一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法及系统与流程

本发明涉及石油勘探技术领域，尤其涉及一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法及系统。

背景技术：

地震数据处理的重要目的之一是通过深度偏移(depthmigration)得到高质量的深度域图像。深度域图像的质量依赖于原始地震单炮数据的质量，提高地震数据的信噪比在整个地震数据处理中起着非常重要的作用。现有技术在地震数据深度域偏移成像过程中，往往利用最小二乘偏移成像。最小二乘偏移成像的基本原理是通过比较反偏移得到的模拟数据和实际观测数据的差别来确定偏移成像结果的改变量，反复迭代此过程直到模拟数据和观测数据的差别达到最小。在现有最小二乘法成像过程中，存在因速度模型不准确，而导致迭代过程中反偏移得到的模拟数据和实际观测数据存在周波跳跃现象，因此无法保证最小二乘法偏移成像结果的精确度。

技术实现要素：

为解决因速度模型不准确而导致迭代过程中反偏移得到的模拟数据和实际观测数据存在周波跳跃的问题，本发明实施例提供了一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法及系统，从而保证最小二乘偏移成像结果的精确度。

一方面，本发明实施例提供了一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法，所述方法包括：

利用相移加插值法对目标工区的地震观测数据与速度模型进行单程波叠前深度偏移处理，获取目标工区的初始偏移成像结果；

对所述地震观测数据、初始偏移成像结果进行基于相移加插值法的波场延拓处理实现反偏移，得到目标工区的时间-空间域合成单炮地震记录；

逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整，得到匹配后的模拟地震记录；

求取所述地震观测数据及模拟地震记录的残差，并对残差进行偏移以获取目标工区偏移剖面的修正量；

利用所述修正量对所述初始偏移成像结果进行修正，得到目标工区偏移剖面的成像结果。

在一实施例中，逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整，得到匹配后的模拟地震记录，包括：

通过压缩或者延展的方式，将所述地震观测数据在时间序列上与时间-空间域合成单炮地震记录进行对齐，使得地震观测数据向所述时间-空间域合成单炮地震记录匹配，得到匹配后的模拟地震记录。

在一实施例中，所述修正量为对所述残差进行偏移得到的梯度场。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像系统，所述系统包括：

偏移成像单元，用于利用相移加插值法对目标工区的地震观测数据与速度模型进行单程波叠前深度偏移处理，获取目标工区的初始偏移成像结果；

反偏移单元，用于对所述地震观测数据、初始偏移成像结果进行基于相移加插值法的波场延拓处理实现反偏移，得到目标工区的时间-空间域合成单炮地震记录；

动态时差规整单元，用于逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整，得到匹配后的模拟地震记录；

修正量获取单元，用于求取所述地震观测数据及模拟地震记录的残差，并对残差进行偏移以获取目标工区偏移剖面的修正量；

成像结果修正单元，用于利用所述修正量对所述初始偏移成像结果进行修正，得到目标工区偏移剖面的成像结果。

在一实施例中，所述动态时差规整单元具体用于：

通过压缩或者延展的方式，将所述地震观测数据在时间序列上与时间-空间域合成单炮地震记录进行对齐，使得地震观测数据向所述时间-空间域合成单炮地震记录匹配，得到匹配后的模拟地震记录。

在一实施例中，所述修正量为对所述残差进行偏移得到的梯度场。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行所述的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法的计算机程序。

和传统的最小二乘算法相比，本发明实施例提供的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法及系统大大改进了深度域偏移成像的精确度。解决了现有最小二乘偏移方法依赖于精确的速度模型的问题，消除了反演过程中反偏移得到的模拟波场和实际观测波场存在周波跳跃的问题，确保最小二乘偏移能够收敛到可靠的结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一用于偏移的单炮地震记录；

图3是对图2所示地震记录应用反偏移方法得到的单炮地震记录；

图4是对图2所示地震记录应用动态时差规整方法得到的单炮地震记录；

图5为本发明实施例提供的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像系统的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像的计算机设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

图1为本发明实施例提供的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法的流程示意图。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤s1、利用相移加插值法对目标工区的地震观测数据与速度模型进行单程波叠前深度偏移处理，获取目标工区的初始偏移成像结果。

步骤s2、对所述地震观测数据、初始偏移成像结果进行基于相移加插值法的波场延拓处理实现反偏移，得到目标工区的时间-空间域合成单炮地震记录。

步骤s3、逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整(dynamictimewarping)，得到匹配后的模拟地震记录。

步骤s4、求取所述地震观测数据及模拟地震记录的残差，并对残差进行偏移以获取目标工区偏移剖面的修正量。

步骤s5、利用所述修正量对所述初始偏移成像结果进行修正，得到目标工区偏移剖面的成像结果。

动态时差规整最早用于处理语音方面识别分类的问题，它的原理是通过将时间序列进行延伸和缩短，来计算两个时间序列之间的相似性。最小二乘偏移法的基本原理是通过比较反偏移得到的模拟数据和实际观测数据的差别来确定偏移成像结果的改变量，反复迭代此过程直到模拟数据和观测数据的差别达到最小。本发明实施例利用动态时差规整方法使得反偏移得到的地震记录和地震观测数据误差逐渐减小，通过设立目标函数，多次迭代步骤s2～步骤s5，使目标函数最小化，从而改进目标工区偏移剖面的精确度。和传统的最小二乘算法相比，利用本发明实施例计算得到模拟的单炮地震数据信噪比得到提高，基于动态时差规整的最小二乘偏移成像大大改进了深度域偏移成像的精确度。

