绕射波成像方法、装置和电子设备与流程

本发明涉及地震勘探技术领域，尤其是涉及一种绕射波成像方法、装置和电子设备。

背景技术：

在矿产资源开采过程中，突水、瓦斯突出、顶板塌落等灾害严重影响开采效率和人员安全，绕射波勘探技术可提高断层、陷落柱等地质异常体的预测精度，是有效避免这些地质灾害的重要手段，但是现有的绕射波成像方法难以完全去除多次反射和其他干扰波，绕射波成像精度不高，成像结果准确性较差。

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成像方法、装置和电子设备，以提高绕射波成像精度，提高成像结果的准确性和可聚焦性。

第一方面，本发明实施例提供了一种绕射波成像方法，其中，包括：获取地震数据和速度数据；根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；根据反射梯度对反射模型进行更新处理，得到更新后的反射模型；根据绕射梯度对绕射模型进行更新处理，得到更新后的绕射模型；根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。

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，根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据，包括：根据速度数据分别对反射模型和绕射模型进行仿真处理，得到相对应的反射波波场数据和绕射波波场数据；分别对反射波波场数据和绕射波波场数据进行偏移处理，得到相对应的反射波偏移数据和绕射波偏移数据；分别对反射波偏移数据和绕射波偏移数据进行正演处理，得到相对应的反射波正演数据和绕射波正演数据；对反射波正演数据和绕射波正演数据进行加法处理，得到模拟地震数据。

结合第一方面，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，基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值，包括：利用下述公式对地震数据和模拟地震数据进行处理，得到波场残差目标函数：其中，dmod表示模拟地震数据；dobs表示地震数据；m^diff表示绕射模型；m^ref表示反射模型；m^diff表示绕射模型；α表示预设的正则化参数；利用下述公式对地震数据和模拟地震数据进行处理，得到波场残差值：e(m^ref，m^diff)＝dobs-dmod。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，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，对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度，包括：利用公式对波场残差值进行偏移处理，得到反射梯度：g(m^ref)＝lrefe(m^ref，m^diff)；其中，lref为反射偏移算子，表示对波场残差值进行反射偏移；利用公式对波场残差值进行偏移，得到绕射梯度：g(m^diff)＝ldiffe(m^ref，m^diff)+α^*m^diff；其中，ldiff为绕射偏移算子，表示对波场残差值进行绕射偏移。

结合第一方面，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，根据反射梯度对反射模型进行更新，得到更新后的反射模型，包括：基于反射梯度，得到反射模型的更新方向；基于更新方向和预设的更新步长，利用下述公式对反射模型进行更新，得到更新后的反射模型：其中，表示更新后的反射模型；λk表示更新步长，dk表示更新方向。

结合第一方面，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，根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果，包括：根据预先设置的迭代次数对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。

第二方面，本发明实施例还提供一种绕射波成像装置，其中，包括：获取模块，用于获取地震数据和速度数据；仿真模块，用于根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；处理模块，用于基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；偏移模块，用于对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；更新模块，用于根据反射梯度对反射模型进行更新处理，得到更新后的反射模型；根据绕射梯度对绕射模型进行更新处理，得到更新后的绕射模型；成像模块，用于根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，仿真模块包括：仿真单元，用于根据速度数据分别对反射模型和绕射模型进行仿真处理，得到相对应的反射波波场数据和绕射波波场数据；偏移单元，用于分别对反射波波场数据和绕射波波场数据进行偏移处理，得到相对应的反射波偏移数据和绕射波偏移数据；正演单元，用于分别对反射波偏移数据和绕射波偏移数据进行正演处理，得到相对应的反射波正演数据和绕射波正演数据；加法单元，用于对反射波正演数据和绕射波正演数据进行加法处理，得到模拟地震数据。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，程序代码使处理器执行第一方面所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供了一种绕射波成像方法、装置和电子设备，其中，该方法包括：获取地震数据和速度数据；根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；根据反射梯度和绕射梯度分别对反射模型和绕射模型进行更新，得到更新后的反射模型和绕射模型；根据更新后的反射模型和绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。本发明利用偏移方法，结合最小二乘思想，有效提高了绕射波成像精度，提高了成像结果的准确性和可聚焦性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，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为本发明实施例提供的一种绕射波成像方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种绕射波成像装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

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。

目前使用平面波解构滤波器可以达到对反射波进行压制，增强绕射波的目的，但是，这种方法严重依赖于反射波局部倾角值的预测，且分离后的绕射波包含噪音等干扰，影响绕射波的成像结果，基于此，本发明实施例提供的一种绕射波成像方法、装置和电子设备，可以应用于对绕射波进行分离成像的场景中。

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成像方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种绕射波成像方法的流程图，其中，该方法步骤如下：

步骤s102，获取地震数据和速度数据；

步骤s104，根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；

根据速度数据，对预设的反射模型和绕射模型进行仿真处理，将每一层速度变化作为平反射层得到反射波波场数据，将每一层速度变化作为绕射点得到绕射波波场数据；然后对反射波波场数据和绕射波波场数据进行进一步的处理，得到模拟地震数据。

