專(zhuān)利名稱(chēng)：生成與感興趣的地下區(qū)域有關(guān)的圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及利用包括地震波的偏移和反演的數(shù)據(jù)處理方法來(lái)確定感興趣的地下區(qū)域的地下特性的地下勘探。
背景技術(shù)：
許多現(xiàn)有技術(shù)的偏移(migration)和反演(inversion)方法屬于將向前和向后傳播的波場(chǎng)相關(guān)聯(lián)以獲取圖像的伴隨態(tài)問(wèn)題(adjoint state problem)的類(lèi)別。這種方法的例子包括逆時(shí)偏移(reverse-time migration)、差分表象速度分析和波形反演。這些方法要求在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上與伴隨的向后傳播的波場(chǎng)步調(diào)一致地逆序訪(fǎng)問(wèn)向前傳播的波場(chǎng)。這種在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上向前和向后傳播的波場(chǎng)這兩者的同時(shí)可用性的要求對(duì)大型數(shù)據(jù)集提出了巨大的計(jì)算上的挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)通常與需要使波場(chǎng)可用于逆序訪(fǎng)問(wèn)的向前傳播的波場(chǎng)相關(guān)聯(lián)。反過(guò)來(lái)，如果逆序訪(fǎng)問(wèn)向后傳播的波場(chǎng)以便與向前傳播的波場(chǎng)相關(guān)聯(lián)， 該問(wèn)題同樣存在。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了幾種現(xiàn)有技術(shù)方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，Dussaud等人(2008 年)對(duì)此作了總結(jié)。第一種策略與波場(chǎng)重復(fù)向前傳播到第η時(shí)間步長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)。盡管這種策略從理論和計(jì)算上來(lái)講是直截了當(dāng)?shù)?，但它?(Ν2)或N2數(shù)量級(jí)復(fù)雜度計(jì)算成本對(duì)于大型數(shù)據(jù)集來(lái)講是不可行的。第二組策略旨在通過(guò)最佳波場(chǎng)存儲(chǔ)策略和內(nèi)插使重新計(jì)算率最小化。這些策略對(duì)于許多時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)講以存儲(chǔ)波場(chǎng)為代價(jià)基本上是O(N)。第三種策略基于向后傳播已經(jīng)向前傳播的源波場(chǎng)。每種策略是在波場(chǎng)的(重新)計(jì)算與存儲(chǔ)之間折衷的不同實(shí)現(xiàn)。正如在更廣義上下文中所使用的那樣，存儲(chǔ)是訪(fǎng)問(wèn)包括RAM、本地硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)的成本。這種折衷隨硬盤(pán)和算法這兩者的考量而變。需要以更有效的計(jì)算方式處理波場(chǎng)和生成感興趣的地下區(qū)域的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。該計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包括獲取與地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型，其中地震數(shù)據(jù)和地球模型都被存儲(chǔ)在電子媒體上。該方法還包括利用至少一個(gè)處理器，后者被配置成與電子媒體通信并被安排成執(zhí)行存儲(chǔ)在處理器可訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器中的機(jī)器可執(zhí)行指令以及執(zhí)行包含如下的步驟建立利用地震數(shù)據(jù)的邊界條件和包括來(lái)自地球模型中的源位置的激發(fā)的初始條件；通過(guò)地球模型向前傳播源波場(chǎng)達(dá)到最大時(shí)間；在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上保存源波場(chǎng)和在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值(這個(gè)步驟與幾乎在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)體積的傳統(tǒng)1/0約束方法形成對(duì)比)；利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上所保存的邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)，并且同時(shí)從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播接收器波場(chǎng)或地震數(shù)據(jù)；以及將所選時(shí)間步長(zhǎng)上的成像條件應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)這兩者，其中向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)被用于生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
