以及在一个或多个计算机存储设备上记录的计算机程序。一个或多个计算机的系统可以被配置为：依靠在该系统上安装在操作时使该系统执行动作的软件、固件、硬件，或软件、固件或硬件的组合，执行特定的操作或动作。一个或多个计算机程序可以被配置为：依靠包括由数据处理装置执行时使装置执行动作的指令，执行特定的操作或动作。
前述和其他实现均可以可选地单独或以组合方式包括以下特征中的一项或多项特征：
与一般实现可结合的第一方面，其中，地震源波场和地震接收器波场是使用时域波动方程解算器计算的。
与之前的方面中的任何方面可结合的第二方面，其中，地震源波场和地震接收器波场是使用频域波动方程解算器计算的。
与之前的方面中的任何方面可结合的第三方面，其中，该ADCIG是使用RTM处理形成的。
与之前的方面中的任何方面可结合的第四方面，其中，特征源波场和特征接收器波场是利用一阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
与之前的方面中的任何方面可结合的第五方面，其中，特征源波场和特征接收器波场是利用二阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
与之前的方面中的任何方面可结合的第六方面，其中，特征源波场在特征源波场的传播角度处的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度，并且其中，特征接收器波场在特征接收器波场的传播角度处的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度。
与之前的方面中的任何方面可结合的第七方面，其中，该角度间隔是1度、5度或15度。
与之前的方面中的任何方面可结合的第八方面，其中，该成像条件是互相关成像条件。
与之前的方面中的任何方面可结合的第九方面，其中，该ADCIG是散射角道集(SAG)。
与之前的方面中的任何方面可结合的第十方面，其中，该ADCIG是倾角道集(DAG)。
本说明书的主题的一种或多种实现的细节在下文的附图和描述中阐述。通过说明书、附图和权利要求书，所述主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。带有彩色附图的本专利或专利申请公开的拷贝将在提出请求并支付必要的费用后由专利和商标局提供。
图1示出根据一些实现的波场及其4个特征波场的示例快照。
图2示出根据一些实现的经旋转的特征波场的示例快照。
图3示出根据一些实现的传播角度估计的示例结果。
图4示出根据一些实现的与各种角度间隔相关联的平滑参数值的一个或多个示例波场。
图5示出根据一些实现的减小关于经分解的波场的平滑参数的示例效果。
图6示出根据一些实现的减小关于经分解的波场中的传播角度的平滑参数的示例效果。
图7示出根据一些实现的在Marmousi模型中传播的压力波场的示例快照。
图8示出根据一些实现的方向波场的示例快照。
图9示出根据一些实现的关于同质模型的示例图像。
图10-图14示出根据一些实现的关于倾角层模型的示例图像。
图15是示出根据一些实现的用于基于逆时偏移(RTM)建模角度域共成像道集(ADCIG)的示例方法的流程图。
图16是示出根据一些实现的示例计算机系统的框图，用于提供与所描述的算法、方法、功能、处理、流程相关联的计算功能以及如本公开中所描述的过程。
各附图中相似的附图标记和标志指示相似的要素。
具体实施方式
以下详细说明描述了基于逆时偏移(RTM)建模角度域共成像道集(ADCIG)，并且被提供用于，使本领域技术人员能够制作和使用在一个或多个具体实现的上下文中所公开的主题。对所公开的实现的各种修改、改变和置换可以被实现并且对本领域普通技术人员而言将显而易见，并且在不背离本公开的范围的情况下，所定义的一般原理可以适用于其他实现和应用。因此，本公开不旨在被限制于所描述或所示出的实现，而是要符合与所公开的原理和特征一致的最宽范围。
地球地下层的高分辨率深度图像对成功的储层勘探、划界和开发很重要。基于波动方程的地震深度偏移技术(例如，RTM)是用于石油工业中的地震深度成像、特别是用于复杂环境(例如，盐基性盐勘探)中的地震深度成像的合适的技术。然而，RTM是计算密集的处理，其需要在2D模型或3D模型中使用时域或频域波动方程解算器来传播波。
给定地下模型和已记录的已知接收器位置处的地震数据，可以通过利用成像条件将前向传播的源波场与后向传播的接收器波场结合形成地下图像。当成像条件是附加参数的函数时，可以形成共成像道集。ADCIG在各种共成像道集中特别重要，并且可以被划分成两类道集，即，散射角道集(SAG)和倾角道集(DAG)。
通常，两种方法可以被用于根据RTM计算ADCIG，即，基于局部平面波分解的方法和基于方向向量的方法。基于局部平面波分解的方法是准确的，但由于需要对每个网格点执行平面波分解，因此计算代价很高。基于方向向量的方法计算高效(例如，Poynting向量方法(Yoon和Marfurt，2006))，但是对具有交叉事件的复杂波场可能不稳定(Patrikeeva和Sava，2013)。
在高层，所描述的方法是基于方向向量的方法。所描述的ADCIG计算方法使用一阶波系统的特征方向波场来计算传播角度(或传播方向)，以传播角度为中心按照角度间隔来分解整个波场，并且基于已分解的波场计算ADCIG。以传播角度为中心通过角度间隔进行的分解充当角度域中的平滑处理，并且即使对于具有交叉事件的复杂波场也可以稳定所述分解处理。因此，所描述的ADCIG计算方法可以产生准确的和计算上可以负担的基于RTM的ADCIG。
本公开中所描述的示例ADCIG计算方法，可以获得一个或多个优点。首先，ADCIG计算方法的计算代价很低且与Poynting向量方法的计算代价相当(在下文中更详细地讨论)。第二，所提出的方法即使在复杂波场中也是鲁棒的，因为该ADCIG计算方法完全基于在正向建模期间计算的量。假设传播是使用足以准确执行复杂波场中的波场分解的适当网格间距、速度和压力波场执行的。第三，所提出的方法可以被应用于更复杂的传播模型(例如，各向异性模型和/或弹性传播模型)。第四，所提出的方法可以被应用于全波反演(FWI)。因为该ADCIG计算方法可以计算准确的ADCIG，因此该方法可以被应用于需要在FWI中考虑的波场的所选择的一部分(例如，潜波，只有反射)。在一些应用中，示例ADCIG计算方法可以获得附加的或不同的优点。
