快速三维粘声介质双程波方程波场深度延拓及成像方法技术

本发明专利技术公开三维粘声介质双程波方程波场深度延拓及成像方法，涉及地震勘探技术领域；粘声双程波方程深度偏移对衰减的地震波形的补偿效果优异，粘声双程波方程深度偏移对衰减的地震波形有较好的补偿效果；本发明专利技术比常规的

【技术实现步骤摘要】
快速三维粘声介质双程波方程波场深度延拓及成像方法


[0001]本专利技术涉及地震勘探
，具体的涉及快速三维粘声介质双程波方程波场深度延拓及成像方法
。

技术介绍

[0002]三维偏移成像由常规二维偏移成像技术发展而来，在地震勘探中，首先通过在地表布置地震探测仪器
(
地震检波器
)
，向地下发送震源能量，然后记录地震波在地下地层中的传播和反射情况；地震波在地下不同介质之间传播时会发生折射和反射，从而形成地震反射波；该方法通过对地震记录数据进行时移和叠加，来恢复地下地层的真实几何形态；按照算法实现的原理可以分为两大类
:
基于射线理论的偏移方法和基于波场延拓的偏移方法，射线理论通过模拟地震波的传播路径，将地震记录数据从接收点追溯回发射点，并在地下形成成像结果，波场延拓基于波动方程，通过数值求解来推断地震波在时间和空间上的变化；基于射线理论的偏移方法主要是三维叠前
Kirhhoff
偏移，三维叠前
Kirchhoff
偏移的基本思想是基于绕射叠加法，通过对地震数据进行叠前处理和叠前成像来获得高质量的地震剖面图像；此后在众多学者的发展下三维叠前
Kirchhoff
偏移方法成熟，在勘探领域广泛应用；但是该方法对复杂构造成像能力有限；
[0003]基于波场延拓的方法，如有限差分法
、F
‑
K
方法等，包括由双程波动方程导出的深度偏移和逆时偏移，由单程波动方程导出的各种方法，由于波场外推的实现算法不同，导致它们各自不同的特点；有限差分法波动方程偏移是一种波场延拓波动方程偏移方法，存在其局限性，将其推广至三维导致额外巨大计算量，难于经济适用；基于单程波方程的偏移方法，三维波动方程叠前深度偏移的基础是三维波场延拓，在将二维单程波方程波场延拓推广到三维时，分裂步方法和相移加插值方法没有限制，有限差分
(Finite Difference
，
FD)
和有限频域差分
(Finite Frequency Domain
，
FFD)
则需要解决矩阵求逆的困难；上述方法大多是将伪解析算子分解为若干对应与常速的伪解析算子，从而降低其计算量；总的来看，各种三维单程波方程的偏移方法具有计算效率较高的优点，但却对于复杂的三维模型难以开展高精度成像；近年来三维波动方程偏移发展迅速，其已经发展到弹性波
、
各向异性介质
、
黏声波
、GPU
并行化计算
、VSP
数据等，这其中以双程波偏移特别是逆时偏移发展最为繁荣
、
应用最为广泛；
[0004]Chang and McMechan
对二维弹性波方程进行精确求解，将逆时偏移理论应用到弹性波方程叠前地震资料处理中，并进一步推广到三维声波
、
三维弹性波叠前地震数据的处理中；
Dong and McMechan
利用有限差分算法求解各向异性介质中的双程标量波动方程，将逆时偏移推广到合成的各向异性共炮点数据的叠前偏移上；
[0005]Sun et al
通过直接求取弹性波场散度和旋度的方法，在未进行算子分裂的基础上，实现了三维各向同性介质中弹性波的纵横波解耦，减少了变量和计算量；在三维情况下
Helmholtz
分解横波为三分量矢量，为了获取标量的转换波成像结果，
Du
等提出首先将转换横波转化为标量，再对其进行标量互相关成像，但其方法仅可以用于
PS
成像而不适用于
SP
成像；
Duan
和
Sava
通过引入界面法向方向在标量成像条件中隐式地实现了转换波极性的校正，同样可以处理三维
PS
以及
SP
成像，其成像条件在二维和三维情况下具有统一的形式和更好的鲁棒性，但是在成像中对波场进行了进一步的散度运算和旋度运算，改变了波场和成像结果的振幅，以及
SP
波成像条件仅可以用于入射
S
波振动平行于射线平面的情况；边冬辉等利用三维转换波资料，通过研究形成了以转换波组合静校正
