盲源地震波场模拟方法及系统与流程

本发明涉及地震勘探和开发领域，更具体地，涉及一种盲源地震波场模拟方法及系统。

背景技术：

在地震勘探和开发领域，盲源地震是在地表记录来自环境噪声或地下地质活动激发经地球内部传播的地震波，因此盲源是随机的，具有不确定性的，其中包括震源位置、震源振幅、激发时刻及持续时间等的不确定性。随着勘探目标逐渐转向小砂体、薄互层、微裂缝等异常地质体中的储层目标，对于盲源地震数据的模拟和研究已经成为地震勘探和开发领域日益重要的内容。

发明人发现，现有的常规地震模拟技术都是针对主动源地震的，虽然利用这些模拟工具同样可以实现盲源地震数据的模拟，但是其计算效率低，可操作性差，针对盲源地震波场模拟，需要运行多个程序来完成模拟，计算量巨大。因此，开发一种高效的盲源地震波场模拟技术是非常有必要的。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提供了一种盲源地震波场模拟方法及系统，该方法可以模拟位于随机位置处的震源信号，并可以同时模拟多个震源信号的综合响应，从而实现高效的盲源地震波场模拟。

根据本发明的一方面，提出了一种盲源地震波场模拟方法，该方法可以包括以下步骤：设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间；基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生 成震源信号；以及基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对震源信号进行盲源地震波场模拟。

根据本发明的另一方面，提出了一种盲源地震波场模拟系统，该系统可以包括地震参数生成单元，其设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间；震源信号生成单元，其基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生成震源信号；以及盲源地震波场模拟单元，其基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对震源信号进行盲源地震波场模拟。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明的示例性实施方案进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明的示例性实施方案中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是示出了根据本发明的示例性实施方案的盲源地震波场模拟方法的步骤的框图。

图2是示出了根据本发明的示例性实施方案的盲源地震波场模拟方法的盲源地震模拟设计模型的示意图。

图3是示出了根据本发明的示例性实施方案的不同持续时间的随机震源信号记录的示意图。

图4是示出了根据本发明的示例性实施方案的0-3s的模拟记录的示意图。

图5是示出了根据本发明的示例性实施方案的177-180s的模拟记录的示意图。

图6是示出了利用盲源地震干涉恢复反射波结果的示意图。

图7是示出了根据本发明的示例性实施方案的直接模拟的参考结果的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方案。虽然附图中显示了本发明的优选实施方案，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方案所限制。相反，提供这些实施方案是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施方案1

图1是示出了根据本发明的示例性实施方案的盲源地震波场模拟方法方法的步骤的框图。

在该实施方案中，盲源地震波场模拟方法可以包括以下步骤：步骤101，设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间；步骤102，基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生成震源信号；以及步骤103，基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对震源信号进行盲源地震波场模拟。

该实施方案可以通过设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间，由此生成随机震源信号并对震源信号进行盲源地震波场模拟等步骤，实现了高效的盲源地震波场模拟的技术效果。

设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间

在本实施方案的一个示例中，可以由用户根据模拟的实际需要而设定震源数量和震源振幅，从而满足盲源地震中的多震源情况。

在一个示例中，可以通过以下方式随机生成震源位置。根据研究区域，可以设置一个震源位置随机数组，将该数组与给定的研究区域范围相乘，即可获得随机生成的盲源震源位置表，如图2所示。其中，该震源位置随机数组可以是通过调用标准程序库中随机函数生成的0-1之间的一系列随机数。

在一个示例中，可以通过以下方式随机生成震源激发时刻。根据盲源波场模拟的记录长度，可以设置一个震源激发时刻随机数组，将该数组与记录长度相乘，即可获得随机生成的盲源震源激发时刻表。其中，该记录长度可 以由用户进行设置，该震源激发时刻随机数组可以是通过调用标准程序库中随机函数生成的0-1之间的一系列随机数。

在一个示例中，可以通过以下方式随机生成震源持续时间。根据盲源波场模拟的记录长度，可以设置一个震源持续时间随机数组，将记录长度减去该数组与记录长度相乘的值，即可获得震源信号持续时间表。其中，该震源持续时间随机数组可以是通过调用标准程序库中随机函数生成的0-1之间的一系列随机数。

本领域技术人员应理解，随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间并不限于以上示例所限定的方式，而是可以采用本领域技术人员已知的能够随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间的任意方式。

生成震源信号

基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生成震源信号的一个示例可以包括：通过由随机函数生成的随机数与震源振幅相乘而生成震源信号。可以设置一个震源信号随机数组，根据震源信号持续时间，将该数组与设定的震源振幅相乘，即可获得震源信号。其中，该震源信号随机数组可以是通过调用标准程序库中随机函数生成的0-1之间的一系列随机数。图3示出了根据该示例生成的不同持续时间的随机震源信号记录的示意图。可见，不同震源的信号持续时间是随机的，而且每个信号都是杂乱无章的，与实际情况更接近。

基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生成震源信号的另一个示例可以包括：利用子波与震源持续时间进行褶积而生成震源信号。在示例中，可以使用标准子波与震源持续时间做褶积，将得到结果作为震源信号。其中，标准子波可以是Richer、Ricker、Gauss、Kosloff等标准子波。

盲源地震波场模拟

在一个示例中，基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对震源信号进行盲源地震波场模拟可以包括：在满足稳定性条件的情况下，利用二维交错网格有限差分方法进行盲源地震波场模拟。

根据每个震源的震源激发时刻，按照震源在模型中的震源位置，可以利用二维交错网格有限差分方法将震源信号同步添加到模拟的波场中。在实现中，该方法可以包括内外两部分循环，其中外循环是震源数量，内循环是每个震源的震源激发时刻。针对盲源地震波场模拟，多震源的随机震源位置可以在外循环内限定。在时间内循环中，所有限定的震源都有可能激发。针对每一个激发时刻，二维交错网格有限差分方法都被启动，并更新波场信息，随后在定义的检波点处存储波场信息。完成所有的震源后，输出盲源地震记录。