通常，2D各向同性的一阶(例如，速度-压力)声波系统(根据2014年Metivier等人)被表示为：
其中，t表示时间，(x，z)表示2维空间坐标，f是源项，而u(x，z；t)(为了简洁其在方程(1)和下文中被表示为u)代表波场时空域。虽然出于示例目的该公开参考了2D各向同性的一阶声波系统，该文档的主题可以被应用于包括3D传播系统的其他类型的声波系统。
如果vx(x，z；t)和vz(x，z；t)(为了简洁在下文中其被分别表示为vx和vz)分别表示水平和垂直速度位移波场，p(x，z；t)(为了简洁在下文中其被表示为p)表示压力波场(即，波场，除非另外指示)，而c0和ρ0分别是局部P波速度和密度，则可以根据方程(1)得到下式：
矩阵A和B是利用相同的特征值可对角化的，如下所示(0，-c0，c0)：
A＝P-1.D.P且B＝Q-1.D.Q (3)
其中
如果波场分别在x轴和z轴的方向上以正速度传播(例如，向上)，则矩阵A和B的特征向量与正特征值相关联。另一方面，如果波场分别在x轴和z轴的相反方向上传播(例如，向下)，则矩阵A和B的特征向量与负特征值相关联。
可以通过将总压力波场(即，p)分解到4个方向(即，x轴的方向、x轴的反方向、z轴的方向、z轴的反方向)，获得4个特征波场：
其中，
图1示出根据一些实现的波场及其4个特征波场的示例快照100。例如，模拟具有等于4000m/s(米/秒)的恒定的P波速度的模型(例如，同质模型中的波传播)。在t＝0ms(毫秒)时，15Hz(赫兹)Ricker源在2维空间坐标(x，z)的中心位置中应用。基于一阶波动方程，使用交错的网格时域有限差分解算器来实现波传播。
图1示出在t＝250ms时的总波场的快照102、方向波场
的快照104、方向波场
的快照106、方向波场
的快照108、以及方向波场
的快照110。4个方向波场
以及
分别使用方程(5)和(8)计算。出于说明的目的，快照104、106、108、以及110中的波场
以及
的幅度分别被乘以系数4。如图所示，在来自中心位置的传播的主方向上的经分解的波场幅度相对于其他方向上的幅度是最大值或高于预定义的阈值。例如，在快照104中，传播的主方向是x轴的方向，而来自中心位置的x轴的方向的波场
的幅度是最大值或高于预定义的阈值。在其他方向上，幅度随着其他方向和传播的主方向之间的角度的增加而平滑地减小，并且在与传播的主方向相反的方向上达到最小幅度或低于预定义的阈值的幅度。例如，在快照104中，波场
的幅度在来自中心位置的x轴的反方向上达到最小幅度或低于预定义的阈值的幅度。
类似于将波场(即，总压力波场)分解成4个特征波场(即，方程(5)至(8)中的特征波场)，可以通过将波场分解到方向θ，构建在任意给定方向θ上的向上的(upward)波场和向后(backward)的波场(即，分别是
和
)。例如，对矩阵A和B的特征向量应用角度θ的旋转，假设角度θ相对于z轴顺时针测量，可以获得向上和向后的旋转波场，如下所示：
图2示出根据一些实现的经旋转的特征波场的示例快照200。在图2中，例如，使用方程(9)将图1中的波场102分解到方向θ。图2示出在t＝250ms时的结合15度采样的从0度到360度的经分解的旋转的向上波场(即，
)的快照。
在本公开中，例如，根据方程(9)获得的特征波场被用于计算源波场的瞬时源传播角度(例如，向上的)和接收器波场的瞬时接收器传播角度(例如，向下的)；按照瞬时源传播角度的方向来分解源波场且按照瞬时接收器传播角度的方向来分解接收器波场；以及，最终使用经分解的源波场和接收器波场来计算角度域共成像道集(ADCIG)。虽然该公开出于示例的目的引用向上的和向下的分解，但是该文档的主题可以被应用于3D传播，导致倾角和方位角的引入或被扩展至更复杂的传播物理学(例如，各向异性的传播或弹性传播)。例如，Metivier等人在2014所描述的技术可以被用于将上述分解技术应用至各向异性的和弹性传播的“智能”吸收层。
瞬时传播角度估计：
根据方程(9)且如图2中所示，
提供在方向θ上传播的在任意给定时间和任意空间位置处的波场的幅度。波场
的幅度在方向θ上相对于在θ之外的方向上的幅度是最大值或高于预定义的阈值。在θ之外的方向上传播的波以最大衰减或以高于方向-θ上的预定义阈值的衰减被衰减。因此，可以通过找到
具有最大绝对幅度或高于预定义阈值的绝对幅度的角度，获得瞬时波场传播方向。该角度与
的导数等于0的角度相对应。对方程(9)应用三角计算，给出：
其中，
对于以下两个角度等于0：
因此，波场的传播的瞬时方向通过下式给出：
使用方程(11)至方程(13)计算传播角度与Poynting向量方法(Yoon和Marfurt，2006)相当。然而，使用方程(11)至方程(13)的该方法不包括压力波场的任何时间导数，因此，在一些实现中无需访问多个时间步长。
图3示出根据一些实现的传播角度估计的示例结果300。在图3中，波场310(与图1中的波场102相同)被用于根据方程(13)的传播角度估计。结果320是已估计的传播角度。
按照传播角度方向进行波场分解：
若干种方法可以被用于按照传播角度方向来分解波场。第一种方法直接使用方程(9)中的旋转特征波场
然而，如图1和图2中所示，使用第一种方法的分解可能不足以衰减在θ之外的方向上传播的波。因此，第一种分解方法可能不足以用于一些波场分解应用。
按照传播角度方向来分解波场的第二种方法包括：首先计算在每个位置处的传播角度θpropa；以及，随后将在该位置处的幅度分配给传播角度θpropa。然而，第二种方法可能由于tan-1的性质而导致不稳定。因此，第二种分解方法可能导致复杂情况或噪声情况下的不稳定性。
