專利名稱：三維雙向聲波動方程疊前成像系統(tǒng)和方法
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背景技術(shù)：
在地震探測中，通過將聲能傳進(jìn)地球的近地表面并且探測自地下地球構(gòu)成的不同層之間的邊界反射的聲能來獲得地震數(shù)據(jù)。在位于邊界相對兩側(cè)上的層之間存在有聲阻抗差異時聲能被反射。表示已探測聲能的信號被解釋以此推斷地下地球構(gòu)造的結(jié)構(gòu)和組成。
在海洋地震探測中，(在水體中實(shí)施的地震探測)地震能量來源(如氣槍或氣槍陣列)通常用來將聲能傳進(jìn)地球。氣槍或氣槍陣列在水中選定的深度處被驅(qū)動，通常同時氣槍或氣槍陣列被地震勘探船所牽引。相同或不同地震勘探船在水中還拖著一條或多條被稱為“拖纜”的地震傳感器電纜。通常，拖纜在船后沿著其中拖纜被牽引的方向伸展。一般，拖纜包括多個壓力傳感器，通常為水聽器，它們以一定距離的間隔被布置在電纜上，其沿著電纜的位置是已知的。水聽器是生成與水壓或水中壓力的時間梯度(dp/dt)相對應(yīng)的光或電信號的傳感器。牽引一條或多條拖纜的船舶通常包括記錄儀器，用來制成由水聽器響應(yīng)已探測的聲能而生成的信號的、根據(jù)時間索引的記錄。如前面所解釋的，信號的記錄被處理以此推斷實(shí)施地震勘探的位置下面的地球構(gòu)成的結(jié)構(gòu)和組成。在這里，所描述的本發(fā)明是一種用于處理數(shù)據(jù)的改進(jìn)方法，并且具體地說是一種用于地震數(shù)據(jù)的深度偏移的改進(jìn)方法。


在考慮了下面的詳細(xì)說明以及附圖之后可以獲得對各個不同的公開實(shí)施例的更好的理解，其中圖1示出了說明性的海洋地震勘探環(huán)境；圖2示出了說明性的地震勘探記錄系統(tǒng)；圖3示出了一組說明性的記錄信號；圖4示出了說明性的三維數(shù)據(jù)體；圖5示出了說明性的成像系統(tǒng)；圖6示出了用于說明性的成像方法的數(shù)據(jù)流；以及圖7示出了用于說明性的成像方法的流程圖。
雖然本發(fā)明允許各種修改和替換形式，但是其中的特定實(shí)施例通過舉例被示出在附圖中并且在這里將被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖以及對此的詳細(xì)描述不是用來將本發(fā)明限定在所公開的特定形式上，而是相反，本發(fā)明將覆蓋屬于如所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有的修改、等同物和替換。
具體實(shí)施例方式
下文描述了用于由疊前地震共炮集導(dǎo)出圖像信息的系統(tǒng)。利用高階空間有限差分將雙向聲波動方程用來產(chǎn)生自源位置隨時間向前傳播以及自接收器位置隨時間向后傳播的波場。成像標(biāo)準(zhǔn)用于源和接收器波場以此獲得分圖像，所述分圖像在空間上被相加以此獲得最終的圖像。本發(fā)明的某些實(shí)施例使用聲波動方程的最大時間步進(jìn)和時間抽選，以此加快計算并減少存儲需求以及有效的任務(wù)分配策略，從而在多個處理器當(dāng)中并行計算。
地震探測依照常規(guī)在陸地和海上進(jìn)行。在海上，地震勘探船在船后配備拖纜，如圖1所示。當(dāng)船舶向前移動時(在箭頭102的方向上)，每條拖纜110拖在船100后，并且每條拖纜包括多個接收器114。每條拖纜110還可包括可編程轉(zhuǎn)向器118和可編程深度控制器，其將拖纜抽出到達(dá)距船舶路徑的操作偏距以及向下到達(dá)操作深度。
拖纜110可以長達(dá)幾英里，并且通常被構(gòu)造成若干部分，每部分的長度為25至100米，所述的若干部分包括若干組多達(dá)35個或以上的接收器。每條拖纜110包括電或光纜，用于互連接收器114和船舶100上的地震儀器。數(shù)據(jù)在接收器114附近被數(shù)字化并且通常以每秒7(或以上)兆比特的數(shù)據(jù)速率通過電纜線路被傳輸?shù)酱?00。
如圖1所示，地震勘探船100還牽引源112。源112可以是脈沖源或振動源。在海洋地震學(xué)中使用的接收器114被總稱為水聽器，并且通常利用壓電換能器來構(gòu)造。各種適當(dāng)類型的水聽器是可用的，如圓盤水聽器和圓柱水聽器。船上的儀器控制源和接收器的操作并記錄所獲取的數(shù)據(jù)。