本發(fā)明的一個(gè)益處是實(shí)現(xiàn)了高效地和精確地重構(gòu)源波場(chǎng)，以便以局部波場(chǎng)的最小存儲(chǔ)來(lái)解決伴隨態(tài)問(wèn)題；而傳統(tǒng)I/O約束方法依賴(lài)于幾乎在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存3D波場(chǎng)。 本發(fā)明中的計(jì)算約束方法大幅消除了昂貴的存儲(chǔ)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間，即，解決伴隨態(tài)問(wèn)題的計(jì)算性能的限制因素。其結(jié)果是，使用基于計(jì)算的算法的本發(fā)明可以在所采用的硬件和輸入數(shù)據(jù)集的不同大小這兩個(gè)方面比I/O約束算法更好地?cái)U(kuò)展。本發(fā)明利用快照或檢驗(yàn)點(diǎn)和邊界條件或值這兩者來(lái)重構(gòu)源波場(chǎng)，以便利用從接收器反向外推的地震數(shù)據(jù)成像。反向傳播中的稀疏保存的檢驗(yàn)點(diǎn)和邊界值這兩者的結(jié)合使用導(dǎo)致用于RTM成像的波場(chǎng)重構(gòu)的精度提高。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括每200個(gè)時(shí)間步長(zhǎng) (通常0.8秒的間隔)稀疏地保存快照或檢驗(yàn)點(diǎn)。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括在50到400個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)之間地稀疏保存快照或檢驗(yàn)點(diǎn)和邊界條件。本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例利用用于逆時(shí)偏移、波形反演、或要求逆序訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)分量以便與其它數(shù)據(jù)分量協(xié)作的其它應(yīng)用的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括利用慢速皮層(slow-velocity cortex)或適應(yīng)傳播到原始邊界外面的源波場(chǎng)的其它性質(zhì)的特殊邊界條件來(lái)擴(kuò)展的地球模型。使用這種皮層或類(lèi)似特殊邊界條件的優(yōu)點(diǎn)是將源波場(chǎng)保留在計(jì)算網(wǎng)格中以便從其最大時(shí)間狀態(tài)完全重構(gòu)而根本不涉及盤(pán)存儲(chǔ)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用數(shù)值解算器傳播波場(chǎng)。本發(fā)明的一些實(shí)施例利用包括逆時(shí)偏移、高斯波束偏移、基爾霍夫(KirchhofT)偏移或波形反演的數(shù)值解算器。本發(fā)明的其它一些實(shí)施例利用包括基于波方程的偏移的數(shù)字解算器。本發(fā)明的某些實(shí)施例可以包括在時(shí)域、頻域、或小波域中進(jìn)行波場(chǎng)傳播。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該懂得，本發(fā)明旨在與一般包括電子配置的系統(tǒng)一起使用， 該電子配置包括至少一個(gè)處理器、存儲(chǔ)程序代碼或其它數(shù)據(jù)的至少一個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備、視頻監(jiān)視器或其它顯示設(shè)備(即，液晶顯示器)和至少一個(gè)輸入設(shè)備。該處理器最好是能夠顯示圖像和處理復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的至少一個(gè)微處理器或基于微控制器的平臺(tái)。該存儲(chǔ)器設(shè)備可以包括存儲(chǔ)在與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的特定過(guò)程期間生成或使用的事件或其它數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。該存儲(chǔ)器設(shè)備還可以包括存儲(chǔ)用于本發(fā)明的控制和處理的程序代碼的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。采納本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的一個(gè)例子是配置為生成與感興趣的地下區(qū)域有關(guān)的圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有與感興趣的地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)處理器，其被配置和安排成執(zhí)行存儲(chǔ)在處理器可訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器中的機(jī)器可執(zhí)行指令以便執(zhí)行一種方法。該方法包括建立利用地震數(shù)據(jù)的邊界條件和包括來(lái)自地球模型中的源位置的激發(fā)的初始條件，并通過(guò)地球模型向前傳播源波場(chǎng)達(dá)到最大時(shí)間。該方法還包括利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上保存源波場(chǎng)和在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值。