第三种方法(即，优选方法)包括：以方程(13)中给定的传播角度为中心通过角度间隔来分解幅度，增加
(即，方程(14)和下文中的
)的方向鉴别。窗函数定义了角度间隔。这种窗函数的示例是高斯函数
其中，σ是控制角度间隔的宽度的参数。σ越小，分解将更多方向。虽然该公开出于示例目的参考高斯函数，但该文档的主题可以使用其他函数来定义窗函数
例如，可以使用以下方程来定义σ：
其中，Lθ＝NwΔθ是平滑窗口尺寸，Nw定义窗口的点的数量，Δθ是角度分辨率，而q是控制超过Δθ的幅度衰减的参数。在一些实现中，q经常被设置为0.01。随后可以通过形成以下量来获得方向
)上的压力波场：
利用方程(16)，角度上的
的总和可能不等于总压力波场(p(x，z；t))。因此，函数
需要被归一化，以消除不相等的问题。归一化处理首先通过以下数值计算执行：
并且随后形成方向θ上的经分解的波场，如下所示：
如果σ很小，则整个波场p(x，z；t)与角度θ相关联。对于σ的其他值，波场p(x，z；t)在角度θ附近的角度上扩展。在角度域中利用平滑参数σ，可以改善所提出的按照传播角度方向的波场分解(例如，方程(18))的稳定性和鲁棒性。
图4示出根据一些实现的与各种角度间隔相关联的平滑参数值的一个和多个示例波场400。402示出旋转特征波场
的示例。404示出针对与等于角度分辨率(1度)的窗长度相关联的σ值的
406示出针对与等于5的角度分辨率(5度)的窗长度相关联的σ值的
408示出针对与等于15的角度分辨率(15度)的窗长度相关联的σ值的
随后可以通过在所需要的间隔上对方向波场求和来执行角度间隔上的分解。
图5示出根据一些实现的减小关于经分解的波场的平滑参数的示例效果500。如图5中所示，从左上至右下示出了对方程(18)中使用0和180度(即，向上分解和向下分解)两个角度的的经分解的波场
减小σ的效果。
图6示出根据一些实现的减小关于经分解的波场中的传播角度的平滑参数的示例效果600。如图6中所示，从左上至右下示出了对方程(18)中使用0和180度(即，向上分解和向下分解)两个角度的经分解的波场
中的传播角度减小σ的效果。
图7示出根据一些实现的Marmousi模型中传播的压力波场的示例快照700。图7示出全波场的快照702、结合中等平滑量σ使用方程(18)的向下的波场分解的快照704、结合中等平滑量σ使用方程(18)的向上的波场分解的快照706、结合很小的平滑量σ使用方程(18)的向下的波场分解的快照708、以及结合很小的平滑量σ使用方程(18)的向上的波场分解的快照710。如图708和图710中所示，存在与小的平滑参数σ的值相关联的不稳定性和噪声。在一些实现中，σ的值根据函数(例如，
)的角度上的采样来设置。例如，假设
每1度被采样，那么小的σ与1度的平滑窗相对应，中等σ与3度到5度的平滑窗相对应，而大的σ与10度或大于10度的平滑窗相对应。
图8示出根据一些实现的方向波场的示例快照800。在图8中，例如，结合5度的间隔使用方程(18)来分解图1中的波场102。图8示出在t＝250ms时结合15度采样从0度到360度的分解波场
的快照。
ADCIG计算：
在本公开中，在之前的部分中所提出的波场分解(例如，方程(18))被用于计算ADCIG。不失一般性，传统的互相关成像条件被用于波动方程偏移，以根据以下形成图像：
其中，I(x，z)表示通过偏移获得的在(x，z)处的图像，Nshots是被考虑用于ADCIG计算的炮点的数量，Nt是时间步长的数量，而Wsrc和Wrcv分别是源波场和接收器波场。虽然出于示例的目的该公开引用传统的互相关成像条件，但是该文档的主题可以使用用于ADCIG计算的其他成像条件，而不背离本公开的范围。方程(19)中使用的成像条件可以通过形成以下量被扩展至计算ADCIG(包括散射角道集(SAG)和倾角道集(DAG))：
以及
例如，通过对源波场和接收器波场应用方向波场分解(例如，方程(18))来计算源角度波场和接收器角度波场(即，方程(20)和方程(21)中的Wsrc(s；x，z；t；θsrc)和Wrcv(s；x，z；t；θrcv))，从而计算期望角度处的SAG和DAG。
通常，标准逆时偏移(RTM)实现基于二阶压力波动方程。对于声波RTM，经堆叠的成像计算需要两种正向建模(源和接收器)并在计算出成像条件时以时间步长存储压力波场的压力快照(1个网格)。
在2D系统中，使用声波各向同性的时域有限差分建模和互相关成像条件，标准RTM(Nrtm)所需要的操作数量大约是：
Nrtm＝2*Ngrid*Nop*Nt+2*Ngrid*Nsnp (22)
Ngrid是网格点的数量，Nop是每个网格点的核操作的数量，Nt是建模时间步长的数量，而Nsnp是快照的数量。假设在空间中具有16阶模板(stencil)的二阶波系统，每个网格点的核操作的数量是Nop＝53。
为了应用本公开中的ADCIG计算方法(例如，方程(19))，使用一阶(速度-压力)声波系统来计算两个正向建模。除了压力波场之外，存储用于计算所有方向上的特征波场所需要的变量。例如，在2D系统中存储粒子速度vx和vz，而在3D系统中存储vx、vy和vz。为了计算成像条件，本公开中的ADCIG计算方法需要计算源波场和接收器波场的传播角度，计算加窗的角度分解，以及，形成角度道集。用于本公开中的ADCIG计算方法的运算数量(Nmeth)大约是：
Nmeth＝2*Ngrid*Nop*Nt+2*(Nw+15)*Ngrid*Nsnp (23)
Nw是定义窗函数
的角度的数量。数量15与用于获得(例如，方程(12)中的)传播角度的函数arcTan的近似代价相对应。当Nw等于1时，ADCIG计算方法的计算代价与Poynting向量方法(例如，没有空间平滑)相同。实际上，Nw很小(例如，5到10)，并且利用小的Nw的ADCIG计算方法的计算代价很低，且与Poynting向量方法的计算代价相当。
