本發(fā)明涉及勘探地震技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種地震繞射波分離方法和裝置。

背景技術(shù)：

碳酸鹽巖油氣藏已成為油氣資源增儲上產(chǎn)的主要領(lǐng)域。但是，部分地域的碳酸鹽巖層系結(jié)構(gòu)具有很大的特殊性，使得碳酸鹽巖儲層形成和分布較為復(fù)雜，導(dǎo)致巖溶溶洞、裂縫等地質(zhì)體無法精細(xì)成像。

現(xiàn)有技術(shù)中，石油工業(yè)界地震勘探以反射波為主，但是通過反射波勘探分辨率有限，無法有效識別碳酸鹽巖層系結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。同時，由于該碳酸鹽巖層系結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體地震響應(yīng)為繞射波，因此有效分離繞射波對碳酸鹽巖縫洞型油氣藏勘探至關(guān)重要。常規(guī)的繞射波分離方法，大多利用反射波與繞射波運動學(xué)特征，通過信號處理方法分離繞射波。然而采集到的三維炮集數(shù)據(jù)中繞射波與反射波運動學(xué)特性相似度較高，僅依靠常規(guī)運動學(xué)波場分離方法難以有效處理，造成碳酸鹽巖層系結(jié)構(gòu)的成像分辨率較低。

針對上述地震繞射波分離方式分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性較差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種地震繞射波分離方法和裝置，以提高分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種地震繞射波分離方法，包括：獲取預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)；其中，該地下地質(zhì)信息包括地質(zhì)構(gòu)造信息和地質(zhì)巖性變化信息；對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；根據(jù)該傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，生成三維角度域成像矩陣；從該三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將該低秩矩陣分量確定為地震繞射波。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息包括：對地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)；其中，該單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)為可用于直接成像的地震炮集數(shù)據(jù)；該預(yù)處理包括對地震炮集數(shù)據(jù)進行噪聲去除處理，以及對地震炮集數(shù)據(jù)與預(yù)先保存的歷史地震數(shù)據(jù)進行一一對應(yīng)；將單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的偏移速度模型輸入至三維單炮角度域成像公式中，對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；其中，該三維單炮角度域成像公式中包含三維振幅補償因子。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述三維單炮角度域成像公式包括：

其中，δ為脈沖函數(shù)，代表三維角度域成像矩陣；震源s激發(fā)的射線經(jīng)地下空間任意成像點x到達(dá)檢波點位置r；矢量k_S為震源到成像點的射線參數(shù)，矢量k_r為檢波點到成像點的射線參數(shù)；參數(shù)θ為出射角；參數(shù)為方位角；矢量k為假定反射界面的法向量；k通過下述方式計算獲得：θ_s和分別為k_s的出射角和方位角；θ_r和分別為k_r的出射角和方位角；θ_m,分別為假定反射界面的出射角和方位角；n_x為三維坐標(biāo)系x方向法向量，且n_x＝(1,0,0)；u(s,r，t)為地震數(shù)據(jù)，t為地震數(shù)據(jù)的記錄時間；t₀為射線走時；W_3D(s,x,r)為三維振幅補償因子。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述三維振幅補償因子W_3D(s,x,r)包括：

其中，v_s為震源位置速度，α_s為震源位置射線入射角，α_r為檢波點位置射線出射角，N₁,N₂分別為第一支射線和第二支射線的走時對震源位置和檢波點位置的混合導(dǎo)數(shù)，T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作，走時根據(jù)三維波前重建法射線追蹤計算，該計算考慮多值走時；第一支射線為震源到成像點的射線；第二支射線為檢波點到成像點的射線；Σ和Γ是與地震觀測方式有關(guān)的矩陣，在共炮點觀測情況下Σ＝0,Γ＝I；其中I為單位矩陣；i表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，κ₁,κ₂分別為第一支射線和第二支射線的焦散點數(shù)目，κ₁,κ₂根據(jù)三維射線追蹤動力學(xué)方程計算獲得。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波包括：通過預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波；其中，該預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型包括：

