CN111487677A - 一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地震波场数值模拟技术领域，公开了一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置，该方法包括：获取地震参数；建立基于规则网格的声波波动方程；采用时空域有限差分法计算所述声波波动方程的频散关系式；根据所述频散关系式获取波场模拟所满足的稳定条件；采用吸收边界条件对声波波动方程进行波场延拓，获取波场及地震记录；通过规则网格建立新的差分结构，求取的差分系数能够使声波在更大的波数范围内压制数值频散，进一步提高了声波波动方程的模拟精度。

Description

一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置
技术领域
本发明涉及地震波场数值模拟技术领域，尤其涉及一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置。
背景技术
当前，在地震勘探领域，通常运用基于射线理论的波动方程积分解法(Kirchhoff积分偏移)与基于波动理论的单程波解法，但是这些方法的精度受限。由于地震勘探对象日趋复杂，可适应高陡构造、复杂速度的成像方法越来越受重视，以及计算机技术和能力的发展，极大地推动了无倾角限制、能够在任意复杂介质中准确成像的逆时偏移的发展。
波动方程的正演模拟是逆时偏移的关键步骤之一，运用快速、高精度的数值算法是逆时偏移中一个非常重要的课题。有限差分法因计算效率高、占用计算机内存小以及容易编程实现被大家广泛应用。有限差分法的基本原理是将连续的微分算子用离散的差分算子代替，这种连续的微分算子的差分离散化方法会导致数值频散(或网格频散)现象，也就是数值计算的相速度变成了网格间距的函数。如何高效地压制有限差分法中的数值频散现象是至关重要的课题，它直接影响着有限差分在波动方程中的应用。
叠前逆时偏移常常使用互相关条件进行成像，其直接把所有时间切片的波场快照在正向炮点波场模拟的过程中存储下来，可想而知，这种策略的输入、输出很费时间并且昂贵。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置，通过在叠加前进行逆时偏移成像，提高了波场模拟精度，降低了波场存储量。
为实现上述目的，本发明提供的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，包括：
获取震源波场，重建所述震源波场；
根据所述震源波场得到检波点波场；
根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
可选地，所述获取震源波场，重建所述震源波场包括为：
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
可选地，所述根据所述震源波场得到检波点波场包括：
切除每个地震记录中的直达波；
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
可选地，所述根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果包括：
基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
得到所述震源波场的逆时偏移结果。
可选地，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
调用所述有限差分算子，实现波场递推；
采用海绵吸收边界条件吸收边界反射能量。
作为本发明的另一方面，提供的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，包括：
获取模块，用于获取震源波场，重建所述震源波场；
检波模块，用于根据所述震源波场得到检波点波场；
成像模块，用于根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
叠加模块，用于对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
可选地，所述获取模块包括为：
正演单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
重建单元，用于采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
可选地，所述检波模块包括：
切除单元，用于切除每个地震记录中的直达波；
检波单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
可选地，所述成像模块包括：
第一分离单元，用于基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
第二分离单元，用于将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
归一化单元，用于根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
成像单元，用于得到所述震源波场的逆时偏移结果。
可选地，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
调用所述有限差分算子，实现波场递推；
采用海绵吸收边界条件吸收边界反射能量。
本发明提出的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法及装置，该方法包括：获取震源波场，重建所述震源波场；根据所述震源波场得到检波点波场；根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像；通过在叠加前进行逆时偏移成像，提高了波场模拟精度，降低了波场存储量。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法的流程图；
图2为图1中步骤S30的方法流程图；
图3为本发明实施例一提供的频散误差对比示意图；
图4为本发明实施例一提供的稳定性对比图；
图5为本发明实施例一提供的均匀速度模型中0.6s时刻的波场快照图；
图6为本发明实施例一提供的复杂的Marmousi速度模型；
图7为本发明实施例一提供的Marmousi速度模型中的4.0s时刻的波场快照图；
图8为本发明实施例二提供的另一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置的示范性结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。
实施例
如图1所示，在本实施例中，一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，包括：
S10、获取震源波场，重建所述震源波场；
S20、根据所述震源波场得到检波点波场；
S30、根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
S40、对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
在本实施例中，通过在叠加前进行逆时偏移成像，提高了波场模拟精度，降低了波场存储量。
在本实施例中，所述获取震源波场，重建所述震源波场包括为：
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
在本实施例中，所述根据所述震源波场得到检波点波场包括：
切除每个地震记录中的直达波；
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
在本实施例中，所述根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果包括：
基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
得到所述震源波场的逆时偏移结果。
在本实施例中，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
调用所述有限差分算子，实现波场递推；
采用海绵吸收边界条件吸收边界反射能量。
在本实施例中，一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，包括：
获取模块，用于获取震源波场，重建所述震源波场；
检波模块，用于根据所述震源波场得到检波点波场；
成像模块，用于根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
叠加模块，用于对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
在本实施例中，所述获取模块包括为：
正演单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
重建单元，用于采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
在本实施例中，所述检波模块包括：
切除单元，用于切除每个地震记录中的直达波；
检波单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
在本实施例中，所述成像模块包括：
第一分离单元，用于基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
第二分离单元，用于将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
归一化单元，用于根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
成像单元，用于得到所述震源波场的逆时偏移结果。
在本实施例中，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
调用所述有限差分算子，实现波场递推；
采用海绵吸收边界条件吸收边界反射能量。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，包括：
获取震源波场，重建所述震源波场；
根据所述震源波场得到检波点波场；
根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
2.根据权利要求1所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，所述获取震源波场，重建所述震源波场包括为：
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
3.根据权利要求2所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，所述根据所述震源波场得到检波点波场包括：
切除每个地震记录中的直达波；
通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
4.根据权利要求3所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，所述根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果包括：
基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
得到所述震源波场的逆时偏移结果。
5.根据权利要求2所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像方法，其特征在于，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
调用所述有限差分算子，实现波场递推；
采用海绵吸收边界条件吸收边界反射能量。
6.一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取震源波场，重建所述震源波场；
检波模块，用于根据所述震源波场得到检波点波场；
成像模块，用于根据重建的震源波场和所述检波点波场进行成像，得到单个震源波场的逆时偏移结果；
叠加模块，用于对所有震源波场的逆时偏移结果进行叠加，得到偏移成像。
7.根据权利要求6所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，其特征在于，所述获取模块包括为：
正演单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子正演得到单个震源波场；
重建单元，用于采用有效边界存储策略重建所述单个震源波场。
8.根据权利要求7所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，其特征在于，所述检波模块包括：
切除单元，用于切除每个地震记录中的直达波；
检波单元，用于通过新差分结构的时空域交错网格有限差分算子得到每个时间步的检波点波场。
9.根据权利要求8所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，其特征在于，所述成像模块包括：
第一分离单元，用于基于坡印延矢量，将每个时间步的震源波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
第二分离单元，用于将每个时间步的检波点波场分离为上行波、下行波、左行波和右行波；
归一化单元，用于根据归一化波场分解互相关成像条件对分离后的震源波场和检波点波场进行成像；
成像单元，用于得到所述震源波场的逆时偏移结果。
10.根据权利要求7所述的一种声波波动方程叠前逆时偏移成像装置，其特征在于，所述新差分结构的时空域交错网格有限差分算子包括：
判定给定速度场的速度范围值，计算有限差分算子；
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