全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法技术

本发明专利技术涉及一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度为0；2)对在某时间片要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场分别沿各个空间方向进行傅里叶变换，相应得到波数域波场；3)对两波数域波场分别通过角度滤波器f(α)进行加权计算；4)重复步骤2)和步骤3)通过角度滤波器f(α)完成所有时间片的加权计算，累加得到最后的梯度；5)对步骤4)得到的梯度值沿空间方向进行反傅里叶变换并乘以系数，得到实现偏移成像和层析成像模式分离的梯度值。

Method of separating migration and tomography mode in full waveform inversion gradient calculation

The present invention relates to a method of separation migration and tomography in full waveform inversion gradient calculation, including the following contents: 1) for target design angle filter f (alpha), initialization angle filtering gradient is 0; 2) the positive source wave field and back remainder wave field which are interrelated in a certain time slice are along each space side, respectively. To carry out Fourier transform, the wave field of wave number domain is obtained; 3) the weighted calculation of the two wave field by angle filter f (alpha); 4) repeat step 2) and step 3) to complete the weighted calculation of all time slices through the angle filter f (alpha), add the final gradient; 5) the gradient value obtained by step 4) along the space side. By performing inverse Fourier transform and multiplying coefficients, the gradient values of migration imaging and tomography mode separation are obtained.

【技术实现步骤摘要】
全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法
本专利技术是关于一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，涉及地震数据处理