地震勘探提供數(shù)據(jù)用于評估地下結(jié)構(gòu)的位置，如結(jié)構(gòu)106，其位于海底108下。通過估計至地下結(jié)構(gòu)的各種距離可確定結(jié)構(gòu)的幾何形狀或地形。記錄的地震數(shù)據(jù)的某些幅度和其他屬性表示油床或氣儲集層的存在。
為了確定到地下結(jié)構(gòu)106的距離，源112發(fā)射地震波116，地震波116反射離開地下結(jié)構(gòu)106(和其他地下結(jié)構(gòu))。反射的波被接收器114感測。通過確定地震波116從源112傳播到地下結(jié)構(gòu)106到接收器114的傳播時間，可獲取到地下結(jié)構(gòu)106的距離的估計值。
圖2示出了說明性的地震勘探記錄系統(tǒng)，該地震勘探記錄系統(tǒng)具有耦合至總線202的接收器114以此將數(shù)字信號傳遞至勘測船100上的數(shù)據(jù)記錄電路206。位置信息和其他參數(shù)傳感器204也耦合至數(shù)據(jù)記錄電路206以使數(shù)據(jù)記錄電路能夠存儲另外的信息，比如對解釋紀(jì)錄的數(shù)據(jù)有用的陣列取向信息。
通用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)208被示出耦合至數(shù)據(jù)記錄電路206，并且還被示出通過總線202耦合至定位裝置210和地震源112。處理系統(tǒng)208配置記錄電路206、定位裝置210和地震源112的操作。記錄電路206在非易失性存儲介質(zhì)(如光盤或磁盤的存儲陣列)上獲得來自接收器114的高速數(shù)據(jù)流。定位裝置210(包括可編程轉(zhuǎn)向器和深度控制器)控制接收器114和/或源112的位置。
圖2的地震紀(jì)錄系統(tǒng)可包括在這里沒有明確示出的其他部件。例如，處理系統(tǒng)208可包括具有圖像顯示的用戶界面和鍵盤或接受用戶輸入的其他方法。每條拖纜110可具有獨(dú)立總線202，用于耦合到數(shù)據(jù)記錄電路。處理系統(tǒng)208還可包括網(wǎng)絡(luò)接口，用于將存儲的地震勘探數(shù)據(jù)傳遞至具有強(qiáng)大計算資源的中央計算設(shè)施用于處理地震勘探數(shù)據(jù)。
圖3示出了被接收器114探測并取樣的說明性的地震信號。信號表示作為時間的函數(shù)的地震波能量的某些測量(如位移、速度、加速度、壓力)，并且它們在可編程的取樣速率下以高分辨率(如24位)被數(shù)字化。這樣的信號可以不同的方式來分組，并且在如此分組時，它們被稱為“集”。例如，“炮集”是為地震源的單次開火紀(jì)錄的信號組。
紀(jì)錄的地震勘探數(shù)據(jù)在保持圖3的格式時是沒有多少用處的。盡管能夠在圖中并排繪制揭示大尺度地下結(jié)構(gòu)的各種紀(jì)錄波形，但是這樣的結(jié)構(gòu)是失真的并且甚至看不到更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)擴(kuò)展到三維是難以使用的。圖4說明了優(yōu)選的數(shù)據(jù)格式。
圖4示出了“數(shù)據(jù)立方體”，即數(shù)據(jù)值的三維陣列。(不管術(shù)語“立方體”的用法，數(shù)據(jù)立方體的維度不必相等。)數(shù)據(jù)立方體表示整個勘探區(qū)域的某些地震屬性。三維陣列包含大小均勻的單元，每個單元具有表示該單元地震屬性的數(shù)據(jù)值。可以表示各種地震屬性，并且在某些實(shí)施例中，每個單元具有表示多種地震屬性的多個數(shù)據(jù)值。適當(dāng)?shù)牡卣饘傩缘膶?shí)例包括反射率、聲阻抗、聲速和密度。數(shù)據(jù)立方體格式有助于計算分析和直觀描繪，并且因?yàn)檫@個原因，數(shù)據(jù)立方體可以稱為勘探區(qū)域的“三維圖像”。