其中，為第i個成像點x_i位置處的三維角度域成像矩陣；為三維角度域成像矩陣分解后的低秩矩陣分量；為三維角度域成像矩陣分解后的稀疏矩陣分量；x_i為第i個成像點；參數(shù)θ為出射角；參數(shù)為方位角。

結(jié)合第一方面的第四種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，上述預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型還包括：

其中，J(L,S,Y,β)為目標(biāo)函數(shù)，Y為拉格朗日乘子矩陣，T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作，λ為正則化參數(shù)，β為保真懲罰因子，||·||_*為核范數(shù)，即矩陣奇異值之和，||·||₁為l₁范數(shù)，即矩陣中各元素絕對值之和，||·||_F為Frobenius范數(shù)，F(xiàn)robenius范數(shù)為矩陣全部元素的平方和的平方根；L為三維角度域成像矩陣分解后的低秩矩陣分量；S為三維角度域成像矩陣分解后的稀疏矩陣分量；R為三維角度域成像矩陣。

結(jié)合第一方面的第五種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，上述從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波包括：設(shè)置正則化參數(shù)λ和預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)N；其中，λ>0；設(shè)置迭代次數(shù)初始值k＝1、低秩矩陣分量的初始值L⁰、稀疏矩陣分量的初始值S⁰、拉格朗日乘子初始值Y⁰、以及保真懲罰因子初始值β⁰；將k＝1、L⁰、S⁰、Y⁰和β⁰作為初始值，對三維角度域成像矩陣進行迭代處理，迭代處理包括如下步驟：通過進行奇異值分解計算，得到奇異值對角陣；其中，R為三維角度域成像矩陣；U和V的列為基向量；∑為對角陣；奇異值對角陣的對角上的元素為奇異值；通過對奇異值對角陣中的奇異值a_i進行軟門限閾值操作，得到新對角矩陣其中，x為預(yù)設(shè)的固定值；根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量L^k和稀疏矩陣分量S^k；判斷L^k和S^k是否滿足關(guān)系式且k≤N；如果是，更新k＝k+1、拉格朗日乘子Y^k＝Y(jié)^k-1+β^k-1(R-L^k-S^k)、以及保真懲罰因子β^k＝ωβ^k-1(ω>0)其中ω為比例因子；并繼續(xù)進行迭代處理；如果否，確定L^k為分離的地震繞射波。

結(jié)合第一方面的第六種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，上述根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量L^k和稀疏矩陣分量S^k包括：根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量：計算稀疏矩陣分量：其中，j表示矩陣的第j列，||.||₂表示l₂范數(shù)。

第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種地震繞射波分離裝置，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)；其中，該地下地質(zhì)信息包括地質(zhì)構(gòu)造信息和地質(zhì)巖性變化信息；波場反傳處理模塊，用于對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；矩陣生成模塊，用于根據(jù)傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，生成三維角度域成像矩陣；分離模塊，用于從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，上述波場反傳處理模塊包括：預(yù)處理單元，用于對地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)；其中，該單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)為可用于直接成像的地震炮集數(shù)據(jù)；預(yù)處理包括對地震炮集數(shù)據(jù)進行噪聲去除處理，以及對地震炮集數(shù)據(jù)與預(yù)先保存的歷史地震數(shù)據(jù)進行一一對應(yīng)；波場反傳處理單元，用于將單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的偏移速度模型輸入至三維單炮角度域成像公式中，對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；其中，該三維單炮角度域成像公式中包含三維振幅補償因子。

本發(fā)明實施例帶來了以下有益效果：

本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離方法和裝置，通過對預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，可以得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；根據(jù)該傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，可以生成三維角度域成像矩陣，并從該三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，進而將低秩矩陣分量確定為地震繞射波；上述方式通過構(gòu)建三維角度域成像矩陣，并利用分離低秩矩陣分量獲得地震繞射波，可以提高分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性，進而提高地質(zhì)結(jié)構(gòu)成像的分辨率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離方法中，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波的具體流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離裝置中，分離模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