該方法進(jìn)一步包括利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上所保存的邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)，以及同時(shí)從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播接收器波場(chǎng)或地震數(shù)據(jù)。該方法包括將所選時(shí)間步長(zhǎng)上的成像條件應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)這兩者，其中向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)被用于在顯示設(shè)備上生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。通過(guò)參照形成本說(shuō)明書(shū)的一部分、相同標(biāo)號(hào)在各個(gè)圖形中表示相應(yīng)部件的附圖考慮如下描述和所附權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的這些和其它目的、特征、和特性，以及操作方法、相關(guān)結(jié)構(gòu)元件的功能、部件的組合、和制造的經(jīng)濟(jì)性將變得明顯。但是，不言而喻，這些附圖只用于例示和描述的目的，而無(wú)意作為限制本發(fā)明的定義。正如用在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的那樣，除非上下文另有明確指明，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”、和“該”也包括復(fù)數(shù)指代物。


通過(guò)如下描述、待審權(quán)利要求以及附圖，可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，包括生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。圖2例示了對(duì)于像RTM那樣的伴隨態(tài)問(wèn)題的波場(chǎng)傳播。圖3例示了在有限媒體中波場(chǎng)在時(shí)間T的向前傳播。圖4例示了在有限媒體中波場(chǎng)在時(shí)間T的向后傳播。圖5例示了在有限媒體中波場(chǎng)在時(shí)間t < T的向后傳播。圖6例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的逆時(shí)偏移的示意圖。圖7例示了在解決伴隨態(tài)問(wèn)題時(shí)從檢驗(yàn)點(diǎn)重構(gòu)先前時(shí)間狀態(tài)的波場(chǎng)的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中P和q是波場(chǎng)的兩個(gè)相繼時(shí)間狀態(tài)。圖8例示了解決伴隨態(tài)問(wèn)題的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例。圖9A 9D例示了在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的合成模型中源波場(chǎng)的向前傳播。圖IOA IOD例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的只使用邊界值的向后傳播之后的較早波場(chǎng)的重構(gòu)。圖IlA IlD例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用邊界值和稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)(每250個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)存儲(chǔ)一個(gè))兩者的結(jié)果。圖12A 12C例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的只利用稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果。圖13A 13D例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，包括在向前模擬時(shí)使用擴(kuò)展皮層的無(wú)I/ 0波場(chǎng)重構(gòu)。圖14例示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式像逆時(shí)偏移那樣的伴隨態(tài)問(wèn)題對(duì)大型數(shù)據(jù)集造成了嚴(yán)重計(jì)算問(wèn)題，并且呈現(xiàn)出計(jì)算與存儲(chǔ)之間的經(jīng)典折衷。實(shí)現(xiàn)特定折衷的算法將使得它們的計(jì)算性能受該特定折衷限制。例如，存儲(chǔ)可能是許多算法中的限制因素，并且對(duì)于給定應(yīng)用，硬件存儲(chǔ)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)速率可能變成事實(shí)上的計(jì)算速率。其它算法可以被設(shè)計(jì)成以使得最佳地強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力的方式平衡計(jì)算與存儲(chǔ)之間的折衷。為了使性能最佳，這些算法應(yīng)該自適應(yīng)地設(shè)計(jì)成最佳地使用諸如圖形處理單元(GPU)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的給定新硬件的計(jì)算和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。