图9示出根据一些实现的关于同质模型的示例图像900。在图9中考虑同质模型。经偏移的数据与位于模型的中心的一个炮点相对应。接收器被设置在模型的各处。倾角以10度的间隔从0度到360度变化。对应的图像(经堆叠的图像)在图9的顶部示出。3个倾角道集(DAG)在图9中的经堆叠的图像下方示出，并且所有3个DAG给出相同的经堆叠的图像。在图9中从上至下示出使用逐渐增加的平滑参数σ的3个DAG。
图10-图14示出根据一些实现的关于倾角层模型的示例图像。在图10-图14中考虑具有与水平线形成4.3度角的层和位于该层上方的3个衍射点的同质背景。
图10示出关于使用精确的速度模型(例如，正确的速度模型)的倾角层模型的示例图像1000。经堆叠的图像在图10的上部示出。在经堆叠的图像中由箭头标识的位置处的5个散射角道集(SAG)在图10中的经堆叠的图像的下方示出。类似地，图11示出关于使用快速速度模型(例如，错误速度模型)的倾角层模型的示例图像1100。经堆叠的图像在图11的上部示出。在经堆叠的图像中由箭头标识的位置处的5个散射角道集(SAG)在图11中的经堆叠的图像的下方示出。如图10-图11中所示，利用精确的速度模型的SAG(图10)示出平坦事件，而利用快速速度模型的SAG(图11)示出曲线事件。
图12-图13示出在图10-图11中的SAG的相同位置处使用两个不同的平滑参数值的DAG。图12示出使用结合与2度窗口相对应的平滑参数σ的值的精确速度模型的示例图像1200。图13示出使用结合与5度窗口相对应的平滑参数σ的值的精确速度模型的示例图像1300。如图12-图13中所示，衍射点由平坦线表示，而反射点由在倾角位置处具有最大幅度的曲线表示。此外，使用更大的平滑参数σ导致DAG域中改善的信噪比。
图14示出根据一些实现的利用选择性堆叠的示例图像1400。在图14中，经堆叠的图像(与图10中的经堆叠的图像相同)在上部示出。可以执行选择性堆叠以去除堆叠图像中不想要的事件。例如，在SAG域中执行选择以仅保留-40度和+40度之间的SAG。选择性堆叠之后的最终图像在图14的下部示出。
图15是根据一些实现的用于基于逆时偏移(RTM)建模角度域共成像道集(ADCIG)的示例方法1500的流程图。为了表述的清楚，以下描述总体上在本说明书的其他附图的背景中描述方法1500。例如，方法1500可以由图16中所描述的计算机系统执行。然而，应理解，方法1500在适当时可以例如由任意合适的系统、环境、软件和硬件来执行，或由系统、环境、软件和硬件的任意合适的组合来执行。在一些实现中，方法1500的各个步骤可以并行、组合、循环或以任意顺序运行。
方法1500在框1505处开始，其中，基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场。在一些实现中，通过(例如，从地震能量源(例如，气枪))发送地震源波进入地球地下层并数字采样由地球地下层反射的地震波来生成地震数据。地震数据捕捉作为时间的函数的反射波。地震数据可以包括反射波的幅度、相位或二者。在一些实现中，地震源波场和地震接收器波场是使用时域波动方程解算器计算的。在一些实现中，地震源波场和地震接收器波场是使用频域波动方程解算器计算的。
在框1510处，基于地震源波场和地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场(例如，方程(9))。在一些实现中，特征源波场和特征接收器波场是利用一阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的(例如，方程(1))。在一些实现中，特征源波场和特征接收器波场是利用二阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
在框1515处，针对特征源波场和特征接收器波场二者计算传播角度(例如，方程(13))。在一些实现中，特征源波场在特征源波场的传播角度处的绝对幅度大于在与特征源波场的传播角度不同的任何其他角度处的绝对幅度。特征接收器波场在特征接收器波场的传播角度处的绝对幅度大于在与特征接收器波场的传播角度不同的任何其他角度处的绝对幅度。在一些实现中，传播角度是通过对特征源波场和特征接收器波场应用三角计算(例如，方程(11)至方程(13))计算的。
在框1520处，波场分解算法被应用于特征源波场和特征接收器波场，以获得对应的方向源波场和方向接收器波场。波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔来分解波场的波场幅度(例如，方程(14)至方程(18))。在一些实现中，角度间隔由窗函数(例如，高斯函数)定义。在一些实现中，角度间隔可以是1度、5度或15度。在一些其他实现中，角度间隔可以是任何其他度数。
在框1525处，通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件来形成角度域共成像道集(ADCIG)。在一些实现中，ADCIG是使用逆时偏移(RTM)处理形成的。在一些实现中，成像条件是(例如，方程(19)中所使用的)传统的互相关成像条件。在一些实现中，已形成的ADCIG是散射角道集(SAG)(例如，方程(20))。在一些实现中，已形成的ADCIG是倾角道集(DAG)(例如，方程(21))。
图15中示出的示例方法1500可以被修改或被重配置为包括附加的、更少的或不同的(图15中未示出的)步骤，所述步骤可以按照所示出的顺序或按照不同的顺序执行。在一些实现中，图15中所示出的步骤中的一个或多个步骤可以重复或迭代(例如，直到达到终止条件为止)。在一些实现中，图15中所示出的各个步骤中的一个或多个步骤可以作为多个单独的步骤执行，或者图15中示出的步骤中的一个或多个子步骤可以被组合并作为单个步骤执行。在一些实现中，图15中所示出的各个步骤中的一个或多个步骤也可以从示例方法1500中省略。
