基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，先由给定的速度模型引入时间因子，将对崎岖海底界面的光滑处理表示为偏微分方程；由速度模型的能量函数，构建基于速度梯度的偏微分方程；再求解能量函数的极小化，得到基于原始速度模型梯度表示的扩散函数的偏微分方程；最后由原始速度模型，确定扩散函数的具体表达式，使它在速度模型梯度值较大的地方具有较慢的扩散速度，在速度模型梯度值较小的地方具有较快的扩散速度。本发明专利技术将根据速度梯度得到的偏微分方程模型光滑公式进行离散化以及结合边界扩散函数及迭代次数，即可对原始给定的速度模型崎岖海底界面进行光滑处理，应用处理后的速度模型再进行偏移成像处理获得较好的成像效果。

【技术实现步骤摘要】
基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法
本专利技术属于海洋地震勘探
，具体涉及一种海洋地震勘探深水资料数据偏移成像处理方法，特别涉及一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法。
技术介绍
在深水地震资料处理当中，经常遇到的一个的问题就是深水崎岖海底的偏移成像问题。由于海底崎岖，致使地震波在地层中传播横向速度发生剧烈变化，地震波传播的射线路径变得非常复杂，波场能量在崎岖海底发生相应的漫散射，致使反射波同相轴严重畸变，导致时间偏移剖面中海底下伏地层构造形态严重畸变。同时，由于崎岖海底的存在，常规的地震波时距曲线不再是双曲线，这将使得基于双曲线动态时差假设的共反射点(CMP)叠加振幅和旅行时发生畸变，CMP叠加剖面不再是零偏移距剖面，叠后时间偏移不能使反射波很好归位，从而造成构造形态严重失真，给地震资料的解释带来了许多的误区。针对上述崎岖海底存在对地震波传播带来的问题，1979年Berryhil首次提出波动方程基准面延拓的概念用于解决崎岖海底成像问题。该算法将波场从海平面向下延拓到一个新的可以横向变化的、有明确地质意义的基准面，用海底地层的速度替换海水速度，再将波场向上延拓到海速度模型平面上。该方法在叠后地震资料的数值模型检验中消除了部分崎岖海底对地震资料的畸变影响，但对于实际崎岖海底地震资料的处理，至今没有足够的成果表示上述基准面延拓方法的有效性。之后很多学者认为常规时间偏移和叠后深度偏移均不能解决崎岖海底地区地震成像问题，叠前深度偏移是解决崎岖海底成像问题的有效方法，而叠前深度偏移在很大的程度上依赖给定的速度模型。2010年，杨凯等人的研究表明，崎岖海底地层的存在对下伏地层的反射覆盖次数、反射能量以及入射角范围有很大的影响，导致波的动力学特征发生明显变化，指出在复杂崎岖海底地区地震勘探必须选择合适的排列长度和覆盖次数才能能到较好的偏移剖面。2011年，汪勇等人研究表明通过采用地震波照明分析技术和数值模拟可以为获得较好的成像结果提供采集方案以及成像所需的偏移孔径。综上，上述方法均不能解决深海崎岖海底的存在造成地震波传播过程当中横向速度的剧烈变化，导致地震波在传播时射线路径严重偏折，致使时间偏移剖面中下伏地层构造形态严重畸变，成像效果差或者不成像的问题，无法获取较好的偏移成像剖面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，以克服深海崎岖海底对波场能量传播的影响以及造成偏移成像质量不高、崎岖海底底部地层不成像或者成像模糊的缺点。本专利技术通过将基于偏微分方程的界面光滑处理结合高斯波束叠前偏移技术，通过对崎岖海底的界面依据速度梯度进行特定的光滑处理，从而增强射线能量的穿透性，实现崎岖海底下伏地层成像。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，包括以下步骤：A、给定偏移成像所需的速度模型v(x,z)，依据此速度模型构建偏微分方程，引入时间因子t，则对速度模型的光滑处理可以表示为：F表示给定的特定算法，通常依赖于速度及其空间上一、二阶导数。原始模型速度v0为初始条件，偏微分方程的解v(x,z,t)即给出了迭代t次时的速度模型值。B、根据速度模型的能量函数E(v)，由于在速度模型横向和纵向变化比较剧烈的区域(崎岖海底起伏界面)，速度梯度的模(导数的平方和)就越大，因此，要达到速度模型界面光滑的目的就要最小化能量函数E(v)，以此构建基于速度梯度的偏微分方程。C、采用变分方法和最速下降法求解能量函数E(v)的极小化问题，得到基于原始速度模型梯度表示的扩散系数的偏微分方程。