、
四参数叠前时间偏移速度建模和横波分裂时差校正为关键成像技术的转换波处理流程；最终在深层碳酸盐岩储层获得了高质量的转换波成像结果，提出了三维转换波关键成像技术；
[0006]三维逆时偏移对于复杂模型能够准确成像的优势，使其近年来得到极大发展与应用，但是计算效率与内存问题一直是其最大的瓶颈；刘红伟等实现了地震叠前逆时偏移高阶有限差分算法的
GPU
并行计算，比传统的
CPU
计算速度提高了一个数量级；匡斌等实现了基于
GPU
运行的三维波动方程叠前深度偏移，通过改进成像过程中并行模块的核心函数实现了地震成像的
GPU
高效并行运算，使三维波动方程偏移实现更广泛的应用提供了条件；
[0007]其他方面，刘礼农和张剑锋根据三维
VIT
各项异性介质的频散关系，实现了各向异性介质中的三维波动方程叠前深度偏移方法；毕亚杰利用共炮点道集和共接收点道集的互易性原理，实现了共接收点道集中的三维
VSP
数据的叠前波动方程偏移；对地层吸收衰减效应的研究也有发展；赵茂强推导了高阶有限差分双程波波场延拓方程，基于抗频散波动方程和对成像精度的要求，构建了高精度抗频散有限差分逆时偏移算子，在成像条件中加入了保真倾斜校正因子和能量照明补偿项，消除了逆散射效应及反射倾角对偏移振幅等动力学信息的影响，实现了高效高精度
VSP
逆时偏移成像；李金丽等针对黏介质成像存在的问题及最小二乘逆时偏移方法的优势，通过广义标准线性固体
(GSLS)
的三维黏声波动方程，基于三维黏声波动方程的伴随算子及最小二乘逆时偏移框架，实现了三维黏声最小二乘逆时偏移方法；采用极性编码技术大幅度降低黏声最小二乘逆时偏移算法的计算量与内存，使三维黏声最小二乘逆时偏移算法的实用化成为可能；谷丙洛等基于
Kelvin
‑
Voigt
模型推导新的振幅衰减和相位频散解耦的黏声波动方程，通过改进激发振幅成像条件，实现高效的井中三维地震黏声逆时偏移成像方法；此外，还采用时变低通滤波器压制高波数噪声，提升黏声逆时偏移方法的稳定性；
[0008]综上所述，常规声波双程波方程深度偏移获得的结果，显示在深部的成像能量弱，且分辨率低，且现有技术计算单炮时常规三维粘声介质逆时偏移
(Q
‑
RTM)
方法的计算量较大
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了快速三维粘声介质双程波方程波场深度延拓及成像方法
。
[0010]为实现上述技术目的，达到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
快速三维粘声介质双程波方程波场深度延拓，其特征在于：包括：三维介质中常密度的时间分数阶导数粘滞声波方程写为其中
p(x,y,z,t)
为压力波场，为压力波场，
c0,
ω0分别是参考速度和角频率；对方程
(1)
中的时间变量进行傅里叶变换可得：式中：为频率域压力波场；根据
i
‑
2r
＝
cos(
π
r)
‑
i sin(
π
r)
，方程
(2)
化简后可进一步得到其中其中假设为波场深度延拓提供了包括波场及其深度导数在内的边界条件，则方程
(3)
可改写为：其中是关于深度方向的频率域波场压力导数，定义为：为了有效地进行偏移的波场深度延拓，本发明引入了一个新的压力波场：则方程
(4)
可以进一步表示为其中：其中：
本发明定义垂直波数如下本发明提出了一种基于能量守恒的自适应稳定技术；本发明提出使用能量范数表达式或作为准则在频率
‑
波数域中识别和压制波场深度延拓中的异常波场数值，其算法可以写为如下形式：和压制波场深度延拓中的异常波场数值，其算法可以写为如下形式：其中
α
是比例因子，在本发明的数值实验中，比例因子设置为
1.02
‑
1.03...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤加春，代中奎，陈安清，魏俊廷，陈军兆，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：