图16是示出根据实现的示例计算机系统1600的框图，用于提供与所描述的算法、方法、功能、处理、流程相关联的计算功能和如本公开中所描述的过程。所示出的计算机1602旨在包括任意计算设备(例如，服务器、台式计算机、膝上型/笔记本计算机、无线数据端口、智能电话、个人数据助理(PDA)、平板计算设备)、这些设备内的一个或多个处理器、或任何其他合适的处理设备(包括计算设备的物理实例或虚拟实例(或二者))。另外，附加地，计算机1602可以包括计算机，该计算机包括可以接受用户信息的输入设备(例如键区、键盘、触摸屏或其他设备)以及输出设备，该输出设备传达与计算机1602的操作相关联的信息，包括数字数据、视觉或音频信息(或信息的组合)或图形用户界面GUI。
计算机1602可以用作用于执行本公开中描述的主题的计算机系统的客户端、网络组件、服务器、数据库或其他持久性或任意其他组件(或它们的组合)。所示出的计算机1602可通信地与网络1630耦接。在一些实施方式中，计算机1602的一个或多个组件可以被配置为在包括基于云计算、局部、全局、或其它环境在内的环境(或者环境的组合)中操作。
从高层面来看，计算机1602是可操作用于接收、发送、处理、存储或管理与所描述的主题相关联的数据和信息的电子计算设备。根据一些实现，计算机1602还可以包括应用服务器、电子邮件服务器、web服务器、缓存服务器、流传输数据服务器、或其他服务器(或服务器的组合)，或可通信地与其耦接。
计算机1602可以通过网络1630从(例如，在另一个计算机上执行的)客户端应用接收请求，并通过使用适当的软件应用处理所接收的请求来响应所接收的请求。另外，还可以从内部用户(例如，从命令控制台或通过其他适当的访问方法)、外部或第三方、其他自动化应用以及任何其他适当的实体、个人、系统或计算机向计算机1602发送请求。
计算机1602的组件中的每个组件可以使用系统总线1603通信。在一些实现中，计算机1602的任意或所有组件(硬件或软件(或硬件和软件的组合))可以使用应用编程接口(API)1612或服务层1613(或API 1612和服务层1613的组合)通过系统总线1603彼此交互或与接口1604(或两者的组合)交互。API 1612可以包括对例程、数据结构和对象类的规范。API 1612可以是与计算机语言无关的或有关的，并且可以指完整的接口、单个功能、或者甚至是一组API。服务层1613向计算机1602或可通信地耦接到计算机1602的(无论是否被示出的)其他组件提供软件服务。计算机1602的功能对于使用该服务层的所有服务消费者可以是可访问的。软件服务(例如由服务层1613提供的软件服务)通过定义的接口提供可重用的、定义的功能。例如，接口可以是以JAVA、C++或以可扩展标记语言(XML)格式或其他合适格式提供数据的其他合适语言所编写的软件。尽管被示为计算机1602的集成组件，但是备选实施方式可以将API 1612或服务层1613示作为相对于计算机1602的其它组件或可通信地耦接到计算机1602的(无论是否被示出的)其它组件的独立组件。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，API 1612或服务层1613的任意或所有部分可以被实现为另一软件模块、企业应用或硬件模块的子模块或副模块。
计算机1602包括接口1604。虽然在图16中被示出为单个接口1604，但是可以根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现而使用两个或更多个接口1604。接口1604被计算机1602用于与分布式环境中被连接至网络1630的(无论是否被示出的)其他系统通信。通常，接口1604包括以软件或硬件(或软件和硬件的组合)编码的逻辑，并且可操作用于与网络1630通信。更具体地，接口1604可以包括支持与通信相关联的一个或多个通信协议的软件，使得网络1630或接口的硬件可操作用于在所示出的计算机1602内部和外部传送物理信号。
计算机1602包括处理器1605。虽然在图16中被示出为单个处理器1605，但是可以根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现而使用两个或更多个处理器。通常，处理器1605执行指令并操纵数据，以执行计算机1602的操作以及如本公开中所描述的任何算法、方法、功能、处理、流程和过程。
计算机1602还包括：数据库1606，数据库1606可以为计算机1602或可以被连接至网络1630的(无论是否被示出的)其他组件(或二者的组合)保存数据。例如，数据库1606可以是存储与本公开一致的数据的内部存储器(in-memory)、传统数据库或其他类型的数据库。在一些实现中，根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现和所描述的功能，数据库1606可以是两个或更多个不同数据库类型(例如，混合的内部存储器和传统数据库)的组合。虽然在图16中被示出为单个数据库1606，根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现和所描述的功能，可以使用(相同类型或组合类型的)两个或更多个数据库。虽然数据库1606被示出为计算机1602的集成组件，但是在备选实现中，数据库1606可以在计算机1602的外部。如图所示，数据库1606保存地震数据1616、源波场和接收器波场1618、特征源波场和特征接收器波场1620、经分解的源波场和接收器波场1622、以及角度域共成像道集(ADCIG)1624。
计算机1602还包括存储器1607，存储器1607可以保存计算机1602或可以被连接至网络1630的(无论是否被示出的)其他组件(或二者的组合)的数据。例如，存储器1607可以是存储与本公开一致的数据的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光、磁等。在一些实现中，根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现和所描述的功能，存储器1607可以是两个或更多个不同类型的存储器的组合(例如，RAM和磁存储器的组合)。虽然在图16中被示出为单个存储器1607，根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现和所描述的功能，可以使用(相同类型或组合类型的)两个或更多个存储器1607。尽管存储器1607被示出为计算机1602的集成组件，但是在备选实现中，存储器1607可以在计算机1602的外部。
