基于高斯束波场模拟的地震波正演方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于高斯束波场模拟的地震波正演方法和装置。所述方法包括：从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。应用本发明专利技术，能获取干净准确的模拟波场，非常适用于地震成像波场分析。

Seismic wave forward modeling method and device based on Gauss beam field simulation

The present invention discloses a seismic wave forward modeling method and device based on Gauss beam field simulation. The method includes: Starting from the focal point, simulating the Gauss beam with multiple emission angles separately, and the Gauss beams with different emission angles are independent of each other; using the Gauss beam integral to superpose all the Gauss beam fields, and multiplying the superposition results by the wavelet function to obtain the spatial frequency domain Gauss beam simulation wave field; transforming the frequency domain Gauss beam simulation wave field into the time domain; A snapshot of wave field propagation and a single shot record are obtained. The invention can obtain clean and accurate simulated wave field, and is very suitable for seismic imaging wave field analysis.

【技术实现步骤摘要】
基于高斯束波场模拟的地震波正演方法和装置
本专利技术涉及地震波正演领域，更具体地，涉及基于高斯束波场模拟的地震波正演方法和装置。
技术介绍
地震波数值正演模拟的一个主要应用是服务于地震成像进行波场分析。服务于地震成像的地震波场数值正演仅需要模拟透射波，其计算方法包括：声波方程全波场有限差分法可以处理复杂速度模型但十分耗时，且全波场的模拟包含了所有波至使得难以去除不需要的直达波、多次波及转换波等；单程波算子仅模拟透射波，具有较高的效率，适合处理大规模数据，但最大的缺点是对陡倾角的限制，不能模拟大角度及回转波场。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了基于高斯射线束波场模拟的地震波正演方法和装置。根据本专利技术的一方面，提出了一种基于高斯束波场模拟的地震波正演方法，所述方法包括：从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。根据本专利技术的另一方面，提出了一种基于高斯束波场模拟的地震波正演装置，所述装置包括：高斯束模拟模块，用于从震源点出发、以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；频率域高斯束模拟波场获取模块，使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；时频转换模块，用于将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。根据本专利技术的各个方面基于高斯束进行波场正演。与常规射线相比，本专利技术的方案克服了焦散问题及两点射线追踪问题；与声波方程全波场有限差分相比，本专利技术的方案非常高效和灵活，且仅模拟成像所需的透射波；与单程波相比，本专利技术的方案没有倾角限制且可以模拟回转波。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的基于高斯射线束波场模拟的地震波正演方法的流程图。图2示出了射线中心坐标系的示例性示意图。图3示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的频率域单个高斯束的波场示意图。图4示出了地震Rick子波的示意图。图5示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的所有高斯束的波场叠加结果示意图。图6示出了一个简单模型示意图。图7示出了根据本专利技术的一个示例性实施例针对图6所示模型得到的波前快照示意图。图8示出了根据本专利技术的一个示例性实施例针对图6所示模型得到的单炮记录示意图。图9示出了一个复杂模型示意图。图10(1)和图10(2)示出了针对图9所示模型分别采用常规单程波和根据本专利技术的高斯束模拟得到的波前快照对比示意图。图11(1)和图11(2)示出了针对图9所示模型分别采用常规单程波和根据本专利技术的高斯束模拟得到的单炮记录对比示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的基于高斯射线束波场模拟的地震波正演方法的流程图，该方法包括：步骤101，从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；步骤102，使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；步骤103，将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。