成像域最小二乘偏移方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本发明涉及地震波成像技术领域，更具体地，涉及一种成像域最小二乘偏移方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

最小二乘逆时偏移方法是目前精度最高的成像方法，但是数据域最小二乘逆时偏移理论上需要通过多次反偏移/偏移迭代来匹配观测的地震数据，因此地震子波未知、振幅不匹配、初始模型精度不足等因素对成像效果的影响非常大。同时，在实现反偏移/偏移过程中，需要大量三维地震波场正演计算，且数据收敛过慢，这都导致其在实际资料应用中存在较大问题。

成像域最小二乘偏移通过估计Hessian逆算子可以直接对常规偏移结果进行处理，解决图像照明不足、分辨率低等问题。其中，点扩散函数是Hessian的一行元素，物理上描述了单一散射点对地下空间的影响，是一种常用的Hessian近似算子。由于点扩散函数在空间上具有聚焦性，因此常规最小二乘偏移算法通常将模型进行区域分块，这样的做法可以有效增加散射点采样密度，提高成像精度，但在照明不足的区域，会在分块边缘产生边界突变，形成图像的不连续。

因此，针对目前成像域最小二乘逆时偏移采用的区域分块计算方式会产生严重的不连续噪音，有必要开发一种基于插值重构的成像域最小二乘偏移方法、装置、电子设备及介质，基于插值重构思想对点扩散函数进行加密，突破点扩散函数对空间采样约束，同时基于CPU/GPU异构并行策略进行空间反褶积计算，实现最小二乘偏移的精确、高效计算，获取高质量、高分辨率的成像结果，加速成像域最小二乘逆时偏移技术的实用化。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种成像域最小二乘偏移方法、装置、电子设备及介质，其能够通过插值重构的策略对点扩散函数进行加密，同时进而重构后的反褶积，通过多次叠加压制不连续噪音，获取更高的成像精度。

第一方面，本公开实施例提供了一种成像域最小二乘偏移方法，包括：

获取全局空变散射函数，对所述全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；

根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；

针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

优选地，获取全局空变散射函数包括：

建立散射点模型；

根据速度模型与实时散射点模型，在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据；

根据所述速度模型与所述反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

优选地，通过声波高阶有限差分和最佳匹配层实现双程波方程及其反偏移方程的数值计算，获取反偏移数据。

优选地，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像包括：

将所述深度域成像体与所述散射函数数据体分别转换到波数域；

根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，计算波数域最小二乘偏移像；

将所述波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

优选地，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像：

其中，α为正则化因子，

优选地，通过三维快速傅里叶变换将所述深度域成像体与所述散射函数数据体分别转换到波数域。

优选地，通过三维快速傅里叶反变换将所述波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

作为本公开实施例的一种具体实现方式，

第二方面，本公开实施例还提供了一种成像域最小二乘偏移装置，包括：

全局空变散射模块，获取全局空变散射函数，对所述全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；

反褶积模块，根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；

规约模块，针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

优选地，获取全局空变散射函数包括：

建立散射点模型；

根据速度模型与实时散射点模型，在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据；

根据所述速度模型与所述反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

优选地，通过声波高阶有限差分和最佳匹配层实现双程波方程及其反偏移方程的数值计算，获取反偏移数据。

优选地，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像包括：

将所述深度域成像体与所述散射函数数据体分别转换到波数域；

根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，计算波数域最小二乘偏移像；

将所述波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

优选地，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像：

其中，α为正则化因子，

优选地，通过三维快速傅里叶变换将所述深度域成像体与所述散射函数数据体分别转换到波数域。

优选地，通过三维快速傅里叶反变换将所述波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

存储器，存储有可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现所述的成像域最小二乘偏移方法。

第四方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的成像域最小二乘偏移方法。

其有益效果在于：本发明利用插值重构技术对点扩散函数进行加密，突破波场干涉效应对点扩散函数的采样制约，加密叠加可以显著压制成像噪音，解决目前成像域最小二乘偏移算法进行区域分块反褶积时出现的不连续问题，获取高质量的最小二乘偏移图像，进而推动成像域最小二乘逆时偏移的实用化。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的成像域最小二乘偏移方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的Overthrust模型的二维示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的散射点模型的二维局部示意图。

图4示出了根据图2和图3数据生成的全局空变散射函数的示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的深度域成像体的示意图。

图6示出了对图4、图5数据进行常规最小二乘逆时偏移得到的成像结果的示意图。

图7示出了对图4、图5数据进行基于插值重构的成像域最小二乘逆时偏移得到的成像结果的示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的一种成像域最小二乘偏移装置的框图。

附图标记说明：

201、全局空变散射模块；202、反褶积模块；203、规约模块。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本发明提供一种成像域最小二乘偏移方法，包括：

获取全局空变散射函数，对全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；

根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；

针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

在一个示例中，获取全局空变散射函数包括：

建立散射点模型；

根据速度模型与实时散射点模型，在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据；

根据速度模型与反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

在一个示例中，通过声波高阶有限差分和最佳匹配层实现双程波方程及其反偏移方程的数值计算，获取反偏移数据。

在一个示例中，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像包括：

将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域；

根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，计算波数域最小二乘偏移像；

将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

在一个示例中，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像：

其中，α为正则化因子，

在一个示例中，通过三维快速傅里叶变换将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域。

在一个示例中，通过三维快速傅里叶反变换将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

具体地，读取速度模型和主频；通过公式(2)确定采样间隔与初始位置：

/>

其中，r为采样间隔，w为权重，一般为1.5，v

在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据，其中，双程波方程为：

其中，v为速度，p代表地震波场，s代表震源函数，

其中，v为速度，p代表地震波场，s代表震源函数，

根据速度模型与反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

根据x，y，z方向的加密倍数r

根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像：通过三维快速傅里叶变换将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域；根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像；通过三维快速傅里叶反变换将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