圖5示出了處理系統(tǒng)500，用于將存儲的接收器信號轉(zhuǎn)換成勘探區(qū)域的三維圖像。個人工作站502通過局域網(wǎng)(LAN)504耦合至一個或多個多處理器計算機(jī)506，其又通過存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)508耦合至一個或多個共享存儲器510。個人工作站502用作到達(dá)處理系統(tǒng)的用戶接口，使得用戶能夠?qū)⒖碧綌?shù)據(jù)裝載進(jìn)系統(tǒng)，從系統(tǒng)中取回圖像數(shù)據(jù)并且配置和監(jiān)控處理系統(tǒng)的操作。個人工作站502可采用具有圖形顯示和鍵盤的臺式計算機(jī)的形式，所述的圖像顯示以圖形顯示勘探區(qū)域的三維圖像和勘探數(shù)據(jù)，所述鍵盤使得用戶能夠移動文件并執(zhí)行處理軟件。
LAN504提供了多處理器計算機(jī)506之間的以及同個人工作站502的高速通信。LAN504可采用以太網(wǎng)的形式。
多處理器計算機(jī)506提供了并行處理能力，以此適合使地震接收器信號能夠快速轉(zhuǎn)換成勘探區(qū)域圖像。每個計算機(jī)506包括多個處理器512、分布式存儲器514、內(nèi)部總線516、SAN接口518和LAN接口520。每個處理器512處理輸入數(shù)據(jù)的分配部分以此產(chǎn)生地震勘探區(qū)域的分圖像。與每個處理器512相關(guān)聯(lián)的是分布式存儲模塊514，分布式存儲模塊514存儲處理器使用的轉(zhuǎn)換軟件和工作數(shù)據(jù)集。內(nèi)部總線516提供處理器間通信以及通過相應(yīng)接口518、520與SAN或LAN網(wǎng)絡(luò)的通信。在不同計算機(jī)506上的處理器之間的通信可以通過LAN504來提供。
SAN508提供了對共享存儲裝置510的高速存取。SAN508可采用光纖通道或無限寬頻網(wǎng)絡(luò)的形式。共享存儲器510可以是將磁盤介質(zhì)用于非易失性數(shù)據(jù)存儲的大的獨(dú)立信息存儲器。為了改進(jìn)數(shù)據(jù)存取速度和可靠性，共享存儲器510可以配置成冗余磁盤陣列。
圖6示出了用于通過處理系統(tǒng)500實(shí)現(xiàn)的某些轉(zhuǎn)換過程實(shí)施例的數(shù)據(jù)流。共享存儲器510最初存儲速度立方體602和炮集604。炮集604是若干組來自地震勘探的存儲的接收信號。速度立體方602是聲速的數(shù)據(jù)立方體，并且它可以利用已知技術(shù)從炮集604中導(dǎo)出。參見比如Jon F.Claerbout的Fundamentals of Geophysical DataProcessingp.246-56，其內(nèi)容通過引用被結(jié)合在此。
每個處理器512從共享存儲器510中取回炮集和速度立方體的其中之一。以源位置和測得的或模擬的源波形為起點(diǎn)，每個處理器512向前傳播源波形以此生成作為時間的函數(shù)的源波場608。源波場608可以均勻間隔的時間間隔被保存在存儲器510中。接著，以接收器位置和接收的波信號為起點(diǎn)，每個處理器512向后傳播接收的波形以此生成作為時間的函數(shù)的接收器波場608。至多，每個處理器512可預(yù)計在滑動時間窗口中保存接收器波場。當(dāng)接收器波場608被產(chǎn)生時，它們可以利用成像標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的源波場組合以此生成分圖像。每個處理器512組合分圖像以此建立圖像區(qū)域610，并且重疊的圖像區(qū)域在空間上被相加以此建立勘探區(qū)域的完整圖像，該圖像被存進(jìn)共享存儲器510中。
圖7示出了說明性的轉(zhuǎn)換方法實(shí)施例的流程圖。從塊702開始，處理系統(tǒng)500獲取地震勘探數(shù)據(jù)?？碧綌?shù)據(jù)包含紀(jì)錄的接收器波形，其可以針對單個接收器振動來校正，但是在其他的方面它們是原始的、未偏移的疊前數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)還未組織成炮集604，系統(tǒng)500可實(shí)施這種數(shù)據(jù)分組。