应用1608是根据计算机1602的特定需要、期望或特定实现提供功能(尤其是关于本公开中所描述的功能)的算法软件引擎。例如，应用1608可以用作一个或多个组件、模块或应用。此外，尽管被示出为单个应用1608，但是应用1608可以被实现为计算机1602上的多个应用1608。另外，尽管被示出为与计算机1602集成在一起，但是在备选实现中，应用1608可以在计算机1602的外部。
可以存在与包含计算机1602的计算机系统相关联或在其外部的任意数量的计算机1602，每个计算机1602通过网络1630进行通信。此外，术语“客户端”、“用户”和其他适当的术语可以适当地互换使用而不脱离本公开的范围。此外，本公开认为许多用户可以使用一个计算机1602，或者一个用户可以使用多个计算机1602。
在本说明书中描述的主题和功能操作的实现可以在数字电子电路中、在有形地被实现的计算机软件或固件中、在计算机硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物、或它们中的一个或多个的组合中实现。在本说明书中描述的主题的实施方式可以实现为一个或多个计算机程序，即，在有形的非暂时性计算机可读计算机存储介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，以用于被数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。备选地或附加地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号(例如，机器生成的电、光或电磁信号)中/上，所述信号被生成以对信息进行编码，以传输给合适的接收器装置，供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或计算机存储介质的组合。
术语“数据处理装置”、“计算机”或“电子计算机设备”(或本领域普通技术人员所理解的等同物)是指数据处理硬件，并且包括用于处理数据的各种装置、设备和机器，例如，包括可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。所述装置还可以是或还包括专用逻辑电路，例如，中央处理单元(CPU)、FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。在一些实施方式中，数据处理装置或专用逻辑电路(或数据处理装置或专用逻辑电路的组合)可以基于硬件或基于软件(或基于硬件和基于软件的组合)。可选地，装置可以包括为计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者执行环境的组合的代码。本公开考虑具有或不具有常规操作系统(例如LINUX、UNIX、WINDOWS、MAC OS、ANDROID、IOS或任意其他合适的常规操作系统)的数据处理装置的使用。
可以以任何形式的编程语言来写计算机程序(计算机程序也可以称作或被描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)，所述编程语言包括：编译或解释语言、或者声明或过程语言，并且计算机程序可以以任何形式来部署，包括作为单独的程序或者作为适合于在计算环境中使用的模块、组件、子例程、或其他单元。计算机程序可以但无需与文件系统中的文件相对应。程序可以被存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、被存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者被存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或者在位于一个站点或分布在多个站点并且通过通信网络互联的多个计算机上执行。尽管各图中所出示的程序的部分被示出为通过各种对象、方法或其他过程实现各个特征和功能的各个模块，但是在适当时程序可以替代地包括多个子模块、第三方服务、组件、库等。相反，各种组件的特征和功能可以在适当时组合成单个组件。可以统计地、动态地或者统计地且动态地确定用于进行计算确定的门限。
本说明书中描述的方法、过程或逻辑流可以由一个或多个可编程计算机来执行，所述一个或多个可编程计算机执行一个或多个计算机程序，以通过操作输入数据并且生成输出来执行功能。方法、处理或逻辑流也可以由专用逻辑电路(例如，CPU、FPGA或ASIC)来执行，并且所述装置也可以被实现为专用逻辑电路(例如，CPU、FPGA或ASIC)。
适合于执行计算机程序的计算机可以基于通用或专用微处理器、这两者或任何其他类型的CPU。通常，CPU将从只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或者这二者接收指令和数据。计算机的必要元件是用于执行指令的CPU和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以便从所述一个或更多个大容量存储设备接收或向其发送数据或即从其接收又向其发送数据。然而，计算机不需要具有这些设备。此外，计算机可以嵌入在另一个设备中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，这仅是举几个例子。