圖1例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，包括生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法10。該方法包括獲取與地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型12，以及建立邊界條件和包括來(lái)自源位置的激發(fā)的初始條件14。該方法進(jìn)一步包括通過(guò)地球模型向前傳播源波場(chǎng)達(dá)到最大時(shí)間16，以及在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上保存源波場(chǎng)和在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值18。該方法還包括利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上所保存的邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)，并且同時(shí)從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播接收器波場(chǎng)或地震數(shù)據(jù)20。該方法包括將所選時(shí)間步長(zhǎng)上的成像條件應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)這兩者，其中向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)被用于生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像22。圖2例示了對(duì)于例如RTM的伴隨態(tài)問(wèn)題的波場(chǎng)傳播。使源波場(chǎng)M向前傳播，而使接收器波場(chǎng)沈在時(shí)間上向后傳播。在任何時(shí)間步長(zhǎng)觀(guān)，例如η上，向前傳播的源波場(chǎng)對(duì)和向后傳播的波場(chǎng)26需要同時(shí)可用于成像。圖3例示了在有限媒體30中波場(chǎng)在時(shí)間T的向前傳播。在圖3中，用WF132，WF234，和WF336表示的三個(gè)波前正在傳播，一旦到達(dá)媒體30 的邊界，就對(duì)波場(chǎng)加以抑制，以避免邊界反射。圖4例示了具有波前WF132，WF234，和WF336 的波場(chǎng)在時(shí)間T的向后傳播，以及類(lèi)似地，在圖5中，在時(shí)間t < T的向后傳播。在時(shí)間t， 需要訪(fǎng)問(wèn)在時(shí)間步長(zhǎng)T上已經(jīng)傳播到媒體邊界外面的波場(chǎng)。這種要求導(dǎo)致需要保存在向前傳播期間離開(kāi)計(jì)算域的波場(chǎng)，以便在向后傳播中能夠完全重構(gòu)。有三種方式來(lái)存儲(chǔ)到達(dá)計(jì)算域邊界的波場(chǎng)(a)存儲(chǔ)所選時(shí)間步長(zhǎng)上的波場(chǎng)(通常3D)，也叫做檢驗(yàn)點(diǎn)抽取(check pointing) ； (b)存儲(chǔ)邊界值；以及(c)利用用于緩沖目的的皮層利用把計(jì)算域擴(kuò)大到超過(guò)正常使用大小。存儲(chǔ)3D波場(chǎng)對(duì)應(yīng)于為隨后向后傳播保存初始條件。由于存儲(chǔ)和檢索大3D波場(chǎng)的大小和訪(fǎng)問(wèn)速率，可以在成為計(jì)算性能的限制因素之前，只在許多(數(shù)百)個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)之后保存快照(檢驗(yàn)點(diǎn))。存儲(chǔ)邊界值對(duì)應(yīng)于在向前傳播期間保存邊界條件，以便在向后傳播期間重構(gòu)域外波場(chǎng)。與存儲(chǔ)和檢索這些邊界值(6 個(gè)2D波場(chǎng))相關(guān)聯(lián)的計(jì)算成本通常不是計(jì)算瓶頸。擴(kuò)大計(jì)算域?qū)?yīng)于提供額外皮層，以便為相繼重構(gòu)保留完整波場(chǎng)而不牽涉到中間檢驗(yàn)點(diǎn)抽取。為了保證這些波場(chǎng)保持受約束，可以在皮層區(qū)域中使用低速或其它性質(zhì)來(lái)保持皮層中的波傳播。在實(shí)際應(yīng)用中，為了使性能最佳，可以混用這些策略。圖6例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的逆時(shí)偏移38的示意圖。第一步驟是源波場(chǎng)的向前傳播40，在第二步驟42中將它的更新波場(chǎng)值保存成稀疏3D檢驗(yàn)點(diǎn)和/或每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上的邊界值。一旦源波場(chǎng)完全傳播到最大時(shí)間值，就在第三步驟44中使用保存的檢驗(yàn)點(diǎn)和邊界值使源波場(chǎng)向后傳播。圖7例示了如何將檢驗(yàn)點(diǎn)η 52用作初始條件使波場(chǎng)從當(dāng)前時(shí)間向后傳播到先前的時(shí)間步長(zhǎng)，其中P和q是用在向前或向后傳播中的波場(chǎng)的兩個(gè)相繼時(shí)間狀態(tài)。例示在圖6中的下一個(gè)步驟是與源波場(chǎng)的向后傳播44同時(shí)進(jìn)行的接收器波場(chǎng)的向后傳播46，并且兩個(gè)波場(chǎng)可同時(shí)用于實(shí)現(xiàn)成像條件48。將應(yīng)用成像條件的輸出保存在累計(jì)圖像卷中50。