在塊704，處理系統(tǒng)500獲取以前已經(jīng)在別處利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的方法確定的速度數(shù)據(jù)立方體602。在塊706，處理系統(tǒng)500確定空間柵格大小、時間步長和存儲抽選因子。這些值的每一個可以作為輸入?yún)?shù)由用戶來提供，或者依照下列方程由處理系統(tǒng)來計算?？臻g柵格大小是對波場數(shù)據(jù)立方體中單元尺度Δx，Δy，Δz的限制。其被計算如下max(Δx，Δy，Δz)＝cmin/(αfmax)(1)其中cmin是圖像空間中的最小聲速，fmax是源小波的(或輸入數(shù)據(jù)中的)最大頻率，以及α是最大頻率波的每波長的樣本數(shù)。每fmax波長的樣本數(shù)α是處理系統(tǒng)500被配置成可使用的波傳播方程的逼近階的函數(shù)。對于2nd階空間差分逼近，α應(yīng)當(dāng)是10。對于4nd階，α是4，并且對于更高階空間差分逼近，3是α的充分值。(參見M.A.Dablain的“The application of high-order differencing to scalar waveequation，”GEOPHYSICS，Soc.Of Expl.Geophys.，v.51，p.54-66，1986)。
模擬時間步長Δt限制接著可確定為Δt≤μmax(Δx，Δy，Δz)/cmax(2)其中cmax是圖像空間中的最大聲速，并且μ是取決于空間差分濾波器的時間步長因子。時間步長因子可按下式來確定
μ=2Σp=-n/2n/2(|wpx|+|wpy|+|wpz|)]]>(3)其中n是空間差分濾波器的階，并且wpx，wpy，wpz是x，y和z方向的空間濾波器系數(shù)。(空間濾波器系數(shù)將在下面作進(jìn)一步討論。)已經(jīng)確定了模擬時間步長Δt，處理系統(tǒng)500接著確定存儲抽選因子(或許取回它作為用戶指定的參數(shù))。為了減少存儲需求并加快計算，處理系統(tǒng)未保存源波場的每個時間步長。相反，每kth時間步長(如每10th時間步長)被存到磁盤中。在某些備選實(shí)施例中，還可使用空間抽選或源波場壓縮來進(jìn)一步減少存儲需求。
在塊708，處理系統(tǒng)500確定處理器任務(wù)分配。在某些實(shí)施例中，每個炮集被分配給相應(yīng)處理器，其中每個處理器可能處理多個炮集。在其他實(shí)施例中，給定炮集的波傳播在多個處理器之間進(jìn)行分配，其根據(jù)需要交換信息以此利用區(qū)域分解方法完成源和接收器波場。(參見A.Villarreal和J.A.Scales的“Distributed threedimensional finite-difference modeling of wave propagation in acousticmedia，”COMPUTERS IN PHYSICS，American Inst.Of Physics，v.11，p.388-99，1997。)塊710描繪了多個處理器可并行執(zhí)行的計算。每個處理器實(shí)施由塊712-722表示的、針對其分配任務(wù)的每一個的操作。在塊712，每個處理器512獲得特定任務(wù)參數(shù)。例如，當(dāng)針對每個炮集的處理被分配給單個處理器時，塊712表示炮集數(shù)據(jù)的取回，包括源位置和接收器位置，由此可確定模擬區(qū)域的位置和尺度。如果每個處理器只處理與給定炮集相關(guān)聯(lián)的波場部分，每個處理器另外確定哪一部分將要處理以及處理該炮集的其他處理器。
在塊714，每個處理器512利用向前傳播生成作為時間的函數(shù)的源波場。聲波動方程由下式給出1c2∂2u∂t2=▿2u+s=∂2u∂x2+∂2u∂y2+∂2u∂z2+s---(4)]]>
其中u＝u(x，y，z，t)是壓力場，c＝c(x，y，z)是由速度立方體給出的速度場，以及s＝s(x，y，z，t)表示來自地震源的激勵信號。拉普拉斯算子2u可以在矩形柵格上逼近nth階(n是偶整數(shù))(▿2ux,y,zt)n=Σl=-n/2n/2wl(ux+l,y,ztΔx2+ux,y+l,ztΔy2+ux,y,z+ltΔz2)---(5)]]>其中ux，y，zt是坐標(biāo)x，y，z和時間t下壓力場的值，以及wl＝w-l是空間有限差分權(quán)重?？臻g有限差分權(quán)重利用級數(shù)展開法來確定。計算高階空間有限差分權(quán)重的通用公式可以按照下列符號表達(dá)式給出{w-no/2,···,w-1,w0,w1,···,wno/2}=Coefficients[Series[sn/2(lnsΔx)2,{ons,arounds=l,ton}]]---(6)]]>其中n是空間差分的階并且它是偶數(shù)，系數(shù)[T(s)]是表示多項式T(s)的系數(shù)集合的表達(dá)式，級數(shù)[A，{B，C，D}]是變量B在C點(diǎn)處的表達(dá)式A的D階泰勒級數(shù)展開。在表達(dá)式A中，參數(shù)s被定義為eiωΔx。
