[發(fā)明專利]低頻重構(gòu)并行Marchenko成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710284885.6
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107102355B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 靳中原;韓立國;単剛義;胡勇
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 王立文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地震勘探的地下成像方法，尤其是地震干涉法被動源低頻重構(gòu)地震超越干涉法主動源數(shù)據(jù)、分炮并行直達(dá)波估計和數(shù)據(jù)驅(qū)動面向復(fù)雜高速屏蔽地下構(gòu)造的高精度Marchenko成像。

背景技術(shù)：

在地震成像反演過程中，低頻信息對于地下介質(zhì)的構(gòu)造成像尤為重要，它直接影響地下介質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的反演效果。低頻信號具有較強的穿透高速屏蔽層的能力，可以利用低頻信號來降低高速屏蔽層對地震信號的散射和屏蔽作用，提高深層信號的信噪比。實際應(yīng)用中，由于被動源數(shù)據(jù)具有固有的低頻優(yōu)勢，常常通過地震干涉法對被動源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到有用的低頻信息。地震干涉理論由Claerbout于1968年提出，Calvert于2004基于地震干涉理論提出“虛震源法”，可以將震源重置到檢波點位置，該方法在勘探地震數(shù)據(jù)上得到了廣泛應(yīng)用。Wapenaar于2012年用積分理論和互易定理證明了地震干涉技術(shù)對不同的非衰減介質(zhì)和不同的震源條件下均成立，并用理論和實際數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。作為地震干涉法的拓展，地震超越干涉法最早由Kees Wapenaar和Filippo Broggini于2012年提出，此方法實現(xiàn)了在無需知道地下介質(zhì)信息的情況下在非檢波器位置構(gòu)建虛擬震源的新方法，即虛擬震源的位置可以分布在地下介質(zhì)的任意位置。地震超越干涉法利用地表接收到的主動源反射響應(yīng)和在不精確的平滑模型上估計的直達(dá)波來重構(gòu)包含一次波和多次波的格林函數(shù)場。利用重構(gòu)得到的上傳和下傳格林函數(shù)進(jìn)行Marchenko成像，能夠在無需了解上覆介質(zhì)構(gòu)造的情況準(zhǔn)確對目標(biāo)區(qū)域的介質(zhì)進(jìn)行精確成像。

基于低頻缺失的地震數(shù)據(jù)重構(gòu)地下介質(zhì)處的格林函數(shù)會導(dǎo)致在最終的Marchenko成像結(jié)果中出現(xiàn)由于低頻缺失旁瓣導(dǎo)致的地下反射界面不能聚焦的問題，這會對后續(xù)地震勘探的解釋造成影響。實際中對地震數(shù)據(jù)低頻缺失的重構(gòu)辦法有兩種，一種是從數(shù)學(xué)計算的方式得到低頻信息：Han于2012年和2014年基于壓縮感知和稀疏反演方法重構(gòu)數(shù)據(jù)低頻信息；Huang于2015年用彈性波包絡(luò)法恢復(fù)了地下介質(zhì)縱橫波速度的長波長成分。此類低頻重構(gòu)方法在實際應(yīng)用中可能在地震記錄上產(chǎn)生虛假信息，最終影響成像結(jié)果。另外一種是對被動源數(shù)據(jù)進(jìn)行地震干涉法處理，然后對主動源進(jìn)行低頻重構(gòu)：Zhang于2015年從能量角度(振幅)匹配主動源和被動源數(shù)據(jù)，但即使經(jīng)過去噪之后的高信噪比低頻數(shù)據(jù)中依然存在噪聲，這種局限性也會對最終的成像結(jié)果產(chǎn)生影響。另外，此種被動源低頻補充主動源數(shù)據(jù)方法是基于人工增益系數(shù)來完成的，主觀性較強，且不能基于數(shù)據(jù)驅(qū)動。

Marchenko成像算法依賴于目標(biāo)成像區(qū)域的每一個點的格林函數(shù)，很小的網(wǎng)格大小會造成巨大的計算量。傳統(tǒng)的單炮串行計算遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足計算效率的要求。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高低頻重構(gòu)效果和成像效率的并行面向目標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動Marchenko成像方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

低頻重構(gòu)并行面向目標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動Marchenko成像方法的核心是基于頻率優(yōu)勢的地震干涉法被動源數(shù)據(jù)對地震超越干涉法主動源數(shù)據(jù)低頻重構(gòu)、基于PBS批量作業(yè)管理系統(tǒng)的并行地震超越干涉法格林函數(shù)重構(gòu)及面向復(fù)雜地下構(gòu)造的Marchenko成像。對復(fù)雜地下構(gòu)造的精確Marchenko成像結(jié)果需要寬頻帶的地震數(shù)據(jù)作為輸入，首先基于地震干涉法被動源數(shù)據(jù)的低頻優(yōu)勢對地震超越干涉法進(jìn)行低頻重構(gòu)，然后基于歸一化加和之后根據(jù)主動源數(shù)據(jù)最大振幅進(jìn)行能量恢復(fù)，得到寬頻帶的地震數(shù)據(jù)。迭代求取聚焦函數(shù)、完全格林函數(shù)、上傳格林函數(shù)和下傳格林函數(shù)的計算量巨大，使用PBS批量作業(yè)管理系統(tǒng)將計算平臺分為一個主處理器和若干從處理器。主處理器監(jiān)控整個平滑模型上估計直達(dá)波分炮正演模擬階段，由主處理器將正演計算分配到各個從處理器上進(jìn)行，計算完成之后再由主處理器收集完全格林函數(shù)重構(gòu)結(jié)果、完全格林函數(shù)分解結(jié)果，然后提交基于互相關(guān)Marchenko成像的處理作業(yè)到從處理器進(jìn)行計算，此時主處理器監(jiān)控整個基于上傳和下傳格林函數(shù)計算虛擬震源位置反射系數(shù)階段，計算完成之后，主處理器收集得到的目標(biāo)區(qū)域每一個地下虛擬震源位置的反射系數(shù)，再根據(jù)地下虛擬震源的位置對反射系數(shù)按所處的觀測系統(tǒng)位置依次排列，得到最終的Marchenko成像結(jié)果。這樣既解決了地下復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的高精度成像問題，又基于分炮并行正演充分發(fā)揮了當(dāng)前計算平臺的優(yōu)秀性能，顯著縮短了Marchenko成像的計算時間。

低頻重構(gòu)并行Marchenko成像方法，包括以下步驟：