专利名称：用于以缩减计算成本进行地震成像的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于对地球的地下进行地震成像的方法和系统，并且具体地说，涉及用于以缩减计算成本来执行诸如逆时偏移的地震处理的方法和系统。
背景技术：
许多现有技术偏移和反演方法都属于其中使向前和向后传播的波场相关来获取图像的伴随状态问题类别。这种方法的示例包括逆时偏移和波形反演。这些方法需要将向前传播波场按每一个时间步，与伴随的向后传播波场步调一致地按逆序来存取。按每一个时间步的向前和向后传播波场两者的同时可用性的这种需求造成针对大数据集的显著计算挑战。针对每一个时间步，按地下中的每一点计算源和接收器波场在计算操作和计算机存储器两者方面具有大的需求。现有技术已经通过根据扩展框(expanding box)缩减波场计算来解决这种问题,其中，针对每一个时间步,仅针对包含扩展波场的地下点来计算波场。在扩展框外侧的地下点处，已知波场为零，因而不需要计算它。这种方法可以节省逆时偏移的多达30%的计算成本。然而，即使利用针对波场传播的扩展框，诸如逆时偏移和波形反演的方法的计算成本也非常高。图1例示了针对源波场传播的扩展框。画面10示出了在传播的源波场。该画面的大部分是深灰色，指示在该区域不计算源波场，并且假定其为零。源波场仅在浅灰色区中计算，其稍微大于实际波场，由此确保计算整个波场。画面10中的传播波场是在画面顶部居中的半圆形。随着波场于稍后时间在画面12和14中向前传播，浅灰色区扩展以允许在该扩展框内计算波场，并且其中波场保持为零的深灰色区尺寸减小。由于波场所传播通过的地球模型的复杂性，该扩展框按不同方向以不同速率扩展，并且波场变复杂。可以类似地在扩展框内计算向后传播接收器波场。尽管针对源和接收器波场传播的扩展框可以缩减计算成本多达30%，但诸如逆时偏移的地震成像方法在计算上仍是昂贵的。存在针对处理波场和针对按更有效计算方式生成关注地下区的图像的需要。
发明内容
根据本发明的一个实现，公开了一种用于生成地下区域的图像的计算机实现方法。该方法包括:获取与该地下区域有关的地震数据和地球模型，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向前传播源波场通过该地球模型，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向后传播接收器波场通过该地球模型，以及对该向前传播源波场和向后传播接收器波场应用成像条件以生成与该地下区域有关的图像。该第一行进时间是地震能量从地震源起行进至该地下区域中的一个图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器起行进至该地下区域中的该图像点所花费的时长。该有限时间范围处于第一行进时间与最大行进时间减去第二行进时间的时间之间。在一实施例中，公开了一种用于生成地下区域的图像的系统。该系统包括:数据源，该数据源包含与该地下区域有关的信息、和至少一个计算机处理器，该至少一个计算机处理器被配置成与该数据源通信并且执行计算机程序模块，该计算机程序模块包括:向前传播模块、向后传播模块、以及成像条件模块。该系统还可以包括用户接口。该向前传播模块和向后传播模块被配置成在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内传播波场。该第一行进时间是地震能量从地震源行进至该地下区域中的一个图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器行进至该地下区域中的该图像点所花费的时长。该有限时间范围处于第一行进时间与最大行进时间减去第二行进时间的时间之间。在另一实施例中，公开了一种用于生成地下区域的图像的制造品。该制造品可以包括:其中具体实现有计算机可读代码的计算机可读介质，该计算机可读程序代码适于被执行以实现用于估算地下储集层中的流体分布的方法。所述方法可以包括:在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向前传播源波场通过该地球模型，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向后传播接收器波场通过该地球模型，以及对该向前传播源波场和向后传播接收器波场应用成像条件以生成与该地下区域有关的图像。该第一行进时间是地震能量从地震源行进至该地下区域中的一个图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器行进至该地下区域中的该图像点所花费的时长。该有限时间范围处于第一行进时间与最大行进时间减去第二行进时间的时间之间。提供上述摘要部分，以按简化形式介绍选择的概念，其在下面详细描述部分中进一步描述。该摘要不是旨在标识所要求保护的主旨的关键特征或基本特征，也不是旨在被用于限制所要求保护的主旨的范围。而且，要求保护的主旨不限于解决在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实现。
参照下列描述、未决权利要求书以及附图，本发明的这些和其它特征将变得更明白，其中:图1举例说明了用于传播源波场的扩展框的现有技术；图2是例示根据本发明一实施例的方法的流程图；图3是显示根据本发明一实施例所使用的行进时间的图；图4例示了利用本发明一实施例的结果；以及图5示意性地例示了根据本发明一实施例的用于执行一方法的系统。