本实施例通过基于高斯束进行波场正演，与常规射线相比，本实施例克服了焦散问题及两点射线追踪问题；与声波方程全波场有限差分相比，本专利技术的方案非常高效和灵活，且仅模拟成像所需的透射波；与单程波相比，本专利技术的方案没有倾角限制且可以模拟回转波。以下对根据本专利技术的示例性实施例进行介绍。(1)从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立。在一个示例性实施例中，以多个出射角度分别进行高斯束模拟包括：按照出射角度进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，以模拟高斯束。在一个示例中，按照出射角度进行运动学射线追踪包括：以震源点为原点，建立笛卡尔坐标系，采用以下公式计算高斯束中心射线的运动学参量：其中，x,z为中心射线的追踪坐标；θ为出射角度，即中心射线在原点处的出射方向与z轴正向的夹角；v(s)为中心射线的速度；s表示中心射线的弧长。在一个示例中，按照出射角度进行动力学射线追踪包括：以震源点为起点，以高斯束中心射线为中心建立射线中心坐标系，图2示出了射线中心坐标系的示例性示意图，并采用以下公式计算高斯束中心射线的动力学参量：其中，p(s)和q(s)为沿中心射线变化的动力学参数，p(s)决定高斯射线束传播的宽度，q(s)决定高斯射线束的波前曲率；v(s)为中心射线的速度；va(s)是所述射线中心坐标系下速度场的二阶导数；s表示中心射线的弧长。在一个示例中，模拟的单个高斯束在空间的波场为：其中，p(s)和q(s)为沿中心射线变化的动力学参数，p(s)决定高斯射线束传播的宽度，q(s)决定高斯射线束的波前曲率；s表示中心射线的弧长；n是空间中任意一点与中心射线间的距离；ω表示频率；v(s)为中心射线的速度；τ(s)表示中心射线从震源点出发沿中心射线至弧长s处的时间。图3示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的频率域单个高斯束的波场示意图。(2)使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场。在一个示例性实施例中，通过下式得到空间的频率域高斯束模拟波场：其中，F(ω)代表子波，和表示积分角度范围。图4示出了Rick子波的示意图。图5示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的所有高斯束的波场叠加结果示意图。(3)将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。在一个示例性实施例中，通过下式将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域：在t固定为t0的情况下，u(x,z,t0)可以表示时刻的波场传播快照。在z固定为z0的情况下，u(x,z0,t)可以表示在深度z0接收到的单炮记录。图6示出了一个简单模型示意图。图7示出了根据本专利技术的一个示例性实施例针对图6所示模型得到的波前快照示意图。图8示出了根据本专利技术的一个示例性实施例针对图6所示模型得到的单炮记录示意图。从图中可以看出，根据本专利技术得到的模拟波场干净准确。图9示出了一个复杂模型示意图。图10(1)和图10(2)示出了针对图9所示模型分别采用常规单程波和根据本专利技术的高斯束模拟得到的波前快照对比示意图。其中，图10(1)为采用常规单程波得到的波前快照示意图；图10(2)为根据本专利技术得到的波前快照示意图。图11(1)和图11(2)示出了针对图9所示模型分别采用常规单程波和根据本专利技术的高斯束模拟得到的单炮记录对比示意图。其中，图11(1)为采用常规单程波得到的单炮记录示意图；图11(2)为根据本专利技术得到的单炮记录示意图。从图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高斯束波场模拟的地震波正演方法，其特征在于，所述方法包括：从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯束波场模拟的地震波正演方法，其特征在于，所述方法包括：从震源点出发，以多个出射角度分别进行高斯束模拟，不同出射角度的高斯束彼此独立；使用高斯束积分以对所有高斯束波场进行叠加，并将叠加结果乘以子波函数，得到空间的频率域高斯束模拟波场；将所述频率域高斯束模拟波场变换到时间域，得到波场传播快照和单炮记录。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以多个出射角度分别进行高斯束模拟包括：按照出射角度进行运动学射线追踪和动力学射线追踪，以模拟高斯束。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照出射角度进行运动学射线追踪包括：以震源点为原点，建立笛卡尔坐标系，采用以下公式计算高斯束中心射线的运动学参量：其中，x,z为中心射线的追踪坐标；θ为出射角度，即中心射线在原点处的出射方向与z轴正向的夹角；v(s)为中心射线的速度；s表示中心射线的弧长。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照出射角度进行动力学射线追踪包括：以震源点为起点，以高斯束中心射线为中心建立射线中心坐标系，采用以下公式计算高斯束中心射线的动力学参量：其中，p(s)和q(s)为沿中心射线变化的动力学参数，p(s)决定高斯射线束传播的宽度，q(s)决定高斯射线束的波前曲率；v(s)为中心射线的速度；va(s)是所述射线中心坐标系下速度场的二阶导数；s表示中心射线的弧长。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡杰雄，倪瑶，王守进，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11