本发明是关于一种基于标量波波场外推的保真成像方法，涉及地震勘探资料处理技术领域。
背景技术
地震波成像目前已经发展到以fwi(fullwaveforminversion)+ls_rtm(leastsquarereversetimemigration)方法为核心的阶段；其中，fwi主要利用透射波信息估计背景速度；ls_rtm是一种基于逆散射思想的成像方法，试图估计高波数的波阻抗扰动或速度扰动。fwi方法本质上是包含ls_rtm方法，前者理论上是非线性的反演方法，可以估计从背景参数变化到高波数参数变化的所有成分。ls_rtm是背景参数正确且已知的假设下的线性化反演，可以认为是fwi方法的一部分。fwi方法完美的表达建立在bayes估计理论框架技术上。但是，完美的反演成像理论并没有带来能在实际中应用的可靠技术，fwi+ls_rtm的技术组合远没有达到可以在任意数据体上都能产生明显应用效果的程度。实质上，还有一个重要的问题没有提及，勘探地震情况下仅仅在地面(或井中)布设检波器观测背向传播的地震波场，这与fwi+ls_rtm方法本身对数据的要求是不匹配的。本质上，fwi+ls_rtm方法是一种逆散射成像方法，需要观测全向传播(即包围目标成像体的封闭面上)的地震波场，才有可能利用逆散射成像理论得到比较精确的介质参数成像结果。
实际中勘探地震所面对的地下介质情况是比较特殊的，地下介质以横向缓变的层状沉积层为主，夹杂以由于地球动力运动导致的断层、尖灭、潜山等异常地质体。波在这样的介质中传播以反射波为主，而不是以散射波为主。因此基于波场特征构建以反射波为主的成像方法，以反射波成像结果作为逆散射成像的初始值，迭代的逆散射成像方法作为辅助，更新反射波成像结果的手段是合理的提高勘探地震中地震波成像结果质量的策略。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高勘探地震中地震波成像质量的基于标量波波场外推的保真成像方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于标量波波场外推的保真成像方法，包括以下内容：假设地下介质为各向同性、均匀、常密度的情况，根据牛顿第二定律以及胡克定律，推导出描述震源激发的地震波场在地下介质传播规律的标量波方程；已知地下光滑的背景速度、震源子波函数，利用有限差分方法求解标量波方程，得到任意时刻波场在地下不同空间点处的波场振幅值，当波场传播到数值模拟的边界时，记录边界处的波场幅值。利用边界处的波场幅值作为边值条件，求解标量波方程，重新恢复出震源点端波场；将地表检波器接收到的波场作为边值条件，求解标量波方程，构造检波点端波场；对震源点端波场与检波点端波场基于标量波场外推的保真成像公式进行保真成像，得到地下反射系数的保真成像结果。
进一步地，所述标量波方程为：
其中，v为地震波在地下的传播速度，u(x,t)为某一时刻t，在地下位置x处的波场，f(t)为震源函数，▽2为laplace算子，δ(x-xs)为单位脉冲函数，代表震源位置在地表xs处。
进一步地，基于标量波场外推的保真成像公式：
r(x)＝4∫∫dxsdωh(pu(x,xr,ω)pd(x,xs,ω))
其中，r(x)为地下x点处的反射系数，h为hilbert变换，pd(x,xs,ω)为震源点端波场，pu(x,xr,ω)为检波点端波场，xr代表地表检波点的位置，ω为频率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、与当前工业界常规rtm方法相比，本发明提供的保真成像方法基于严格的反问题框架导出，输出结果具有明确物理意义，为地下带限反射系数的估计。2、与当前工业界常规rtm方法相比，本发明可以自动消除低波数噪音，并且不会破坏成像剖面的相对振幅，使得成像结果更加精确、可靠。3、本发明是在bayes反演框架下利用高频近似以及kirchhoff线性近似推导利用地表观测的地震数据反演地下反射系数的反演成像，并利用双程波波动方程实现，成像结果准确。
附图说明
图1是本发明的基于标量波波场外推的保真成像方法流程图；
图2是理论零角度反射系数、理论阻抗以及利用本发明计算出的反射系数和阻抗，其中，(a)为理论零角度反射系数；(b)为理论阻抗；(c)为利用本发明计算出的反射系数；(d)为利用本发明计算出的阻抗。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的基于标量波波场外推的保真成像方法，包括以下内容：
1、假设地下介质为各向同性、均匀、常密度的情况，根据牛顿第二定律以及胡克定律，得到描述震源激发的地震波场在地下介质中的传播规律的标量波方程：
其中，v为地震波在地下的传播速度，u(x,t)为某一时刻t，在地下位置x处的波场，f(t)为震源函数，▽2为laplace算子，δ(x-xs)为单位脉冲函数，代表震源位置在地表xs处。
2、已知地下光滑的背景速度和震源子波函数，利用有限差分方法求解标量波方程，得到任意时刻波场在地下不同空间点处的波场振幅值，当波场传播到数值模拟的边界时，记录边界处的波场幅值。
3、利用边界处的波场幅值作为边值条件，求解标量波方程，可以重新恢复震源点端波场在任意时刻、任意空间点处的波场值pd(x,xs,ω)，其中，xs为地表震源位置，pd(x,xs,ω)为频率域地下位置x点处的波场，ω为频率，pd(x,xs,ω)由时间域波场pd(x,xs,t)经过傅里叶变换得到。
4、将地表检波器接收到的波场作为边值条件，求解标量波方程，可以构造检波点端波场在任意时刻、任意空间点处的波场值pu(x,xr,ω)，其中，xr代表地表检波点的位置，ω为频率，pu(x,xr,ω)由时间域波场pu(x,xr,t)经过傅里叶变换得到。
5、对震源点端波场与检波点端波场基于标量波场外推的保真成像公式进行保真成像，获得地下反射系数的保真成像结果，其中，基于标量波场外推的保真成像公式：
r(x)＝4∫∫dxsdωh(pu(x,xr,ω)pd(x,xs,ω))(2)
其中，r(x)代表地下x点处的反射系数，h代表hilbert变换，相当于对波场做90°相位移。
如图2所示，通过试验证明采用本发明提供的保真成像方法得到的成像结果在相位上、振幅校正上相较于常规保真成像方法均有很大的改进。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。