考慮到現(xiàn)有的地震繞射波分離方式分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性較差的問題，本發(fā)明實施例提供了一種地震繞射波分離方法和裝置，該技術(shù)可以應(yīng)用于根據(jù)繞射波的特性對復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖性的分析中，還可以應(yīng)用于根據(jù)繞射波進行油氣藏勘探中；該技術(shù)可以采用相關(guān)的軟件和硬件實現(xiàn)，下面通過實施例進行描述。

實施例一：

參見圖1所示的一種地震繞射波分離方法的流程圖，該方法包括如下步驟：

步驟S102，獲取預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)；其中，該地下地質(zhì)信息包括地質(zhì)構(gòu)造信息和地質(zhì)巖性變化信息；具體地，該地下地質(zhì)信息可以為巖層結(jié)構(gòu)、斷層、巖溶洞穴和巖性突變點等信息；

步驟S104，對上述地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；

步驟S106，根據(jù)傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，生成三維角度域成像矩陣；具體地，該三維角度域成像矩陣與上述方位角和出射角相關(guān)，該三維角度域成像矩陣可以用于繞射波分離；

步驟S108，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將該低秩矩陣分量確定為地震繞射波。在實際實現(xiàn)時，三維角度域成像矩陣中可以分離出低秩矩陣分量和稀疏矩陣分量；其中，該稀疏矩陣分量可以確定為地震反射波。

本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離方法，通過對預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，可以得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；根據(jù)該傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，可以生成三維角度域成像矩陣，并從該三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，進而將低秩矩陣分量確定為地震繞射波；上述方式通過構(gòu)建三維角度域成像矩陣，并利用分離低秩矩陣分量獲得地震繞射波，可以提高分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性，進而提高地質(zhì)結(jié)構(gòu)成像的分辨率。

考慮到獲取到的地震炮集數(shù)據(jù)可處理性較差，上述對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，包括如下步驟：

(1)對地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)；其中，該單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)為可用于直接成像的地震炮集數(shù)據(jù)；上述預(yù)處理包括對地震炮集數(shù)據(jù)進行噪聲去除處理，以及對地震炮集數(shù)據(jù)與預(yù)先保存的歷史地震數(shù)據(jù)進行一一對應(yīng)；進一步地，上述預(yù)處理還可以包括觀測系統(tǒng)加載；

(2)將上述單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的偏移速度模型輸入至三維單炮角度域成像公式中，對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；其中，三維單炮角度域成像公式中包含三維振幅補償因子。

具體地，上述步驟(2)也可以通過下述方式完成：根據(jù)上述單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)和輸入的偏移速度模型，由三維單炮角度域成像公式完成該單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)波場反傳，得到對應(yīng)于地下任意成像點位置的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息。

上述方法通過將獲取到的地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提高了數(shù)據(jù)后續(xù)的可處理性。

進一步地，上述三維單炮角度域成像公式可以表示為：

其中，δ為脈沖函數(shù)，代表三維角度域成像矩陣；震源s激發(fā)的射線經(jīng)地下空間任意成像點x到達(dá)檢波點位置r；矢量k_S為震源到成像點的射線參數(shù)，矢量k_r為檢波點到成像點的射線參數(shù)；參數(shù)θ為出射角；參數(shù)為方位角；矢量k為假定反射界面的法向量；k通過下述方式計算獲得：θ_s和分別為k_s的出射角和方位角；θ_r和分別為k_r的出射角和方位角；θ_m,分別為假定反射界面的出射角和方位角；n_x為三維坐標(biāo)系x方向法向量，且n_x＝(1,0,0)；u(s,r,t)為地震數(shù)據(jù)，t為地震數(shù)據(jù)的記錄時間；t₀為射線走時；W_3D(s,x,r)為三維振幅補償因子。