具体实施例方式本发明可以按一系统和要通过一计算机执行的计算机方法的一般背景来描述和实现。这种计算机可执行指令可以包括程序、例程、对象、组件、数据结构以及可以被用于执行特定任务和处理抽象数据类型的计算机软件技术。本发明的软件实现可以针对多种计算平台和环境中的应用按不同语言来编码。应当清楚，本发明的范围和基本原理不限于任何特定计算机软件技术。而且，本领域技术人员应当清楚，本发明可以利用硬件和软件构造中的任一个或组合来实践，包括但不限于，具有单一和/或多计算机处理器的系统、手持式装置、可编程消费电子设备、迷你计算机、大型计算机等。本发明还可以在其中通过经由一个或更多个数据通信网络链接的服务器或其它处理装置执行任务的分布式计算环境中实践。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质两者中。而且，用于与计算机处理器一起使用的制造品(如⑶、预记录盘或其它等同装置)可以包括计算机程序存储介质和记录在其上的、用于引导计算机处理器辅助实现和实践本发明的程序装置。这种装置和制造品也落入本发明的精神和范围内。下面，参照附图，对本发明的实施例进行描述。本发明可以按许多方式来实现，例如包括系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机实现方法)、装置、计算机可读介质、计算机程序产品、图形用户接口、门户网站或者有形地固定在计算机可读存储器中的数据结构。下面，对本发明的几个实施例进行讨论。附图仅例示了本发明的典型实施例，并由此不应被视为对其范围和宽度的限制。本发明涉及地球地下的地震成像，并且通过示例而非限制的方式，可以被用于通过逆时偏移或波形反演来缩减地震成像的计算成本。这可以通过使用限制计算源和接收器波场的时间范围的双扩展框来实现。本发明使用双扩展框来缩减在诸如逆时偏移的地震处理期间地震波传播的计算成本。在这点上，图2的流程图中例示了根据本发明的方法200的示例。在步骤20，获取地震数据和地球模型。该地球模型包括有关地下属性的信息，其需要用于向前和向后传播源和接收器波场。其例如可以包括这些属性中的任一种:地震速度、密度、以及/或各向异性参数。该地震数据可以直接根据地震勘测来获取，或者可以通过经由网络连接、计算机硬盘、USB装置等发送、存储或递送该地震数据来获取。另选的是，地震数据可以是通过诸如有限差分建模的地震数据建模而获取的合成地震数据。该地球模型还可以通过经由网络连接、计算机硬盘、USB装置等发送、存储或递送地下属性来获取，或者可以通过在本发明的多个步骤之前完成的建模来获取。在步骤22，源波场传播经过有限时间范围。在步骤24，接收器波场传播经过相同的有限时间范围，其可以在步骤22之前、之后或与其同时执行。对于逆时偏移的情况来说，步骤22例如可以基于随时间前移的针对波动方程的有限差分解以有限差分建模算法来完成。步骤24例如可以通过随时间向后的有限差分建模来完成。参照图3，对向前和向后传播的有限时间范围进行描述。图3示出了本发明所使用的、用于确定针对向前和向后传播的波场的计算范围的行进时间。源30处于波开始向图像点32传播的地方。针对向前传播波从源30起行进至图像点32所花费的时间量是由线31所表示的h。接收器34是接收器波场从其向后传播至图像点32的点。向后传播接收器波场从接收器34行进至图像点32所花费的时间量是由线33所表示的t2。在接收器处记录的最大行进时间为T。下面，考虑图像点32处的源和接收器波场。源波场的向前传播在时间O在源30处开始并且随时间向前前进。接收器波场的向后传播在时间T在接收器34处开始并且随时间向后前进。源波场和接收器波场在任何地方都为零，直到传播抵达为止；这意指对于图像点32，源波场为零直到时间h为止，并且接收器波场为零直到时间T-t2为止。随着向前和向后传播继续，源和接收器波场在图像点32处将继续为非零，并由此必须被计算。再次参照图2，在步骤16，向源和接收器波场应用成像条件。对于逆时偏移的情况来说，该成像条件通常为零延迟互相关。当在图3中的图像点32处应用这种成像条件时(其中，源波场为零直到时间h为止，并且接收器波场为零直到时间T-t2为止)，该零延迟互相关在小于ti和大于T-t2的时间将为零。因此，为获取针对图像点32的图像，源和接收器波场仅需要在h与T-t2之间的时间来计算。对于源和接收器波场传播两者来说，该计算面积最初增长，接着变小。因此，对于逆时偏移的情况来说，本发明可以节省大约60%的整体偏移成本。可以在图4中看出利用本发明的结果。画面40示出了单炮(single shot)的逆时偏移的结果，其中，在所有成像点针对所有时间来计算源和接收器波场。画面42示出了利用本发明的结果，其中，按有限时间范围来计算源和接收器波场。画面42中的结果仅需要画面40的40%的计算，而结果大致相同。图5示意性地例示了用于执行该方法的系统500。该系统包括数据存储装置或存储器50。诸如地震数据和地球模型的所存储数据可以被制成可用于处理器52，如可编程通用计算机。处理器52被配置成执行向前传播模块55、向后传播模块56、以及成像条件模块57。这些模块可以分离地实现，或者被实现为一个或更多个包容性模块的一部分。