[发明专利]生成与感兴趣的地下区域有关的图像的方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及利用包括地震波的偏移和反演的数据处理方法来确定感兴趣的地下区域的地下特性的地下勘探。

背景技术

许多现有技术的偏移(migration)和反演(inversion)方法属于将向前和向后传播的波场相关联以获取图像的伴随态问题(adjoint state problem)的类别。这种方法的例子包括逆时偏移(reverse-time migration)、差分表象速度分析和波形反演。这些方法要求在每个时间步长上与伴随的向后传播的波场步调一致地逆序访问向前传播的波场。

这种在每个时间步长上向前和向后传播的波场这两者的同时可用性的要求对大型数据集提出了巨大的计算上的挑战。这种挑战通常与需要使波场可用于逆序访问的向前传播的波场相关联。反过来，如果逆序访问向后传播的波场以便与向前传播的波场相关联，该问题同样存在。已经开发出了几种现有技术方法来解决这个问题，Dussaud等人(2008年)对此作了总结。第一种策略与波场重复向前传播到第n时间步长相关联。尽管这种策略从理论和计算上来讲是直截了当的，但它的O(N²)或N²数量级复杂度计算成本对于大型数据集来讲是不可行的。第二组策略旨在通过最佳波场存储策略和内插使重新计算率最小化。这些策略对于许多时间步长来讲以存储波场为代价基本上是O(N)。第三种策略基于向后传播已经向前传播的源波场。

每种策略是在波场的(重新)计算与存储之间折衷的不同实现。正如在更广义上下文中所使用的那样，存储是访问包括RAM、本地硬盘驱动器和网络连接存储设备的存储器分层结构中的数据的成本。这种折衷随硬盘和算法这两者的考量而变。

需要以更有效的计算方式处理波场和生成感兴趣的地下区域的图像。

发明内容

本发明的一个实施例包括生成与地下区域有关的图像的计算机实现的方法。该计算机实现的方法包括获取与地下区域有关的地震数据和地球模型，其中地震数据和地球模型都被存储在电子媒体上。该方法还包括利用至少一个处理器，后者被配置成与电子媒体通信并被安排成执行存储在处理器可访问存储器中的机器可执行指令以及执行包含如下的步骤：建立利用地震数据的边界条件和包括来自地球模型中的源位置的激发的初始条件；通过地球模型向前传播源波场达到最大时间；在时间上稀疏的多个检验点上保存源波场和在每个时间步长上保存源波场的相应边界值(这个步骤与几乎在每个时间步长上保存源波场体积的传统I/O约束方法形成对比)；利用多个可用检验点和每个时间步长上所保存的边界值从最大时间开始通过地球模型向后传播源波场，并且同时从最大时间开始通过地球模型向后传播接收器波场或地震数据；以及将所选时间步长上的成像条件应用于向后传播的源波场和接收器波场这两者，其中向后传播的源波场和接收器波场被用于生成与地下区域有关的图像。

本发明的一个益处是实现了高效地和精确地重构源波场，以便以局部波场的最小存储来解决伴随态问题；而传统I/O约束方法依赖于几乎在每个时间步长上保存3D波场。本发明中的计算约束方法大幅消除了昂贵的存储设备访问时间，即，解决伴随态问题的计算性能的限制因素。其结果是，使用基于计算的算法的本发明可以在所采用的硬件和输入数据集的不同大小这两个方面比I/O约束算法更好地扩展。

本发明利用快照或检验点和边界条件或值这两者来重构源波场，以便利用从接收器反向外推的地震数据成像。反向传播中的稀疏保存的检验点和边界值这两者的结合使用导致用于RTM成像的波场重构的精度提高。本发明的一个实施例包括每200个时间步长(通常0.8秒的间隔)稀疏地保存快照或检验点。本发明的其它实施例包括在50到400个时间步长之间地稀疏保存快照或检验点和边界条件。

本发明的几个实施例利用用于逆时偏移、波形反演、或要求逆序访问数据分量以便与其它数据分量协作的其它应用的计算机实现的方法。

本发明的一个实施例包括利用慢速皮层(slow-velocity cortex)或适应传播到原始边界外面的源波场的其它性质的特殊边界条件来扩展的地球模型。使用这种皮层或类似特殊边界条件的优点是将源波场保留在计算网格中以便从其最大时间状态完全重构而根本不涉及盘存储。

本发明的一个实施例利用数值解算器传播波场。本发明的一些实施例利用包括逆时偏移、高斯波束偏移、基尔霍夫(Kirchhoff)偏移或波形反演的数值解算器。本发明的其它一些实施例利用包括基于波方程的偏移的数字解算器。

本发明的某些实施例可以包括在时域、频域、或小波域中进行波场传播。