上述三維振幅補償因子W_3D(s,x,r)可以具體表示為：

其中，v_s為震源位置速度，α_s為震源位置射線入射角，α_r為檢波點位置射線出射角，N₁,N₂分別為第一支射線和第二支射線的走時對震源位置和檢波點位置的混合導(dǎo)數(shù)，T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作，走時根據(jù)三維波前重建法射線追蹤計算，該計算考慮多值走時；第一支射線為震源到成像點的射線；第二支射線為檢波點到成像點的射線；Σ和Γ是與地震觀測方式有關(guān)的矩陣，在共炮點觀測情況下Σ＝0,Γ＝I；其中I為單位矩陣；i表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，κ₁,κ₂分別為第一支射線和第二支射線的焦散點數(shù)目，κ₁,κ₂根據(jù)三維射線追蹤動力學(xué)方程計算獲得。

為了準(zhǔn)確高效地分離地震繞射波，上述從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波，可以通過下述方式實現(xiàn)：通過預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將該低秩矩陣分量確定為地震繞射波；其中，該預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型包括：

其中，為第i個成像點x_i位置處的三維角度域成像矩陣；為三維角度域成像矩陣分解后的低秩矩陣分量；為三維角度域成像矩陣分解后的稀疏矩陣分量；x_i為第i個成像點；參數(shù)θ為出射角；參數(shù)為方位角。

上述三維角度域成像矩陣中每個元素的數(shù)值為振幅值，包含了反射波與繞射波信息；根據(jù)斯奈爾定理，反射波的入射線和出射線位于同一平面內(nèi)，且出射角等于入射角；反射波分布在三維角度域成像矩陣特定的方位角和出射角位置，具有稀疏性；根據(jù)惠更斯原理，繞射波以球面波形式傳播，因此分布在角度域成像矩陣的各個方位角和出射角位置，具有低秩性；其中，上述稀疏性是指矩陣中的大部分元素為零，可用于表征三維角度域成像矩陣中的反射波特征；上述低秩性是指矩陣中的元素呈重復(fù)或近似均勻分布，可用于表征三維角度域成像矩陣中的繞射波特征。

優(yōu)選地，根據(jù)增廣拉格朗日函數(shù)定義，上述預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型還可以表示為：

其中，J(L,S,Y,β)為目標(biāo)函數(shù)，Y為拉格朗日乘子矩陣，T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作，λ為正則化參數(shù)，β為保真懲罰因子，||·||_*為核范數(shù)，即矩陣奇異值之和，||·||₁為l₁范數(shù)，即矩陣中各元素絕對值之和，||·||_F為Frobenius范數(shù)，F(xiàn)robenius范數(shù)為矩陣全部元素的平方和的平方根；L為三維角度域成像矩陣分解后的低秩矩陣分量；S為三維角度域成像矩陣分解后的稀疏矩陣分量；R為三維角度域成像矩陣。

參見圖2所示的一種地震繞射波分離方法中，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波的具體流程圖；該方法可以通過上述三維繞射波分離模型執(zhí)行；該方法包括如下步驟：

步驟S202，設(shè)置正則化參數(shù)λ和預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)N；其中，λ>0；在實際實現(xiàn)時，λ的數(shù)值可以根據(jù)經(jīng)驗取值，通過該λ的取值范圍為0<λ<1；

步驟S204，設(shè)置迭代次數(shù)初始值k＝1、低秩矩陣分量的初始值L⁰、稀疏矩陣分量的初始值S⁰、拉格朗日乘子初始值Y⁰、以及保真懲罰因子初始值β⁰；