适于存储计算机程序指令和数据的(适当的暂态或非暂态的)计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，其包括例如半导体存储器设备(例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；以及CD-ROM、DVD+/-R、DVD-RAM和DVD-ROM盘。存储器可以存储各种对象或数据，包括：高速缓存区、类、框架、应用、备份数据、作业、web页、web页模板、数据库表、存储动态信息的知识库、以及任何其他适当的信息(包括任意参数、变量、算法、指令、规则、约束或其引用)。此外，存储器可以包括任何其他适当的数据，例如，日志、策略、安全或访问数据、报告文件等。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或者并入到专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题可以实现在计算机上，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、LED(发光二极管)或等离子监视器)和用户可以向计算机提供输入的键盘和指点设备(例如，鼠标、轨迹球或轨迹板)。还可以使用触摸屏(例如，具有压敏性的平板计算机表面、使用电容或电感测的多点触摸屏或其他类型的触摸屏)向计算机提供输入。其他类型的设备也可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；以及可以以任意形式(包括声音、语音或触觉输入)接收来自用户的输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从该设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从用户的客户端设备上的web浏览器所接收的请求而向该web浏览器发送web页来与用户交互。
术语“图形用户界面”或“GUI”可以以单数或复数形式使用，以描述一个或更多个图形用户界面和特定图形用户界面的每一次显示。因此，GUI可以表示任意图形用户界面，包括但不限于web浏览器、触摸屏或处理信息并且高效地地向用户呈现信息结果的命令行界面(CLI)。通常，GUI可以包括多个用户界面(UI)元素，其中一些或全部与web浏览器相关联，诸如交互式字段、下拉列表和按钮。这些和其他UI要素可以与web浏览器的功能相关或表示web浏览器的功能。
本说明书中描述的主题的实现可以被实现在计算系统中，该计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)、或包括中间件组件(例如，应用服务器)、或包括前端组件(例如，具有用户通过其可以与本说明书中描述的主题的实现交互的图形用户界面或者web浏览器的客户端计算机)、或者一个或更多个此类后端组件、中间件组件或前端组件的任意组合。系统的组件可以通过有线或无线数字数据通信(或数据通信的组合)的介质的任意形式(例如，通信网络)互相连接。通信网络的示例包括局域网(LAN)、无线电接入网络(RAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全球微波接入互操作性(WIMAX)、使用例如802.11a/b/g/n或802.20(或802.11x和802.20的组合或与本公开一致的其它协议)的网络(WLAN)、互联网的全部或一部分、或一个或多个位置处的任意其它通信系统(或通信网络的组合)。网络可以在网络地址之间传输例如互联网协议(IP)分组、帧中继帧、异步传输模式(ATM)小区、语音、视频、数据或其它合适信息(或通信类型的组合)。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般相互远离并且通常通过通信网络交互。客户端和服务器的关系通过在相应计算机上运行并且相互具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。
尽管本说明书包含许多特定的实现细节，然而这些细节不应被解释为对可以要求保护的范围或任何发明的范围上的限制，而是作为可以专用于特定发明的特定实现的特征的描述。在独立实现的上下文中在本说明书中描述的特定特征也可以在单个实现中组合实现。反之，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现中分开地或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管可能将之前描述的特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初要求如此保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从组合中删除，并且所要求保护的组合可以指子组合或子组合的变化。
已经描述了本主题的特定实现。对于本领域技术人员显而易见的是，所描述的实现的其他实现、改变和置换在下文的权利要求的范围内。尽管在附图或权利要求中以特定顺序描述了操作，但这不应被理解为：为了获得期望的结果，要求按所示出的特定顺序或按相继的顺序来执行这些操作，或者要求执行所有所示出的操作(一些操作可以被认为是可选的)。在某些情况下，多任务或并行处理(或者多任务和并行处理的组合)可以是有利的并且在认为适当时被执行。
此外，在前述实现中的各种系统模块和组件的分离或集成不应被理解为在所有实现中需要这样的分离或集成，并且应理解，所描述的程序组件和系统一般可以一起集成在单个软件产品中或封装成多个软件产品。
因此，之前所描述的示例实现不限定或限制本公开。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，其他改变、替换和变化也是可能的。
此外，任何要求保护的实现被视为适用于至少计算机实现的方法；存储计算机可读指令以执行所述计算机实现的方法的非暂时性计算机可读介质；以及计算机系统，该计算机系统包括与硬件处理器可操作地耦接的计算机存储器，所述硬件处理器被配置为执行所述计算机实现的方法或存储在所述非暂时性计算机可读介质上的指令。