技术介绍
全波形反演是利用地震数据来重建地球内部介质性质和结构的有效手段，它是通过优化受波动方程约束的目标函数来实现的。然而目前全波形反演对大、中等尺度的背景速度的重构都需要大偏移距的地震数据，这是因为在大偏移距的条件下折射波很丰富，从而可以在全波形反演中实现层析成像来消除模型中的大、中等尺度的误差。传统的采集观测系统受偏移距的限制，其基本是由反射波占主导的，例如海上拖缆数据。对这种以反射波为主导的地震数据进行全波形反演本质上相当于做非线性最小二乘逆时偏移，因此在全波形反演中偏移成像模式主导了反演，虽然层析成像模式也起了一定的作用，但是比起偏移成像模式在反演中的作用却是很微弱的。为了突出其中某一种模式的作用，非常有必要将全波形反演中的两种模式分离开来。实现全波形反演中的偏移成像模式和层析成像模式的分离目前有以下几项技术：将模型参数化为大尺度的背景速度和小尺度的波阻抗或者反射系数，从而使背景速度的梯度主要是由层析成像分量组成，而波阻抗或反射系数的梯度主要是由偏移成像分量组成，从而实现全波形反演中这两种模式的分离。但是这种方法不能完全彻底地分离波场中散射波和入射波，因此梯度中的这两种分量也不能完全分离。另一种方法是将波场中的上行波场和下行波场、左行波场和右行波场分开，再分别进行互相关来产生梯度中层析成像分量和偏移成像分量。然而这种方法假设散射波和入射波沿不同的方向传播，比如，入射波向下传播而散射波向上传播。但是只从上下或左右来划分传播方向是不精确的，很多情况下，散射波和入射波会沿着这四个方向中的相同方向传播。因此这种方法在很多情况下也不能正确地分离梯度中的这两种分量。逆散射成像方法计算出体模量(bulkmodulus)的梯度和密度的梯度，然后加权相减得到速度的梯度，加权相加得到波阻抗的梯度。然而，其对速度的梯度沿张开角度进行了(1-cos2θ/2)的加权，对波阻抗梯度沿张开角度进行了cos2θ/2的加权，θ是张开角(其范围为0到360度)。这里，因为梯度中的层析成像分量是在张开角接近180度时形成，而偏移分量在其它张开角形成，所以速度梯度中的层析成像分量得到加强，波阻抗梯度中的偏移分量得到了加强，从而实现这两个分量的分离。但是因为这种余弦平方函数的加权变化缓慢，并包含了所有角度，所以存在两种分量的互相泄露。根据震源波场和余量波场做互相关的入射波和回传波的张开夹角来从常规的梯度中直接提取出这两种分量。当张开夹角接近180度时，由这两个波互相关产生的梯度是由层析成像分量主导的，否则是由偏移分量主导的。因此可以设计一种角度滤波来实现这两种分量的分离，现有技术中存在时间延迟域(Time-lagextendeddomain)的角度滤波、坡印廷矢量(Poyntingvector)法以及局部倾角叠加(localslant-stack)。其中，时间延迟域的角度滤波方法中假设速度是常速度，克服这种困难需要通过坐标变换，并且该方法假设介质中的速度是各项同性，因此其计算比较复杂和不精确。坡印廷矢量法中地震波传播的方向可以通过坡印廷矢量来进行计算。因此，可以通过坡印廷矢量来计算入射波和回传波传播的方向，从而来计算这两个波在每个点的夹角，进而实现全波形反演梯度中两种成分分量的分离。但是在一个点上坡印廷矢量是所有波传播方向的一种综合表象，当多个方向的波叠加在一块儿时，坡印廷矢量不能给出每个波的传播方向，因此这种方法对复杂波场的层析成像分量和偏移分量的分离不是有效的。局部倾角叠加通过在空间滑动的窗口内实现波场沿各个传播方向的分离，然后实现入射波和回传波夹角的估计，从而实现角度滤波。但是这种方法假设在有限大小窗口内的波速是常数，并且由于窗口较小，导致分辨率较低，因此这种方法也不是非常精确。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，能够高效精确区分偏移成像分量和层析成像分量。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度g(k)为0；2)对在某时间片tk要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场分别沿各个空间方向进行傅里叶变换，相应得到波数域波场；3)对两波数域波场分别通过角度滤波器f(α)进行加权计算；4)重复步骤2)和步骤3)通过角度滤波器f(α)完成所有时间片的加权计算，累加得到最后的梯度；5)对步骤4)得到的梯度值沿空间方向进行反傅里叶变换并乘以系数，得到实现偏移成像和层析成像模式分离的梯度值。进一步地，所述步骤3)对两波数域波场通过角度滤波器f(α)进行加权计算，具体过程为：首先，对两波数域的波场Ps(ks)和Pr(kr)进行带滤波的乘积运算：其次，将上式结果累加到g(k)中都得到新的角度滤波梯度：g(k)＝g(k)+gk(k)。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度g(x)为0；2)对在时间片tk要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场沿各个空间方向进行傅里叶变换，得到两波数域波场；3)对两波数域波场通过角度滤波器f(α)进行带滤波的乘积运算，并对运算结果进行沿空间方向的反傅里叶变换；4)将反傅里叶变换结果进行梯度累加；5)重复步骤2)到步骤4)，累加得到最后的梯度；6)对步骤5)得到的最后梯度值乘以系数，得到实现偏移成像和层析成像模式分离的梯度值。进一步地，步骤3)对两波数域波场通过角度滤波器f(α)进行带滤波的乘积运算：式中，ksi和krj分别表示第i个震源波场的波数和第j个余量波场的波数，ps是正传震源波场，pr是反传余量波场，i、j是波数的序号。进一步地，所述步骤4)将反傅里叶变换结果进行梯度累加：g(x)＝g(x)+gk(x)。进一步地，所述步骤1)针对目标设计角度滤波器f(α)具体过程为：如果要突出偏移分量，则设计为小角度通过的角度滤波器，如果要突出层析成像分量，则设计为大角度通过的角度滤波器，如果要提取角度道集，则设计为很窄的带通的角度滤波器，其中，小角度通过滤波器，其过度带140°到160°，开口角度大于160度被滤掉；大角度通过滤波器，其过度带150°到170°，角度小于150°被滤出；很窄的带通的角度滤波器以60°为中心的，其过度带是50°到70°，其它角度被滤出。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术通过傅里叶变换把震源波场和余量波场映射到波数域，然后通过选取不同张开角的角度滤波器来区分偏移成像分量和层析成像分量，它不受模型速度变化、大倾角反射界面、波传播方向以及速度各向异性的影响，可以取得非常好的效果，能够高效精确区分偏移成像分量和层析成像分量。2、本专利技术的平面波域的角度滤波不仅可以用来提取全波形反演梯度中的层析成像分量和偏移成像分量，还可以用来滤除逆时偏移中的低频噪音，同时可以用于构建共成像点的角度道集。附图说明图1是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度g(k)为0；2)对在某时间片tk要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场分别沿各个空间方向进行傅里叶变换，相应得到波数域波场；3)对两波数域波场分别通过角度滤波器f(α)进行加权计算；4)重复步骤2)和步骤3)通过角度滤波器f(α)完成所有时间片的加权计算，累加得到最后的梯度；5)对步骤4)得到的梯度值沿空间方向进行反傅里叶变换并乘以系数，得到实现偏移成像和层析成像模式分离的梯度值。

【技术特征摘要】
1.一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度g(k)为0；2)对在某时间片tk要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场分别沿各个空间方向进行傅里叶变换，相应得到波数域波场；3)对两波数域波场分别通过角度滤波器f(α)进行加权计算；4)重复步骤2)和步骤3)通过角度滤波器f(α)完成所有时间片的加权计算，累加得到最后的梯度；5)对步骤4)得到的梯度值沿空间方向进行反傅里叶变换并乘以系数，得到实现偏移成像和层析成像模式分离的梯度值。2.如权利要求1所述的全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于，所述步骤3)对两波数域波场通过角度滤波器f(α)进行加权计算，具体过程为：首先，对两波数域的波场Ps(ks)和Pr(kr)进行带滤波的乘积运算：其次，将上式结果累加到g(k)中都得到新的角度滤波梯度：g(k)＝g(k)+gk(k)。3.一种全波形反演梯度计算中分离偏移和层析成像模式的方法，其特征在于包括以下内容：1)针对目标设计角度滤波器f(α)，初始化角度滤波梯度g(x)为0；2)对在时间片tk要进行互相关的正传震源波场和反传余量波场沿各个空间方向进行傅里叶变换，得到两波数域波场；3)对两波数域波场通过角度滤波器f(α)进行带滤波的乘积运算，并对运算结果进...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚刚，吴迪，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11