绕射波场提取方法和装置与流程
本发明涉及绕射波场提取的技术领域，尤其是涉及一种绕射波场提取方法和装置。
背景技术：
常规的地震勘探技术是以反射波理论为基础，当地震波在地下空间传播时，遇到岩性分界面，根据斯内尔定律，产生反射波，被地表检波器接收，故反射波携带了大尺度地质体信息，可以详细刻画地层构造和走向。同时，由于地层间地应力的相互作用，地下空间还存在断层、裂缝等小尺度地质体，反射波理论已不能准确刻画小尺度地质体，但该类地质体往往和石油、天然气、煤层气等能源息息相关，因而小尺度地质体的勘探至关重要。
绕射波是小尺度地质体的地震响应，绕射波携带了小尺度地质体的构造信息，因而，绕射波可以被用来精确定位非均匀的不连续地质体，提供更强的地下空间照明度。但是，绕射波能量较低，几乎淹没于反射波中，难以辨识和利用，故绕射波分离是绕射波应用必不可少的一步。现有方法中，平面波分解方法是常用的一种绕射波分离方法，通过估计反射波局部倾角来去除反射波。然而，平面波分解方法在估计反射波局部倾角时，往往伴有解的不稳定性，使得反射波局部倾角估计不准，影响反射波压制效果，从而使得提取的绕射波精度较差。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种绕射波场提取方法和装置，以缓解传统绕射波提取方法提取的绕射波精度较差的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种绕射波场提取方法，包括：
获取待处理区域内的叠前共偏移距道集数据，其中，所述叠前共偏移距道集数据为携带有所述待处理区域内地层界面信息的数据；
在对所述叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数；
求解目标反射波倾角，其中，所述目标反射波倾角为所述第一目标函数达到最小值时的反射波局部倾角；
结合所述目标反射波倾角、所述叠前共偏移距道集数据和所述第一目标函数确定所述待提取绕射波场。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在对所述叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数，包括：
根据所述叠前共偏移距道集数据和所述反射波局部倾角建立数据拟合项；
对所述反射波倾角通过曲波变换之后，再通过l0范数对所述曲波变换得到的结果进行正则化约束而建立正则化项；
将所述数据拟合项和所述正则化项相加，并将相加的结果作为所述第一目标函数。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一目标函数的公式为：
其中，r表示所述待提取绕射波场，
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，求解目标反射波倾角，包括：
构建所述第一目标函数的信赖域子问题，得到关于反射波倾角的更新变化量的第二目标函数以及约束条件，其中，所述第二目标函数为：
求解所述信赖域子问题，得到所述反射波倾角的更新变化量，并基于所述更新变化量确定所述目标反射波倾角。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，求解所述信赖域子问题，得到所述反射波倾角的更新变化量，包括：
采用截断共轭梯度法求解所述信赖域子问题，得到所述反射波倾角的更新变化量。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
在空间-时间域内，对所述目标反射波倾角进行均值平滑处理，并用平滑处理之后的所述目标反射波倾角替换平滑处理之前所述目标反射波倾角。
第二方面，本发明实施例还提供一种绕射波场提取装置，包括：获取模块，用于获取待处理区域内的叠前共偏移距道集数据，其中，所述叠前共偏移距道集数据为携带有所述待处理区域内地层界面信息的数据；
构建模块，用于在对所述叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数；
求解模块，用于求解目标反射波倾角，其中，所述目标反射波倾角为所述第一目标函数达到最小值时的反射波局部倾角；
确定模块，用于结合所述目标反射波倾角、所述叠前共偏移距道集数据和所述第一目标函数确定所述待提取绕射波场。
本发明实施例带来了以下有益效果：
该绕射波场提取方法包括：获取待处理区域内的叠前共偏移距道集数据，其中，叠前共偏移距道集数据为携带有待处理区域内地层界面信息的数据；在对所述叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数；求解目标反射波倾角，其中，目标反射波倾角为第一目标函数达到最小值时的反射波局部倾角；结合目标反射波倾角、叠前共偏移距道集数据和第一目标函数确定待提取绕射波场。