D、依据原始速度模型，确定扩散系数的具体表达式，使其在速度模型梯度值较大的地方(海底崎岖界面)具有较慢的扩散速度，在速度模型梯度值较小的地方(非海底崎岖界面)具有较快的扩散速度，其目的在于对速度模型光滑的同时不破坏原始速度模型的空间结构。E、将步骤C得到的公式进行离散化以及选择步骤D所给定的边界扩散函数及迭代次数，就可以对原始给定的崎岖海底速度模型界面进行光滑处理，然后应用光滑处理后的速度模型再进行偏移成像就可以获得较好的成像效果。进一步地，步骤C，所述偏微分方程为：其中，·是散度算子，是梯度算子，是速度模型的梯度值，为扩散系数表达式，满足g(0)＝1，与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术与常规偏移成像中对速度模型处理相比，常规模型光滑处理中不同层次的光滑处理都会对原始速度模型的体系、空间结构带来不同程度的改变，进而对能量传播当中射线路径、时间场的分布以及振幅带来不同程度的偏差，最终影响到偏移成像的结果；本专利技术采用基于速度梯度构建的偏微分方程对模型崎岖海底界面进行光滑，由于偏微分方程具有局部特征保持性能，因此通过偏微分方程的迭代处理可以在保持原始速度模型空间结构的同时对梯度较大的崎岖海底界面进行光滑处理，从而增强波场传播能量的穿透性；本专利技术处理方法可以在尽量保持原始速度模型空间结构不变的情况下实现波场的精确计算和提高偏移成像质量。附图说明图1偏微分方程离散格式示意图；图2原始崎岖海底速度模型；图3不经过光滑处理所得的偏移剖面；图4光滑处理后所到的偏移剖面。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：本专利技术基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，包括以下步骤：A、给定偏移成像所需的速度模型v(x,z)，依据此速度模型构建偏微分方程，引入时间因子t，把对速度模型界面的光滑处理表示为：偏微分方程的解v(x,z,t)即为结果迭代t次时所获得的速度模型值。B、根据给定速度模型的能量函数E(v)，由于在速度模型横向和纵向变化比较剧烈的区域(崎岖海底起伏界面)，速度梯度的模(导数的平方和)就越大，因此，要达到速度模型光滑的目的就要最小化能量函数E(v)，以此构建基于速度梯度的偏微分方程。C、采用变分方法和最速下降法求解能量函数E(v)的极小化问题，得到基于原始速度模型梯度表示的扩散系数的偏微分方程：·是散度算子，是梯度算子，是速度模型的梯度值，为扩散系数表达式，满足g(0)＝1，D、依据原始速度模型，确定扩散系数的具体表达式，使它在速度模型梯度值较大的地方(海底崎岖界面)具有较慢的扩散速度，在速度模型梯度值较小的地方(非海底崎岖界面)具有较快的扩散速度，取g(s)满足形式：g(s)＝exp(-(s/k)2)，g(s)又称为边界停止平滑函数，它可以用来保持图像的边缘。E、将步骤C得到的公式进行离散化，离散示意图如图1所示。选择步骤D所给定的分布函数和及迭代次数，就可以对原始给定的崎岖海底速度模型界面进行光滑处理，然后应用光滑处理后的速度模型再进行偏移成像就可以获得较好的成像效果。根据图1的离散格式示意图，离散格式如下：其中N，S，E，W分别为各个方向北、南、东、西四个方向，τ为时间步长，这里的表示的式差分符号，其中：为了更好的说明上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA、给定偏移成像所需的速度模型v(x,z)，依据所述速度模型构建偏微分方程，引入时间因子t，速度模型的光滑处理表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于速度梯度的崎岖海底界面的光滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、给定偏移成像所需的速度模型v(x,z)，依据所述速度模型构建偏微分方程，引入时间因子t，速度模型的光滑处理表示为：其中，F表示给定的特定算法，依赖于速度及其空间上一、二阶导数，原始模型速度v0为初始条件，偏微分方程的解v(x,z,t)即给出了迭代t次时的速度模型值；
B、根据速度模型的能量函数E(v)，最小化能量函数E(v)，以构建基于速度梯度的偏微分方程；
C、采用变分方法和最速下降法求解能量函数E(v)的极小化，得到基于原始速度模型梯度表示的扩散系数的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩复兴，衣馨，孙章庆，王雪秋，刘明忱，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22