步驟S206，通過進行奇異值分解計算，得到奇異值對角陣；其中，R為三維角度域成像矩陣；U和V的列為基向量；∑為對角陣；奇異值對角陣的對角上的元素為奇異值；

步驟S208，通過對奇異值對角陣中的奇異值a_i進行軟門限閾值操作，得到新對角矩陣其中，x為預(yù)設(shè)的固定值；

步驟S210，根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量L^k和稀疏矩陣分量S^k；

步驟S212，判斷L^k和S^k是否滿足關(guān)系式且k≤N；如果是，執(zhí)行步驟S214；如果否，執(zhí)行步驟S216；

步驟S214，更新k＝k+1、拉格朗日乘子Y^k＝Y(jié)^k-1+β^k-1(R-L^k-S^k)、以及保真懲罰因子β^k＝ωβ^k-1(ω>0)，其中ω為比例因子；執(zhí)行步驟S208；

步驟S216，確定L^k為分離的地震繞射波。

上述方式通過迭代的方法，可以高效地獲得振幅完整性和波形一致性均很好的地震繞射波。

進一步地，上述根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量L^k和稀疏矩陣分量S^k包括：根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量：計算稀疏矩陣分量：其中，j表示矩陣的第j列，||.||₂表示l₂范數(shù)。

實施例二：

對應(yīng)于上述方法實施例，參見圖3所示的一種地震繞射波分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括如下部分：

數(shù)據(jù)獲取模塊302，用于獲取預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)；其中，該地下地質(zhì)信息包括地質(zhì)構(gòu)造信息和地質(zhì)巖性變化信息；

波場反傳處理模塊304，用于對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；

矩陣生成模塊306，用于根據(jù)傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，生成三維角度域成像矩陣；

分離模塊308，用于從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將低秩矩陣分量確定為地震繞射波。

本發(fā)明實施例提供的一種地震繞射波分離裝置，通過對預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)攜帶有地下地質(zhì)信息的地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，可以得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；根據(jù)該傳播射線的方位角、出射角和振幅信息，可以生成三維角度域成像矩陣，并從該三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，進而將低秩矩陣分量確定為地震繞射波；上述方式通過構(gòu)建三維角度域成像矩陣，并利用分離低秩矩陣分量獲得地震繞射波，可以提高分離出的繞射波振幅完整性和波形一致性，進而提高地質(zhì)結(jié)構(gòu)成像的分辨率。

考慮到獲取到的地震炮集數(shù)據(jù)可處理性較差，上述波場反傳處理模塊包括：(1)預(yù)處理單元，用于對地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)；其中，該單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)為可用于直接成像的地震炮集數(shù)據(jù)；上述預(yù)處理包括對地震炮集數(shù)據(jù)進行噪聲去除處理，以及對地震炮集數(shù)據(jù)與預(yù)先保存的歷史地震數(shù)據(jù)進行一一對應(yīng)；(2)波場反傳處理單元，用于將單炮預(yù)處理數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的偏移速度模型輸入至三維單炮角度域成像公式中，對地震炮集數(shù)據(jù)進行波場反傳處理，得到與預(yù)設(shè)地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的地下成像點一一對應(yīng)的傳播射線的方位角、出射角和振幅信息；其中，上述三維單炮角度域成像公式中包含三維振幅補償因子。上述方法通過將獲取到的地震炮集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提高了數(shù)據(jù)后續(xù)的可處理性。

為了準(zhǔn)確高效地分離地震繞射波，上述分離模塊還用于：通過預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型，從三維角度域成像矩陣中分離出低秩矩陣分量，將該低秩矩陣分量確定為地震繞射波；其中，該預(yù)設(shè)的三維繞射波分離模型包括：

其中，為第i個成像點x_i位置處的三維角度域成像矩陣；為三維角度域成像矩陣分解后的低秩矩陣分量；為三維角度域成像矩陣分解后的稀疏矩陣分量；x_i為第i個成像點；參數(shù)θ為出射角；參數(shù)為方位角。

參見圖4所示的一種地震繞射波分離裝置中，分離模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括如下部分：

第一設(shè)置模塊402，用于設(shè)置正則化參數(shù)λ和預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)N；其中，λ>0；