参考文献
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Claims (20)
1.一种方法，包括：
基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场；
基于所述地震源波场和所述地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场；
计算所述特征源波场的传播角度和所述特征接收器波场的传播角度；
对所述特征源波场和所述特征接收器波场应用波场分解算法，以获得对应的方向源波场和方向接收器波场，其中，所述波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔分解波场的波场幅度；以及
通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件，形成角度域共成像道集ADCIG。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地震源波场和所述地震接收器波场是使用时域波动方程解算器计算的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地震源波场和所述地震接收器波场是使用频域波动方程解算器计算的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ADCIG是使用逆时偏移RTM处理形成的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征源波场和所述特征接收器波场是利用一阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征源波场和所述特征接收器波场是利用二阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征源波场在所述特征源波场的传播角度处的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度，并且其中，所述特征接收器波场在所述特征接收器波场的所述传播角度处的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述角度间隔是1度、5度或15度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像条件是互相关成像条件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ADCIG是散射角道集SAG。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ADCIG是倾角道集DAG。
12.一种设备，包括：
存储器；以及
处理单元，所述处理单元被布置为执行包括以下的操作：
基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场；
基于所述地震源波场和所述地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场；
计算所述特征源波场的传播角度和所述特征接收器波场的传播角度；
对所述特征源波场和所述特征接收器波场应用波场分解算法，以获得对应的方向源波场和方向接收器波场，其中，所述波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔分解波场的波场幅度；以及
通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件，形成角度域共成像道集ADCIG。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述地震源波场和所述地震接收器波场是使用时域波动方程解算器计算的。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述地震源波场和所述地震接收器波场是使用频域波动方程解算器计算的。
15.根据权利要求12所述的设备，其中，所述ADCIG是使用逆时偏移RTM处理形成的。
16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述特征源波场和所述特征接收器波场是利用一阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
17.根据权利要求12所述的设备，其中，所述特征源波场和所述特征接收器波场是利用二阶声波波动方程传播模型针对多个预定义的时间步长计算的。
18.根据权利要求12所述的设备，其中，所述特征源波场在所述特征源波场的传播角度的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度，并且其中，所述特征接收器波场在所述特征接收器波场的所述传播角度处的绝对幅度大于在任何其他角度处的绝对幅度。
19.根据权利要求12所述的设备，其中，所述角度间隔是1度、5度或15度。
20.一种存储能够由计算机系统执行的指令的非暂态计算机可读介质，所述指令用于执行包括以下的操作：
基于地震数据计算地震源波场和地震接收器波场；
基于所述地震源波场和所述地震接收器波场计算特征源波场和特征接收器波场；
计算所述特征源波场的传播角度和所述特征接收器波场的传播角度；
对所述特征源波场和所述特征接收器波场应用波场分解算法以获得对应的方向源波场和方向接收器波场，其中，所述波场分解算法以波场的传播角度为中心按照角度间隔分解波场的波场幅度；以及
通过对已获得的方向源波场和方向接收器波场应用成像条件形成角度域共成像道集(ADCIG)。
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