在一个示例中，根据本发明的二维交错网格有限差分方法可以采用基于Virieux(Virieux,J.,1986,P-Sv wave propagation in heterogeneous media–Velocity-stress finite-difference method:Geophysics,51,889-901)和Robertsson(Robertsson,J.O.A.,J.O.Blanch,and W.W.Symes,1994,Viscoelastic finite-difference modeling:Geophysics,59,1444-1456)的2D声波有限差分算法，但本发明并不限于此，可以采用本领域技术人员已知的任意二维交错网格有限差分方法。

在根据本发明的二维交错网格有限差分方法中，需要满足其稳定性条件，以保证差分方程的稳定性及收敛性。差分的稳定性条件根据差分阶数的不同而有所不同，两者成反比关系。在一个示例中，可以选择四阶交错网格的差分格式，其稳定性条件如下式所示：

$\mathrm{\Δt}\<\frac{0.606\mathrm{\Δh}}{c_{\max }}$

其中，上式中，Δt可以表示模拟的时间步长，Δh可以表示模型的水平或深度方向的空间离散网格间距，c_max可以表示模型中定义的各介质的最大波速值。

边界效应处理

在一个示例中，基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对震源信号进行盲源地震波场模拟的可以包括：采用高衰减区法进行边界处理。可以在靠近边界处引入一个高吸收区，通过耗散因子使入射波在这个吸收区域内逐渐衰减，从而抑制边界附近的人工反 射。具体公式可以如下所示：

$\mathrm{taper}\left[\mathrm{ix}\right]=\exp {[-(\mathrm{\ϵ}*\frac{\mathrm{ix}}{\mathrm{ntaper}})]}^2$

其中，taper[ix]可以表示在ix处的衰减程度，ntaper可以表示需要增加的边界网格数，该数值需要在实际模拟时进行测试，可以根据效果进行确定，例如ntaper可以取值为20、30、40等；ix可以为吸收边界内的节点号，其值为0到ntaper-1之间的整数；ε可以表示衰减系数，其可以根据需要修改，值越小需要的网格数越多，吸收效果越好，但会影响效率，衰减系数可以优选地设定为0.15。

本领域技术人员应理解，以上只是给出了一种简单有效的吸收边界方法的示例，并不是对本发明的实施方案的限制，而是可以采用本领域技术人员已知的任意方式。

为了实时了解波场模拟的过程，根据波传播的不同时间，可以通过波场快照输出波场信息。

应用示例

以下给出了本发明的实施方案的一个应用示例。本领域技术人员应理解该应用示例仅为了便于理解本发明，其中的数值及其他细节仅为示例性的，而非意在限制本发明。

为了模拟盲源地震测量数据，可以采用如图2所示的断层模型，其中，随机震源位置可以在Z＝180米以下。图2中，震源数量可以设定为1000个，也即总共可以有1000个震源位置，以五角星表示。接收器可以位于自由表面Z＝0，间距20米，覆盖整个表面。震源信号持续时间和起始时间可以是变化的。在该示例中，震源信号可以是一个最高频率为30Hz的随机序列。图4和图5给出了模拟结果，其中，图4显示0-3s的模拟记录，图5显示的是177-180s的模拟记录。可见，盲源地震记录杂乱无序，每一道数据都包含了记录期间所有地下震源激发的波场，模拟结果接近实际情况，满足进行盲源地震干涉技术的相关测试要求。图6显示利用盲源模拟结果，经过地震干涉技术恢复的反射波提取效果。图7给出了参考结果，虚源位于模型中间的共炮点道集，可以由Tesseral正演得出。利用模拟的实际盲源地震测量结果，通过干涉技术，可以很好的恢复反射波场信息。该示例的结果表明，根据本发明的示例性实施方案的盲源地震波场模拟方法可以准确并高效地模拟实际 盲源地震测量结果。

本实施方案的优点在于，盲源波场模拟的效率与震源的数量无关，故而显著地提高盲源波场的模拟效率。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方案的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方案的有益效果，并不意在将本发明的实施方案限制于所给出的任何示例。

实施方案2

在该实施方案中，提供了一种盲源地震波场模拟系统，所述系统可以包括：地震参数生成单元，其设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间；震源信号生成单元，其基于所设定的震源振幅和随机生成的震源持续时间生成震源信号；以及盲源地震波场模拟单元，其基于所设定的震源数量以及所生成的震源位置和震源激发时刻，利用有限差分方法对所述震源信号进行盲源地震波场模拟。

该实施方案可以通过设定震源数量和震源振幅并随机生成震源位置、震源激发时刻以及震源持续时间，由此生成随机震源信号并对震源信号进行盲源地震波场模拟，实现了高效的盲源地震波场模拟的技术效果。

在一个示例中，震源信号生成单元生成震源信号可以包括，通过由随机函数生成的随机数与震源振幅相乘而生成震源信号。

在一个示例中，震源信号生成单元生成震源信号可以包括，利用子波与震源持续时间进行褶积而生成震源信号。

在一个示例中，盲源地震波场模拟单元对震源信号进行盲源地震波场模拟可以包括，在满足稳定性条件的情况下，利用二维交错网格有限差分方法进行盲源地震波场模拟。

在一个示例中，盲源地震波场模拟单元对震源信号进行盲源地震波场模拟可以包括，采用高衰减区法进行边界处理。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方案的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方案的有益效果，并不意在将本发明的实施方案限制于所给出的任何示例。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通 过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是， 框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。