利用依照方程(2)選擇的時間步長，二階有限時間差分對于方程(4)中的時間導(dǎo)數(shù)是適當(dāng)?shù)摹Ｒ虼?，方?4)的離散化型式變?yōu)閡x,y,zt+1=2ux,y,zt-ux,y,zt-1+Δt2cx,y,z2((▿2ux,y,zt)n+sx,y,zt)---(7)]]>其中cx，y，z是坐標(biāo)x，y，z處的聲速值，并且sx，y，zt是坐標(biāo)x，y，z和時間t下的地震源信號。用于向前傳播的地震源信號sx，y，zt可以是來自地震源112的記錄的或模擬的信號。另一方面，還可利用簡單源小波。例如，可使用脈沖函數(shù)、限帶零相位雷克小波或另一種類型的零相位小波。
方程(7)被用于向前的波傳播。對于向后的波傳播(塊716)，離散化方程是ux,y,zt-1=2ux,y,zt-ux,y,zt-1+Δt2cx,y,z2(▿2ux,y,zt)n---(8)]]>在向后的傳播中，接收的信號被用來設(shè)置適當(dāng)?shù)膲毫鲋?，與其中地震源增加適當(dāng)?shù)膲毫鲋档南蚯暗膫鞑ゲ煌?br> 在實(shí)施(離散化的)波動方程的向前和向后傳播時，處理器512強(qiáng)迫服從各種邊界條件。為了處理表面相關(guān)的多個反射，自由表面邊界條件在海洋表面位置處被設(shè)置。模擬空間的其余邊界在真實(shí)世界中是不存在的，并且因此，處理器512使用“吸收邊界”來抑制不想要的、自這些邊緣的反射。吸收邊界包括具有錐度的空間對模擬空間的填充，從而導(dǎo)致額外的有限差分層起到象吸收海綿的作用。聲波場可沿余弦錐度或指數(shù)錐度而行，從模擬空間內(nèi)的波場的100％處開始并且下降到大約60-80％。
返回到圖7，在塊714，每個處理器512實(shí)施離散化波動方程的向前傳播。源波場是壓力場的時間級數(shù)。壓力場以規(guī)律間隔的時間步長被保存在本地磁盤或共享存儲510上用于將來參考。
在塊715，每個處理器512將用于向后傳播的時間索引設(shè)為等于來自塊714的最后的時間索引。在塊716，每個處理器512實(shí)施離散化波動方程的向后傳播以此生成接收器波場。以與存儲的源波場相對應(yīng)的時間步長，接收器波場可以被保存用于將來參考。另一方面，當(dāng)生成接收器波場時，還可以通過將成像條件施加于接收器波場和相應(yīng)的源波場來避免接收器波場的保存。
在塊718，每個處理器52將成像條件施加于具有相應(yīng)的時間步長的源和接收器波場。在某些實(shí)施例中，成像條件是在時間上積分時為每個共炮集生成下面的分圖像的兩個波場的零滯后互相關(guān)Px,y,z=Σmfx,y,zmkΔtbx,y,zmkΔtΣxΣyΣz|fx,y,zmkΔt|2+σ---(9)]]>其中kΔt是用于保存的源波場的時間步長(在通過k的抽選之后)，fx，y，zt和bx，y，zt是坐標(biāo)x，y，z和時間t下的用于源和接收器波場的壓力場值，以及σ是選擇用來防止消散分母導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定性的小的恒定值。因?yàn)榉匠?9)上的分母補(bǔ)償了源波場的強(qiáng)度，它可被認(rèn)為是“照明校正”。分圖像揭示了向前和向后傳播波場隨時間處處匹配的反射器。在塊719，進(jìn)行檢查以此了解時間索引是否已經(jīng)達(dá)到零，并且如果未達(dá)到零，則每個處理器512返回到塊716。
在塊720，每個處理器512將分圖像存進(jìn)整個勘探區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置，在空間上對處處存在重疊的具有以前存儲值的分圖像求和。在地震勘探期間，當(dāng)船舶(和接收器陣列)向前移動時，地震源被重復(fù)點(diǎn)火?？臻g源點(diǎn)火間隔被設(shè)計成可提供連續(xù)炮集之間的大的重疊，從而使得整個勘探區(qū)域的每一部分能夠根據(jù)多個分圖像來確定。