第二設(shè)置模塊404，用于設(shè)置迭代次數(shù)初始值k＝1、低秩矩陣分量的初始值L⁰、稀疏矩陣分量的初始值S⁰、拉格朗日乘子初始值Y⁰、以及保真懲罰因子初始值β⁰；

分解計算模塊406，用于通過進行奇異值分解計算，得到奇異值對角陣；其中，R為三維角度域成像矩陣；U和V的列為基向量；∑為對角陣；上述奇異值對角陣的對角上的元素為奇異值；

閾值操作模塊408，用于通過對奇異值對角陣中的奇異值a_i進行軟門限閾值操作，得到新對角矩陣其中，x為預(yù)設(shè)的固定值；

計算模塊410，用于根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量L^k和稀疏矩陣分量S^k；

判斷模塊412，用于判斷L^k和S^k是否滿足關(guān)系式且k≤N；

更新模塊414，用于如果L^k和S^k滿足關(guān)系式且k≤N，更新k＝k+1、拉格朗日乘子Y^k＝Y(jié)^k-1+β^k-1(R-L^k-S^k)、以及保真懲罰因子β^k＝ωβ^k-1(ω>0)，其中ω為比例因子；并繼續(xù)進行迭代處理；

確定模塊416，用于如果L^k和S^k不滿足關(guān)系式且k≤N，確定L^k為分離的地震繞射波。

上述方式通過迭代的方法，可以高效地獲得振幅完整性和波形一致性均很好的地震繞射波。

進一步地，上述計算模塊410包括：

第一計算單元，用于根據(jù)新對角矩陣計算低秩矩陣分量：

第二計算單元，用于計算稀疏矩陣分量：

其中，j表示矩陣的第j列，||.||₂表示l₂范數(shù)。

對比而言，現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于繞射波分離的研究中，Harlan等(1984)利用Radon變換去除反射波，并借鑒統(tǒng)計學(xué)原理分離繞射波。Bansal和Imhof(2005)通過信號處理方法，研究地震處理流程中的標(biāo)準(zhǔn)模塊，分析了不同反射波去除方法。Taner等(2006)利用平面波分解方法壓制反射波，分離繞射波。通過研究傾角域繞射波與反射波幾何形態(tài)差異，Landa和Fomel(2008)提出一種基于平面波濾波的傾角域繞射波分離方法。Khaidukov等(2004)提出聚焦-切除-反聚焦方法，實現(xiàn)疊前時間域繞射波成像，該方法對速度模型依懶性強，反射波去除難度大，在實際應(yīng)用中具有局限性。Figueiredo等(2013)利用模式識別技術(shù)研究繞射波自動成像方法。

上述常規(guī)繞射波分離方法，大多利用反射波與繞射波運動學(xué)特征，通過信號處理方法分離繞射波，且沒有針對三維炮集數(shù)據(jù)開展研究。三維炮集數(shù)據(jù)中繞射波與反射波運動學(xué)特性相似，僅依靠常規(guī)運動學(xué)波場分離方法難以有效處理，但炮集數(shù)據(jù)中繞射波由同一震源激發(fā)波形一致性強，有利于高分辨率繞射波成像。因此本發(fā)明通過研究斯奈爾定理和惠更斯原理，構(gòu)建了三維角度域成像矩陣，用于三維炮集繞射波分離，該技術(shù)利用低秩與稀疏優(yōu)化分解方法，通過捕捉地震數(shù)據(jù)動力學(xué)特征，分離繞射波，能夠保證繞射波分離完整性和波形特征的一致性，有利于高分辨率成像，在碳酸鹽巖縫洞型油氣藏勘探開發(fā)中具有重要應(yīng)用價值。

本發(fā)明實施例所提供的一種地震繞射波分離方法和裝置的計算機程序產(chǎn)品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實施例中所述的方法，具體實現(xiàn)可參見方法實施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本發(fā)明的具體實施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。