该绕射波场提取方法在平面波分解基础上，使用l0范数和曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏性约束，其中，曲波变换作为一种稀疏变换方法，将反射波局部倾角稀疏地表示出来；l0范数作为计算数据中非零元素个数的方法，直接描述稀疏变化后数据的稀疏性，通过l0范数对稀疏变化后数据进行正则化约束，使得第一目标函数得到的解更加稳定，从而达到压制反射波，提取绕射波场的目的，缓解了传统绕射波提取方法提取的绕射波精度较差的技术问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种绕射波场提取方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的一种求解目标反射波倾角方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种绕射波场提取装置的结构框图；
图4为本发明实施例二提供的另一种绕射波场提取装置的结构框图。
图标：100-获取模块；200-构建模块；300-求解模块；400-确定模块；500-平滑模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有方法中，平面波分解方法是常用的一种绕射波分离方法，通过估计反射波局部倾角，来去除反射波。然而，平面波分解方法在估计反射波局部倾角时，往往伴有解的不稳定性，使得反射波局部倾角估计不准，影响反射波压制效果，从而使得提取的绕射波精度较差。基于此，本发明实施例提供的一种绕射波场提取方法和装置，是基于l0范数和曲波变换的正则化约束方案，可以有效估计反射波局部倾角场，达到压制反射和提取绕射的有益效果，缓解了传统绕射波提取方法提取的绕射波精度较差的技术问题。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种绕射波场提取方法进行详细介绍。
实施例一
本发明实施例提供的一种绕射波场提取方法，如图1所示，包括：
步骤s102，获取待处理区域内的叠前共偏移距道集数据，其中，叠前共偏移距道集数据为携带有待处理区域内地层界面信息的数据。
在本发明实施例中，共偏移距地震道集数据为通过获取单元检测到的地震波，具体过程为：采用人工方法在炮点激发了地震波，地震波向四面八方传播，并且在遇到地下不同岩性的分解面时产生了反射波和绕射波，这些反射波和绕射波又返回地面而引起地面的振动，然后沿与炮点等距的地方设置获取单元来检测引起地面振动的地震波。
需要说明的是，由于检测到的地震波是受到了地下地层介质的改造，因此地层界面信息至少包括地质构造和地层岩性，携带有地层界面信息的数据包括时间、速度、频率。
步骤s104，在对叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数。
具体地，目前的平面波分解方法只是通过估计反射波局部倾角来去除反射波；本发明实施例中提供的绕射波场提取方法，在对叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的同时，通过曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏变换，并将曲波变换结果采用l0范数进行正则化约束，从而构建了待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数。
步骤s106，求解目标反射波倾角，其中，目标反射波倾角为第一目标函数达到最小值时的反射波局部倾角。
步骤s108，结合目标反射波倾角、叠前共偏移距道集数据和第一目标函数确定待提取绕射波场。
具体地，将目标反射波倾角代入第一目标函数，以确定待提取绕射波场。
在本发明实施例中，曲波变换作为一种稀疏变换方法，将反射波局部倾角稀疏地表示出来；l0范数作为计算数据中非零元素个数的方法，直接描述稀疏变化后数据的稀疏性，通过l0范数对曲波变换后数据进行正则化约束，使得第一目标函数得到的解会更加稳定，缓解传统绕射波提取方法提取的绕射波精度较差的技术问题。
其中，在对叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数，包括：
根据叠前共偏移距道集数据和反射波局部倾角建立数据拟合项；
对反射波倾角通过曲波变换之后，再通过l0范数对曲波变换得到的结果进行正则化约束而建立正则化项；
将数据拟合项和正则化项相加，并将相加的结果作为第一目标函数。
具体地，所建立的第一目标函数的公式为：
其中，r表示待提取绕射波场，
本发明实施例的另一个可选实施方式中，如图2所示，求解目标反射波倾角，包括：
步骤s201，构建第一目标函数的信赖域子问题，得到关于反射波倾角的更新变化量的第二目标函数以及约束条件，其中，第二目标函数为：
需要说明的是，gk表示第一目标函数的梯度，即指：gk表示第一目标函数对反射波倾角的一阶导数；bk表示第一目标函数的海森矩阵，即指：bk表示第一目标函数对反射波倾角的二阶导数。
步骤s202，求解信赖域子问题，得到反射波倾角的更新变化量，并基于更新变化量确定目标反射波倾角。
具体地，上述求解目标反射波倾角的过程采用了信赖域算法，信赖域算法的具体执行步骤如下：
a、获取反射波倾角初始值和信赖域半径初始值；
b、从反射波倾角初始值ρ1和信赖域半径初始值δ1开始迭代，计算第一目标函数对倾角的一阶导数和二阶导数，即梯度gk与海森矩阵bk，并基于gk、bk和
c、结合约束条件||ξk||2≤δk求解第二目标函数的解ξk；