在塊722，每個處理器512確定另外的任務(wù)(如炮集)是否已經(jīng)被分配給該處理器。如果另外的任務(wù)存在，則塊712-722被重復(fù)。否則該過程結(jié)束。一旦每個處理器已經(jīng)完成，共享存儲器510就將包含整個勘探區(qū)域的三維圖像。
正如以前提到的，用于給定炮集的處理優(yōu)選地被分配給單個處理器以此使處理器之間的交叉通信降至最少。然而，對于其中存儲需求超過單個處理器的存儲能力的任務(wù)來說，區(qū)域分解可以用來在多個處理器之間分配計算任務(wù)。這種分工甚至連同其伴隨的對于處理器間通信的需求將優(yōu)先于由超過單個處理器的存儲能力產(chǎn)生的I/O延遲。區(qū)域分解技術(shù)尤其適用于這里所描述的離散化波動方程，盡管預(yù)計會有某些增加的開銷(大約為總計算成本的10-15％)。
在某些實(shí)施例中，區(qū)域分解根據(jù)區(qū)域來實(shí)施。也就是，每個處理器512被分配用于傳播和成像的波場體積的一部分。在每個時間步長，每個處理器發(fā)送并接收壓力場值，用于沿著具有被其它處理器處理的區(qū)域的邊界的層。該層的厚度是n/2，其是空間差分濾波器的寬度的一半。
下面的計算是為炮集的處理確定存儲需求的實(shí)例。源或接收器波場的一個時間步長的存儲需求是Nb＝NxNyNz(浮點(diǎn)數(shù)的大小)(10)其中Nx=L/2+2aΔx+2(Nxp+n2)---(10a)]]>Ny=W/2+2aΔy+2(Nyp+n2)---(10b)]]>
Nz=DΔz+2(Nzp+n2)---(10c)]]>其中L是接收器陣列的長度，W是接收器陣列的寬度，D是將要成像的最大深度，α是用來減小邊緣效應(yīng)的孔徑大小，n是空間濾波器的階，以及Nxp，Nyp，Nzp是x，y和z邊界上用于吸收的填充層的厚度。作為一個實(shí)例，填充層厚度可從10變至23個格點(diǎn)。對于6km孔徑、12km勘探深度和25米空間柵格間距來說，一個時間步長的存儲需求可能是大約0.5GB。
因?yàn)樾枰鄠€時間步長并且正在構(gòu)建分圖像，在這個實(shí)例中，用于傳播和成像的總存儲需求可能是大約2GB。由于源波場的許多時間步長的保存，共享的存儲空間明顯更大。假定2毫秒時間步長以及10和50之間的抽選因子，每個處理器的總共享存儲空間可能是大約60-150GB。
這里所公開的發(fā)明提供了在其高度處理磁傾事件、回轉(zhuǎn)波及其復(fù)合能力方面對基于單向波動方程的方法的改進(jìn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明利用支持雙向波傳播同時維持計算可行性的離散波動方程?？臻g有限差分濾波器的使用還允許區(qū)域分解，使得較大的成像工作通過多處理器計算機(jī)有效地實(shí)施。具有基于照明補(bǔ)償?shù)某上駰l件的互相關(guān)通過來自多個反射的能量的結(jié)合提供了改進(jìn)的成像。
一旦充分理解了上述公開內(nèi)容，許多的變化和修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見。意圖是，下面的權(quán)利要求可被解釋為包含所有這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種疊前成像系統(tǒng)，其包含多個處理器，每個處理器被配置成實(shí)施源事件的基于雙向波動方程的向前波傳播以此利用炮集的高階空間有限差分獲取源波場；實(shí)施接收波的基于雙向波動方程的向后波傳播以此利用炮集的高階空間有限差分獲取接收器波場；以及使所述源和接收器波場相關(guān)以此獲取圖像區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包含一個或多個共享存儲裝置，耦合至多個處理器并被共同配置成可存儲多個炮集、速度立方體、多個源波場和圖像區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中按時間方向抽選所述存儲的源波場的十分之一。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中利用高階空間有限差分濾波器來實(shí)施所述向前和向后傳播以此估計拉普拉斯算子，所述空間濾波器具有比2更高的階。