步骤s106，基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；

根据地震数据和模拟地震数据，利用l2范数构建波场残差目标函数，并基于构建的波场残差目标函数计算波场残差值。

步骤s108，对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；

利用克希霍夫积分法对波场残差值进行偏移，得到波场残差目标函数的反射梯度和绕射梯度。

建立波场残差目标函数是为了对预先建立的反射模型和绕射模型进行处理，得到最优的反射模型和绕射模型，为了得到的最优模型，也就是要求波场残差目标函数的最小值，利用最小二乘思想来进行处理，求波场残差目标函数最小值，即求波场残差目标函数的极值，利用波场残差值求得波场残差目标函数的反射梯度和绕射梯度。

步骤s110，根据反射梯度对反射模型进行更新处理，得到更新后的反射模型；根据绕射梯度对绕射模型进行更新处理，得到更新后的绕射模型；

步骤s112，根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。

根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行更新，根据更新后的波场残差目标函数，求得反射梯度和绕射梯度，再次对反射模型和绕射模型进行更新，按照这样的方法，不断对反射模型和绕射模型以及波场残差目标函数进行更新，得到最优的反射模型和绕射模型，从而得到绕射波成像结果。

在进行迭代更新时，可以预先设置迭代更新的次数，根据预先设置的迭代次数对波场残差目标函数进行迭代更新处理，从而得到绕射波成像结果；也可以为波场残差目标函数预先设置一个阈值，当波场残差目标函数小于预先设置的阈值时，即判断为迭代终止，得到的反射模型和绕射模型即认为是最优反射模型和绕射模型，从而得到绕射波成像结果。

本发明提供了一种绕射波成像方法，该方法通过获取地震数据和速度数据；根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；根据反射梯度对反射模型进行更新处理，得到更新后的反射模型；根据绕射梯度对绕射模型进行更新处理，得到更新后的绕射模型；根据更新后的反射模型和绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。本发明利用偏移方法，结合最小二乘思想，有效提高了绕射波成像精度，提高了成像结果的准确性和可聚焦性。

对应于上述发明实施例，本发明实施例重点描述上述步骤s104，根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据的具体处理过程，如图2所示，具体步骤如下：

步骤s202，根据速度数据分别对反射模型和绕射模型进行仿真处理，得到相对应的反射波波场数据和绕射波波场数据；

步骤s204，分别对反射波波场数据和绕射波波场数据进行偏移处理，得到相对应的反射波偏移数据和绕射波偏移数据；

步骤s206，分别对反射波偏移数据和绕射波偏移数据进行正演处理，得到相对应的反射波正演数据和绕射波正演数据；

步骤s208，对反射波正演数据和绕射波正演数据进行加法处理，得到模拟地震数据。

在对预设的反射模型进行处理时，利用下述公式对得到的反射波波场数据进行偏移，得到反射波偏移数据：

m^ref(x)＝∫dtdsdrω(s,x,r)dref(t,s,r)δ(t-td(s,x,r))；

其中，m^ref(x)表示地下成像点x对应的反射波偏移数据；ω(s,x,r)表示权函数；dref(t,s,r)表示反射波波场数据；t表示反射波波场数据的时间；s表示反射波波场数据对应的激发点位置；r表示反射波波场数据对应的接收点位置；x表示反射波波场数据对应的地下成像点位置；δ表示狄拉克函数；td(s,x,r)表示从激发点s到地下成像点x再到接收点r的时间。

权函数ω(s,x,r)由下述公式计算得到：

ω(s,x,r)＝n^t(ps+pr)/||ps+pr||；

其中，ps表示与激发点s和地下成像点x有关的矢量，pr表示与接收点r和地下成像点x有关的矢量，n表示地下成像点处菲涅带的单位法向量。

将各个地下成像点对应的反射波偏移数据进行集合，得到反射波偏移数据；再对得到的反射波偏移数据进行正演处理，得到反射波正演数据。

在对预设绕射模型进行处理时，利用下述公式对绕射波波场数据进行偏移处理，得到绕射波偏移数据：

m^diff(x)＝∫dtdsdrddiff(t,s,r)δ(t-td(s,x,r))；

其中，m^diff(x)表示地下成像点x对应的绕射波偏移数据；ddiff(t,s,r)表示绕射波波场数据；t表示绕射波波场数据的时间；s表示绕射波波场数据对应的激发点位置；r表示绕射波波场数据对应的接收点位置；x表示绕射波波场数据对应的地下成像点位置；δ表示狄拉克函数；td(s,x,r)表示从激发点s到地下成像点x再到接收点r的时间。

将各个地下成像点对应的绕射波偏移数据进行集合，得到绕射波偏移数据；再对得到的绕射波偏移数据进行正演处理，得到绕射波正演数据。

利用下述公式对反射波正演数据和绕射波正演数据进行加法处理，得到模拟地震数据：

其中，dmod表示模拟地震数据；是反射正演算子，表示对反射波偏移数据进行正演处理，m^ref表示反射模型的反射波偏移数据，是绕射正演算子，表示对绕射波偏移数据进行正演处理；m^diff表示绕射模型的绕射波偏移数据，dref表示反射波波场数据；ddiff表示绕射波波场数据。