在计算任意点扩散函数反褶积时，将模型进行区域分块，利用GPU并行算法加速区块内的空间反褶积，对所有区域进行叠加获取单一点的散射函数数据体对应的最小二乘偏移像。

针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

本发明还提供一种成像域最小二乘偏移装置，包括：

全局空变散射模块，获取全局空变散射函数，对全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；

反褶积模块，根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；

规约模块，针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

在一个示例中，获取全局空变散射函数包括：

建立散射点模型；

根据速度模型与实时散射点模型，在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据；

根据速度模型与反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

在一个示例中，通过声波高阶有限差分和最佳匹配层实现双程波方程及其反偏移方程的数值计算，获取反偏移数据。

在一个示例中，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像包括：

将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域；

根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，计算波数域最小二乘偏移像；

将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

在一个示例中，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像：

其中，α为正则化因子，

在一个示例中，通过三维快速傅里叶变换将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域。

在一个示例中，通过三维快速傅里叶反变换将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

具体地，读取速度模型和主频；通过公式(2)确定采样间隔与初始位置，初始位置一般取

在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据，其中，双程波方程为公式(3)，反偏移方程为公式(4)；

根据速度模型与反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

根据x，y，z方向的加密倍数r

根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像：通过三维快速傅里叶变换将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域；根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像；通过三维快速傅里叶反变换将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

在计算任意点扩散函数反褶积时，将模型进行区域分块，利用GPU并行算法加速区块内的空间反褶积，对所有区域进行叠加获取单一点的散射函数数据体对应的最小二乘偏移像。

针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

本发明还提供一种电子设备，电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述的成像域最小二乘偏移方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的成像域最小二乘偏移方法。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出四个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

实施例1

图1示出了根据本发明的一个实施例的成像域最小二乘偏移方法的步骤的流程图。

如图1所示，该成像域最小二乘偏移方法包括：步骤101，获取全局空变散射函数，对全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；步骤102，根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；步骤103，针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

图2示出了根据本发明的一个实施例的Overthrust模型的二维示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的散射点模型的二维局部示意图。

图4示出了根据图2和图3数据生成的全局空变散射函数的示意图。

输入如图2所示的速度模型v、主频f为30Hz和如图3所示的散射点模型m；利用速度模型和散射点模型m，在双程波方程及其反偏移方程上进行波场模拟，获取反偏移数据d

根据x，y，z方向的加密倍数r

图5示出了根据本发明的一个实施例的深度域成像体的示意图。

图6示出了对图4、图5数据进行常规最小二乘逆时偏移得到的成像结果的示意图。

图7示出了对图4、图5数据进行基于插值重构的成像域最小二乘逆时偏移得到的成像结果的示意图。

输入如图5所示的深度域成像体，利用MPI并行策略，同时计算N个散射函数数据体的空间反褶积；在计算任意散射函数数据体反褶积时，将模型进行区域分块，利用GPU并行算法加速区块内的空间反褶积，对所有区域进行叠加获取单一点扩散函数下的最小二乘偏移像，如图6所示；对N个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果，如图7所示。

常规成像域最小二乘偏移算法采用区域分块策略，虽然有效解决了RTM结果中振幅不均衡、深部照明不足、分辨率较低等问题，如图6所示，但深部显著出现多种噪音。通过采用插值重构策略对点扩散函数进行加密，偏移结果得到了显著的提升，不连续性明显提升，噪音减弱，如图7所示。

实施例2

图8示出了根据本发明的一个实施例的一种成像域最小二乘偏移装置的框图。

如图8所示，该成像域最小二乘偏移装置，包括：

全局空变散射模块201，获取全局空变散射函数，对全局空变散射函数进行插值重构，生成多个散射函数数据体；

反褶积模块202，根据深度域成像体，通过MPI并行策略，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像；

规约模块203，针对多个散射函数数据体对应的最小二乘偏移像进行规约，获取最终成像结果。

作为可选方案，获取全局空变散射函数包括：

建立散射点模型；

根据速度模型与实时散射点模型，在双程波方程及其反偏移方程上进行三维地震波场模拟，获取反偏移数据；

根据速度模型与反偏移数据进行逆时偏移，获取全局空变散射函数。

作为可选方案，通过声波高阶有限差分和最佳匹配层实现双程波方程及其反偏移方程的数值计算，获取反偏移数据。

作为可选方案，计算多个散射函数数据体的空间反褶积，获得对应的最小二乘偏移像包括：

将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域；

根据波数域成像体与波数域散射函数数据体，计算波数域最小二乘偏移像；

将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

作为可选方案，通过公式(1)计算波数域最小二乘偏移像：

其中，α为正则化因子，

作为可选方案，通过三维快速傅里叶变换将深度域成像体与散射函数数据体分别转换到波数域。

作为可选方案，通过三维快速傅里叶反变换将波数域最小二乘偏移像转换到空间域，获得对应的最小二乘偏移像。

实施例3

本公开提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述成像域最小二乘偏移方法。

根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。

该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。

该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。

本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。

有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。

实施例4

本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的成像域最小二乘偏移方法。

根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。

上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。