[发明专利]低频重构并行Marchenko成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震勘探的地下成像方法，尤其是地震干涉法被动源低频重构地震超越干涉法主动源数据、分炮并行直达波估计和数据驱动面向复杂高速屏蔽地下构造的高精度Marchenko成像。

背景技术：

在地震成像反演过程中，低频信息对于地下介质的构造成像尤为重要，它直接影响地下介质精细结构的反演效果。低频信号具有较强的穿透高速屏蔽层的能力，可以利用低频信号来降低高速屏蔽层对地震信号的散射和屏蔽作用，提高深层信号的信噪比。实际应用中，由于被动源数据具有固有的低频优势，常常通过地震干涉法对被动源数据进行处理，得到有用的低频信息。地震干涉理论由Claerbout于1968年提出，Calvert于2004基于地震干涉理论提出“虚震源法”，可以将震源重置到检波点位置，该方法在勘探地震数据上得到了广泛应用。Wapenaar于2012年用积分理论和互易定理证明了地震干涉技术对不同的非衰减介质和不同的震源条件下均成立，并用理论和实际数据进行了验证。作为地震干涉法的拓展，地震超越干涉法最早由Kees Wapenaar和Filippo Broggini于2012年提出，此方法实现了在无需知道地下介质信息的情况下在非检波器位置构建虚拟震源的新方法，即虚拟震源的位置可以分布在地下介质的任意位置。地震超越干涉法利用地表接收到的主动源反射响应和在不精确的平滑模型上估计的直达波来重构包含一次波和多次波的格林函数场。利用重构得到的上传和下传格林函数进行Marchenko成像，能够在无需了解上覆介质构造的情况准确对目标区域的介质进行精确成像。

基于低频缺失的地震数据重构地下介质处的格林函数会导致在最终的Marchenko成像结果中出现由于低频缺失旁瓣导致的地下反射界面不能聚焦的问题，这会对后续地震勘探的解释造成影响。实际中对地震数据低频缺失的重构办法有两种，一种是从数学计算的方式得到低频信息：Han于2012年和2014年基于压缩感知和稀疏反演方法重构数据低频信息；Huang于2015年用弹性波包络法恢复了地下介质纵横波速度的长波长成分。此类低频重构方法在实际应用中可能在地震记录上产生虚假信息，最终影响成像结果。另外一种是对被动源数据进行地震干涉法处理，然后对主动源进行低频重构：Zhang于2015年从能量角度(振幅)匹配主动源和被动源数据，但即使经过去噪之后的高信噪比低频数据中依然存在噪声，这种局限性也会对最终的成像结果产生影响。另外，此种被动源低频补充主动源数据方法是基于人工增益系数来完成的，主观性较强，且不能基于数据驱动。

Marchenko成像算法依赖于目标成像区域的每一个点的格林函数，很小的网格大小会造成巨大的计算量。传统的单炮串行计算远远不能满足计算效率的要求。

发明内容：

本发明的目的针对上述现有技术的不足，提供一种提高低频重构效果和成像效率的并行面向目标数据驱动Marchenko成像方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

低频重构并行面向目标数据驱动Marchenko成像方法的核心是基于频率优势的地震干涉法被动源数据对地震超越干涉法主动源数据低频重构、基于PBS批量作业管理系统的并行地震超越干涉法格林函数重构及面向复杂地下构造的Marchenko成像。对复杂地下构造的精确Marchenko成像结果需要宽频带的地震数据作为输入，首先基于地震干涉法被动源数据的低频优势对地震超越干涉法进行低频重构，然后基于归一化加和之后根据主动源数据最大振幅进行能量恢复，得到宽频带的地震数据。迭代求取聚焦函数、完全格林函数、上传格林函数和下传格林函数的计算量巨大，使用PBS批量作业管理系统将计算平台分为一个主处理器和若干从处理器。主处理器监控整个平滑模型上估计直达波分炮正演模拟阶段，由主处理器将正演计算分配到各个从处理器上进行，计算完成之后再由主处理器收集完全格林函数重构结果、完全格林函数分解结果，然后提交基于互相关Marchenko成像的处理作业到从处理器进行计算，此时主处理器监控整个基于上传和下传格林函数计算虚拟震源位置反射系数阶段，计算完成之后，主处理器收集得到的目标区域每一个地下虚拟震源位置的反射系数，再根据地下虚拟震源的位置对反射系数按所处的观测系统位置依次排列，得到最终的Marchenko成像结果。这样既解决了地下复杂地质构造的高精度成像问题，又基于分炮并行正演充分发挥了当前计算平台的优秀性能，显著缩短了Marchenko成像的计算时间。

低频重构并行Marchenko成像方法，包括以下步骤：