對(duì)每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)重復(fù)步驟44到50，直到達(dá)到最小時(shí)間。圖8例示了將上述第三策略(即，利用用于緩沖或波場(chǎng)保留目的的皮層把計(jì)算域擴(kuò)大到超過(guò)正?？捎么笮?用于解決伴隨態(tài)問(wèn)題的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例M，其中不存儲(chǔ)波場(chǎng)，向前傳播的源波場(chǎng)與接收器波場(chǎng)一起同時(shí)向后傳播。這可以通過(guò)例如如本發(fā)明所述利用額外慢速皮層或其它性質(zhì)擴(kuò)展計(jì)算域來(lái)實(shí)現(xiàn)。在例示在圖8中的工作流中，使源波場(chǎng)向前傳播56，隨后使源波場(chǎng)從它在最大時(shí)間上的最終狀態(tài)開(kāi)始向后傳播58。與源波場(chǎng)的向后傳播同時(shí)，使接收器波場(chǎng)也向后傳播60。然后兩個(gè)波場(chǎng)可用于實(shí)現(xiàn)成像條件62，后者應(yīng)用于生成感興趣的地下區(qū)域的圖像64。
圖9A 9D例示了在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的合成模型中源波場(chǎng)66的向前傳播。圖 9A描繪了用在本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例中的地下地球模型68。圖9B 9D例示了源波場(chǎng)66向前傳播的不同時(shí)間上的時(shí)間快照。圖IOA IOD例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的只使用邊界值的向后傳播之后的較早波場(chǎng)70的重構(gòu)。圖IOA例示了初始波場(chǎng)70，圖IOB例示了重構(gòu)波場(chǎng)72。圖IOC是重構(gòu)波場(chǎng) 72與例示在圖9B中的向前傳播的波場(chǎng)66之間的差異(放大了 10倍)。圖IOD示出了按圖IOB中的虛線(xiàn)76所表示的位置描繪的地震道78的詳細(xì)曲線(xiàn)。圖IlA IlD例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用邊界值和稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)(每250個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)存儲(chǔ)一個(gè))兩者的結(jié)果。圖IlD通過(guò)比較重構(gòu)波場(chǎng)80 (圖IlA C)與保存的波場(chǎng) 66 (圖9B)之間的差異例示了重構(gòu)82的精度。另外，圖12A 12C例示了只利用稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)的情況。圖12A例示了通過(guò)注入邊界值84重構(gòu)的波場(chǎng)，而圖12B是只使用稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)重構(gòu)的波場(chǎng)86。圖12C例示了通過(guò)邊界值注入84和通過(guò)稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)86重構(gòu)的波場(chǎng)之間的差異。例示在圖9A 9D，IOA 10D，11A IlD禾Π 12Α 12C中的所有結(jié)果對(duì)應(yīng)于例示在圖6中的實(shí)施例的特定實(shí)現(xiàn)。例示在那些圖中的結(jié)果表明，聯(lián)合使用邊界值和稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)這兩者實(shí)現(xiàn)了較早波場(chǎng)的無(wú)誤差重構(gòu)。只有邊界值和只有檢驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)在大部分計(jì)算模型上也得出可接受的重構(gòu)。圖13Α 13D例示了在向前模擬時(shí)使用擴(kuò)展皮層的無(wú)I/O波場(chǎng)重構(gòu)。圖13Α例示了在擴(kuò)展皮層中指定慢速緩沖帶，而圖13Β 13D例示了通過(guò)使來(lái)自向前模擬的最后時(shí)間狀態(tài)向后傳播而重構(gòu)的波場(chǎng)。本發(fā)明的上述實(shí)施例相對(duì)于解決伴隨態(tài)問(wèn)題的傳統(tǒng)策略具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。邊界值和稀疏檢驗(yàn)點(diǎn)的聯(lián)合使用使得能夠精確重構(gòu)波場(chǎng)，并且以算法的總性能?chē)?yán)格計(jì)算約束的方式降低了存儲(chǔ)成本。只有邊界值和只有檢驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)甚至更加計(jì)算約束，代價(jià)是波場(chǎng)重構(gòu)的精度有所降低。只使用最后時(shí)間狀態(tài)的無(wú)I/O實(shí)現(xiàn)也以擴(kuò)展皮層區(qū)中的附加波場(chǎng)計(jì)算為代價(jià)提供了精確的重構(gòu)。當(dāng)計(jì)算速度與較慢層次存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)比率之間的折衷進(jìn)一步偏向計(jì)算速度時(shí)，計(jì)算約束算法的重要性進(jìn)一步提高。