由上述公式可知，模拟地震数据可以表示为反射模型和绕射模型的和。

对应于上述方法实施例，本发明实施例重点描述波场残差目标函数和地震模型的迭代更新的处理过程，具体处理过程如下：

步骤(1)，基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值，其中，包括：

利用下述公式对地震数据和模拟地震数据进行处理，得到波场残差目标函数：

其中，dmod表示模拟地震数据；dobs表示地震数据；m^diff表示绕射模型；m^ref表示反射模型；m^diff表示绕射模型；α表示预设的正则化参数；

利用下述公式对地震数据和模拟地震数据进行处理，得到波场残差值：

^e(m^ref，m^diff)＝dobs-dmod。

步骤(2)，对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度，包括：

利用下述公式对波场残差值进行偏移处理，得到反射梯度：

g(m^ref)＝lrefe(m^ref，m^diff)；

其中，lref为反射偏移算子，表示对波场残差值进行反射偏移；lref为反射正演算子的转置；

利用下述公式对波场残差值进行偏移，得到绕射梯度：

g(m^diff)＝ldiffe(m^ref，m^diff)+α^*m^diff；

其中，ldiff为绕射偏移算子，表示对所述波场残差值进行绕射偏移，ldiff为绕射正演算子的转置。

步骤(3)，根据反射梯度对反射模型进行更新，得到更新后的反射模型，包括：基于反射梯度，利用下述公式计算得到反射模型的更新方向：

其中，利用下述公式计算βk：

基于上述计算得到的更新方向和预设的更新步长，利用下述公式对反射模型进行更新，得到更新后的反射模型：

其中，表示更新后的反射模型；λk表示更新步长，dk表示更新方向。

上述预设的更新步长可以采用内插法进行计算，得到最佳步长值，将其确认为更新步长，如对目标函数计算三个不同λ值，然后用抛物线方程进行拟合，抛物线极小值点就是最佳步长值。

步骤(4)，根据绕射梯度对绕射模型进行更新的处理过程与上述步骤(3)根据反射梯度对反射模型进行更新的处理过程一致，在此不再赘述。

步骤(5)，根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数按照预设迭代次数进行迭代更新，得到最优反射模型和绕射模型，从而得到绕射波成像结果。

本发明实施例利用具体的公式详细说明对反射模型、绕射模型和波场残差目标函数进行更新的处理过程，利用偏移方法，结合最小二乘思想，有效提高了绕射波成像精度，提高了成像结果的准确性和可聚焦性。

对应于上述发明实施例，本发明实施例还提供了一种绕射波成像装置，如图3所示，包括：

获取模块30，用于获取地震数据和速度数据；

仿真模块31，用于根据速度数据对预设的地震模型进行仿真处理，得到模拟地震数据；地震模型包括反射模型和绕射模型；

处理模块32，用于基于地震数据和模拟地震数据，得到波场残差目标函数和波场残差值；

偏移模块33，用于对波场残差值进行偏移处理，得到波场残差目标函数的梯度；梯度包括反射梯度和绕射梯度；

更新模块34，用于根据反射梯度对反射模型进行更新处理，得到更新后的反射模型；根据绕射梯度对绕射模型进行更新处理，得到更新后的绕射模型；

成像模块35，用于根据更新后的反射模型和更新后的绕射模型对波场残差目标函数进行迭代更新处理，得到绕射波成像结果。

上述仿真模块31还包括：仿真单元，用于根据速度数据分别对反射模型和绕射模型进行仿真处理，得到相对应的反射波波场数据和绕射波波场数据；

偏移单元，用于分别对反射波波场数据和绕射波波场数据进行偏移处理，得到相对应的反射波偏移数据和绕射波偏移数据；

正演单元，用于分别对反射波偏移数据和绕射波偏移数据进行正演处理，得到相对应的反射波正演数据和绕射波正演数据；

加法单元，用于对反射波正演数据和绕射波正演数据进行加法处理，得到模拟地震数据。

本发明实施例提供的绕射波成像装置，与上述实施例提供的绕射波成像方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

对应于上述发明实施例，本发明实施例还提供的一种电子设备如图4所示，电子设备4包括存储器41、处理器42，存储器41中存储有可在处理器42上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述发明实施例提供的方法的步骤。

参见图4，电子设备还包括：总线43和通信接口44，处理器42、通信接口44和存储器41通过总线43连接；处理器42用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口44(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线43可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器41用于存储程序，处理器42在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明任一实施例所执行的方法可以应用于处理器42中，或者由处理器42实现。

处理器42可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器42中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器42可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器42读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行如上述发明实施例所述的方法。

本发明实施例提供的具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，与上述实施例提供的发明实施例具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的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所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

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。

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以所述权利要求的保护范围为准。