d、在第k次迭代时，基于ρk计算rk，并将ρk和ξk的和作为第一目标函数的自变量来计算rk+1；
e、基于ξk计算
f、基于rk、rk+1和
g、根据pk值的大小，按照反射波倾角场更新公式和信赖域半径更新公式对信赖域半径和反射波倾角场进行更新，得到第k次迭代计算之后输出的反射波倾角更新值ρk+1、信赖域半径更新值δk+1，其中，反射波倾角场更新公式为：
信赖域半径更新公式为：
η1表示第一预设阈值，η2表示第二预设阈值，σ1表示第一调节参数，σ2表示第二调节参数，σ3表示第三调节参数，δmax表示信赖域半径的预设极大值，
其中，k依次取值为1到k，k表示信赖域算法求解目标反射波倾角的过程达到收敛时的迭代次数，在第k次迭代后求得的ρk+1即为目标反射波倾角。
本发明实施例中，利用信赖域算法计算反射波倾角，从而更好地压制反射波，进一步有利于提取的绕射波场的高保真。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，通过采用截断共轭梯度法求解信赖域子问题，得到反射波倾角的更新变化量。
具体地，即，上述步骤c、结合约束条件||ξk||2≤δk求解第二目标函数的解ξk为采用截断共轭梯度法求解，可采用如下公式进行详细求解：
其中，ξk(0)为预设的反射波倾角的更新变化量的初始值，q(j)为更新方向；
其中，j依次取值为1到j，j为t首次达到t<σ(σ为预设误差阈值)时，截断共轭梯度法的迭代次数；截断共轭梯度法的第j次迭代得到的反射波倾角的更新变化量ξk(j+1)即为信赖域算法的第k次迭代中第二目标函数的解ξk。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，绕射波场提取方法还包括：
在空间-时间域内，对目标反射波倾角进行均值平滑处理，并用平滑处理之后的目标反射波倾角替换平滑处理之前目标反射波倾角。
本发明实施例中，将目标反射波倾角进行空间-时间域均值平滑，然后将平滑处理后的目标反射波倾角代入目标函数，进而消除反射波，提取绕射波场，上述时空域平滑处理有利于保持波场的连续变化性质，将平滑处理后的目标反射波倾角代入目标函数进行绕射波场提取，有利于获得高保真的绕射波场。
实施例二
如图3到图4所示，本发明实施例提供的一种绕射波场提取装置。
参见图3，该绕射波场提取装置包括：
获取模块100，用于获取待处理区域内的叠前共偏移距道集数据，其中，叠前共偏移距道集数据为携带有待处理区域内地层界面信息的数据；
构建模块200，用于在对叠前共偏移距道集数据进行平面波分解的基础上，通过曲波变换对反射波局部倾角进行变换后采用l0范数进行正则化约束，得到待提取绕射波场关于反射波局部倾角的第一目标函数；
求解模块300，用于求解目标反射波倾角，其中，目标反射波倾角为第一目标函数达到最小值时的反射波局部倾角；
确定模块400，用于结合目标反射波倾角、叠前共偏移距道集数据和第一目标函数确定待提取绕射波场。
在本发明实施例中，获取模块100获取叠前共偏移距道集数据，构建模块200使用l0范数和曲波变换对反射波局部倾角进行稀疏性约束，其中，曲波变换作为一种稀疏变换方法，将反射波局部倾角稀疏地表示出来；l0范数作为计算数据中非零元素个数的方法，直接描述稀疏变化后数据的稀疏性，通过l0范数对稀疏变化后数据进行正则化约束，使得第一目标函数通过求解模块300得到的解更加稳定，然后确定模块400结合目标反射波倾角、叠前共偏移距道集数据和第一目标函数确定出的待提取绕射波场精度较好，缓解了传统绕射波提取方法提取的绕射波精度较差的技术问题。
本发明实施例的一个可选实施方式中，构建模块200用于：
根据叠前共偏移距道集数据和反射波局部倾角建立数据拟合项；
对反射波倾角通过曲波变换之后，再通过l0范数对曲波变换得到的结果进行正则化约束而建立正则化项；
将数据拟合项和正则化项相加，并将相加的结果作为第一目标函数。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，第一目标函数的公式为：
其中，r表示待提取绕射波场，
本发明实施例的另一个可选实施方式中，求解模块300，用于：
构建所述第一目标函数的信赖域子问题，得到关于反射波倾角的更新变化量的第二目标函数以及约束条件，其中，第二目标函数为：
求解信赖域子问题，得到反射波倾角的更新变化量，并基于更新变化量确定目标反射波倾角。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，求解模块300用于：
利用截断共轭梯度法求解信赖域子问题，得到反射波倾角的更新变化量。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，绕射波场提取装置还包括：
平滑模块500，用于在空间-时间域内，对目标反射波倾角进行均值平滑处理，并用平滑处理之后的目标反射波倾角替换平滑处理之前目标反射波倾角。
本发明实施例所提供的绕射波场提取方法和装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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