通常地，在目标工区沿炮线方向人工激发地震波后，由检波器记录地震波波场，即地震观测数据。在步骤s1中，可将地震波观测数据及速度模型作为输入，通过运行基于相移加插值方法的单程波叠前深度偏移模块(onewaypsdm)即可得到初始偏移成像结果。

在一实施例中，利用步骤s3逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整，即通过压缩或者延展的方式，将地震观测数据在时间序列上与时间-空间域合成单炮地震记录进行对齐，使得地震观测数据向所述时间-空间域合成单炮地震记录匹配，从而得到匹配后的模拟地震记录。

在一实施例中，步骤s4中的修正量即为对所述残差进行偏移得到的梯度场，即在步骤s5中利用梯度场对初始偏移成像结果进行修正，从而得到目标工区偏移剖面的成像结果。

为了更清楚的对本发明提出的成像方法进行说明，本发明还提供了一具体实施例。首先，选择任意一工区，沿炮线方向人工激发地震波，由检波器接收并记录地震波场，得到地震观测数据ds,r＝d(xs,xr,t)，其中xs和xr分别代表震源和接收点的空间位置，t代表观测时间。图2是该实施例记录到的用于偏移的原始单炮地震数据记录图。

其次，将地震观测数据ds,r＝d(xs,xr,t)与速度模型v作为输入数据，通过运行基于相移加插值方法的单程波叠前深度偏移模块得到偏移成像结果。

具体地，在时间-波数域求出声波方程的解析解，即由波动方程：

得到对应下行波(正传)方程为：

与对应的上行波(反传)方程为：

由此计算下行波的相移为exp(-ikzδz)，上行波的相移为exp(ikzδz)。

将地震观测数据与速度模型作为输入数据，应用下行波相移因子exp(-ikzδz)，根据互相关成像条件：i(x,zj)＝p^s(x,zj,ωl)p^r(x,zj,ωl)j＝1,2,…,n，得到单程波叠前深度偏移成像结果。然后，通过基于相移加插值进行波场延拓的反偏移算法得到用于偏移的时间-空间域合成单炮地震记录：图3是对图2所示地震记录应用反偏移方法得到的单炮地震记录。

再次，对反偏移得到的模拟地震记录和地震观测数据ds,r＝d(xs,xr,t)逐道进行动态时差规整，即将地震观测数据在时间序列上通过压缩或者延展的方法进行对齐，使得地震观测数据ds,r＝d(xs,xr,t)向反偏移得到的模拟地震记录匹配，得到一个匹配后的新的模拟地震记录图4是对图2所示地震记录应用动态时差规整方法得到的单炮地震记录。

最后，对原始单炮地震记录数据ds,r＝d(xs,xr,t)和动态时差规整算法得到的匹配后的模拟地震记录数据求取残差，对地震记录数据残差再进行偏移得到偏移剖面的修正量，对初始偏移成像结果进行修改。利用动态时差规整方法使得反偏移得到的模拟波场和野外记录的地震波场误差逐渐减小，通过设立目标函数，多次迭代上述过程，使目标函数最小化，从而改进偏移剖面的精确度。

利用本发明实施例提供的高效率、高精度的动态时差规整方法，可在最小二乘偏移技术的实现过程中，解决现有最小二乘偏移方法依赖于精确的速度模型的问题，消除反演过程中反偏移模拟波场和实际观测波场存在周波跳跃的问题，确保最小二乘偏移能够收敛到可靠的结果。

基于与图1所示基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像系统，如下面实施例所述。由于该系统的实施与图1中基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法相似，因此该系统的实施可以参见图1中的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像方法的实施，重复之处不再赘述。

在另一实施例中，本发明还提供了一种基于动态时差规整的最小二乘偏移成像系统，其结构如图5所示，该系统主要包括：偏移成像单元10、反偏移单元20、动态时差规整单元30、修正量获取单元40及成像结果修正单元50。

其中，偏移成像单元10用于利用相移加插值法对目标工区的地震观测数据与速度模型进行单程波叠前深度偏移处理，获取目标工区的初始偏移成像结果；反偏移单元20用于对所述地震观测数据、初始偏移成像结果进行基于相移加插值法的波场延拓处理实现反偏移，得到目标工区的时间-空间域合成单炮地震记录；动态时差规整单元30用于逐道对所述时间-空间域合成单炮地震记录及地震观测数据进行动态时差规整，得到匹配后的模拟地震记录；修正量获取单元40用于求取所述地震观测数据及模拟地震记录的残差，并对残差进行偏移以获取目标工区偏移剖面的修正量；成像结果修正单元50用于利用所述修正量对所述初始偏移成像结果进行修正，得到目标工区偏移剖面的成像结果。

在一实施例中，动态时差规整单元30具体用于：通过压缩或者延展的方式，将所述地震观测数据在时间序列上与时间-空间域合成单炮地震记录进行对齐，使得地震观测数据向所述时间-空间域合成单炮地震记录匹配，得到匹配后的模拟地震记录。

在一实施例中，所述修正量为对所述残差进行偏移得到的梯度场。

图6为本发明另一实施例提供的基于动态时差规整的最小二乘偏移成像的计算机设备结构示意图。如图6所示，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。所述计算机程序在被所述处理器运行时执行图1所示的步骤。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行图1所示步骤的计算机程序。

本发明实施例使最小二乘偏移流程不依赖于精确的速度模型，解决了反演过程中的反偏移模拟数据和实际观测数据存在周波跳跃的问题；并且，研究表明，针对实际资料速度模型不准确的情况下，应用新发明动态时差规整的最小二乘偏移技术后，大大提高了深度域偏移成像的精确度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。