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述空間濾波器具有比6更高的階。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述空間濾波器具有利用級數(shù)展開逼近拉普拉斯算子而確定的系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中利用時間步長來實(shí)施所述向前和向后傳播，所述時間步長利用空間柵格間距、最大聲速和所述空間濾波器的系數(shù)來確定。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中利用時間步長來實(shí)施所述向前和向后傳播，所述時間步長利用空間柵格間距和最大聲速來確定。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個處理器的每一個還被配置成可使源和接收器波場的邊界值與處理相同波場的至少一個其它處理器交換。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個處理器的每一個還被配置成可通過將所述圖像區(qū)域與其它處理器確定的任何重疊的圖像區(qū)域疊加而將所述圖像區(qū)域貢獻(xiàn)給整個勘探圖像。
11.一種疊前成像方法，其包含獲取用于勘探區(qū)域的多個炮集；獲取用于所述勘探區(qū)域的速度立方體；確定傳播時間步長；將每個炮集分配給至少一個處理器，所述至少一個處理器利用離散的高階空間有限差分波動函數(shù)實(shí)施源小波的向前傳播以此獲取用于所述炮集的源波場；利用離散的高階空間有限差分波動函數(shù)實(shí)施接收波的向后傳播以此獲取用于所述炮集的接收器波場；以及使所述源和接收器波場相關(guān)以此形成分圖像。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含所述至少一個處理器，使所述分圖像與重疊的分圖像疊加以此形成整個勘探圖像的一部分。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中每個炮集被分配給單個處理器。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中每個炮集被分配給多個處理器，所述多個處理器的每一個在每個時間步長交換多層波場邊界值以此使得能夠?yàn)橄乱粫r間步長計算近邊界的值。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中利用高階空間有限差分濾波器來實(shí)施所述向前和向后傳播以此估計拉普拉斯算子，所述空間濾波器具有比2更高的階。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述空間濾波器具有利用拉普拉斯算子的級數(shù)展開逼近而確定的系數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中利用空間柵格間距、最大聲速和所述空間濾波器的系數(shù)來確定所述傳播時間步長。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述組合是所述源和接收器波場的零滯后互相關(guān)，其通過所述源波場的能量被標(biāo)準(zhǔn)化。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述實(shí)施向前傳播包括保存所述源波場的均勻時間間隔的型式。
全文摘要
公開了一種用于疊前成像的系統(tǒng)和方法，其包括多個處理器，其中每個處理器被配置成可實(shí)施源事件的基于雙向波動方程的向前波傳播以此利用炮集的高階空間有限差分獲取源波場，并且可實(shí)施接收波的基于雙向波動方程的向后波傳播以此利用炮集的高階空間有限差分獲取接收器波場，以及使源和接收器波場相關(guān)以此獲取圖像區(qū)域。
文檔編號G01V1/22GK101017204SQ200710084030
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者M·H·卡拉津西爾 申請人:Pgs地球物理公司