向前传播模块55可以是向后传播模块56的伴随操作，并且该传播操作可以在一个包容性模块内进行。利用这些模块，处理器52执行本发明的方法。该处理器还被配置成与用户接口 58通信。该用户接口可以被用于显示数据和经处理的数据产物两者，并且允许用户在用于实现本方法多个方面的选项当中选择。在处理器52上计算的波场和图像可以显示在用户接口 58上，存储在数据存储装置或存储器50上，或者既显示又存储。虽然在前述说明书中，针对本发明的特定优选实施例对本发明进行了描述，并且出于例示的目的对许多细节进行了阐述，但本领域技术人员应当明白，本发明易于改变，并且在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以显著改变在此描述的某些其它细节。另外，应当清楚，这里在任一个实施例中示出或描述的结构性特征或方法步骤同样可以在其它实施例中使用。
权利要求
1.一种用于生成地下区域的图像的计算机实现方法，该方法包括: 获取与该地下区域有关的地震数据和地球模型； 经由计算机，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向前传播源波场通过该地球模型 经由计算机，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向后传播接收器波场通过该地球模型；以及 经由计算机，对向前传播的源波场和向后传播的接收器波场应用成像条件，以生成与该地下区域有关的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该第一行进时间是地震能量从地震源行进至该地下区域中的图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器行进至该地下区域中的该图像点 所花费的时长。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，权利要求1所述的有限时间范围处于第一行进时间与从最大行进时间减去第二行进时间的时间之间。
4.一种用于生成地下区域的图像的系统，包括: 数据源，包含与该地下区域有关的信息；和 至少一个计算机处理器，被配置成与该数据源通信并且执行计算机程序模块，该计算机程序模块包括: 1、向前传播模块； i1、向后传播模块；以及 ii1、成像条件模块。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括用户接口。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，该向前传播模块和向后传播模块被配置成在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内传播波场。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，该第一行进时间是地震能量从地震源行进至该地下区域中的图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器行进至该地下区域中的该图像点所花费的时长。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，权利要求6所述的有限时间范围处于第一行进时间与从最大行进时间减去第二行进时间的时间之间。
9.一种包括其中具体实现有计算机可读代码的计算机可读介质的制造品，该计算机可读程序代码适于被执行以实现用于估算地下储集层中的流体分布的方法，该方法包括: 在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向前传播源波场通过地球模型； 在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向后传播接收器波场通过该地球模型；以及 对向前传播的源波场和向后传播的接收器波场应用成像条件，以生成与地下区域有关的图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，该第一行进时间是地震能量从地震源行进至该地下区域中的图像点所花费的时长，而该第二行进时间是地震能量从地震接收器行进至该地下区域中的该图像点所花费的时长。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，权利要求9所述的有限时间范围处于第一行进时间与从最 大行进时间减去第二行进时间的时间之间。
全文摘要
本发明公开了一种用于生成地下区域的图像的计算机实现方法、系统、以及制造品。该方法包括获取与该地下区域有关的地震数据和地球模型，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向前传播源波场通过该地球模型，在根据第一行进时间和第二行进时间的有限时间范围内向后传播接收器波场通过该地球模型，以及对该向前传播源波场和向后传播接收器波场应用成像条件以生成与该地下区域有关的图像。
文档编号G01V1/28GK103221843SQ201280003755
公开日2013年7月24日 申请日期2012年2月17日 优先权日2011年3月18日
发明者单国建, 张林彬 申请人:雪佛龙美国公司