在這樣的情況下，避免由存儲(chǔ)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)速率引起的計(jì)算性能限制甚至更加重要。這樣就加強(qiáng)了對(duì)伴隨態(tài)問(wèn)題的計(jì)算約束解決方案的重要性，因?yàn)轭A(yù)計(jì)將來(lái)會(huì)出現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)相比計(jì)算速度甚至更快的硬件架構(gòu)。例如，F(xiàn)PGA對(duì)于某些應(yīng)用，能夠?qū)⒂?jì)算速度保持在比傳統(tǒng)CPU高得多的速率上。為了充分利用FPGA或GPU的這種能力，需要避免存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)受限的方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該懂得，本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)在像FPGA，GPU，單元那樣的協(xié)處理器加速架構(gòu)上，或?qū)崿F(xiàn)在通用計(jì)算機(jī)上。本發(fā)明還包括利用執(zhí)行本發(fā)明方法的指令編程的裝置、通用計(jì)算機(jī)和/或協(xié)處理器，以及編碼執(zhí)行本發(fā)明方法的指令的計(jì)算機(jī)可讀媒體。執(zhí)行本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)例子示意性地例示在圖14中。系統(tǒng)88包括存儲(chǔ)電子媒體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備或存儲(chǔ)器90?？梢允勾鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)可用于像可編程通用計(jì)算機(jī)和/或協(xié)處理器那樣的配置成與電子存儲(chǔ)媒體通信和執(zhí)行存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)媒體中的計(jì)算機(jī)程序模塊的至少一個(gè)處理器92。處理器92可以包括像顯示器94和圖形用戶(hù)界面(⑶1)96那樣的接口部件。GUI 96可以用于顯示數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理產(chǎn)物，并允許用戶(hù)選擇實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面的選項(xiàng)。數(shù)據(jù)可以經(jīng)由總線(xiàn)98直接從數(shù)據(jù)獲取設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)，或從中間存儲(chǔ)設(shè)備或處理設(shè)施 (未示出)傳送給系統(tǒng)88。 雖然在上文的說(shuō)明中，結(jié)合本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，并且為了例示的目的給出了許多細(xì)節(jié)，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)，可以很容易對(duì)本發(fā)明加以更改，并且可以相當(dāng)大地改變本文所述的某些其它細(xì)節(jié)，而不偏離本發(fā)明的基本原理。
權(quán)利要求
1.一種生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包含獲取與地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型，其中地震數(shù)據(jù)和地球模型這兩者都被存儲(chǔ)在電子媒體上；利用至少一個(gè)處理器，所述處理器被配置成與電子媒體通信并被安排成執(zhí)行存儲(chǔ)在處理器可訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器中的機(jī)器可執(zhí)行指令以便執(zhí)行包含如下的步驟建立利用地震數(shù)據(jù)的邊界條件和包括來(lái)自地球模型中的源位置的激發(fā)的初始條件；通過(guò)地球模型向前傳播源波場(chǎng)達(dá)到最大時(shí)間；在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上保存源波場(chǎng)和在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值；利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上所保存的邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)，并且同時(shí)從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播接收器波場(chǎng)或地震數(shù)據(jù)；以及將所選時(shí)間步長(zhǎng)上的成像條件應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和來(lái)自地震數(shù)據(jù)的接收器波場(chǎng)這兩者，其中向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)被用來(lái)生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法被用于逆時(shí)偏移、波形反演、或要求逆序訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)分量以便與其它數(shù)據(jù)分量協(xié)作的應(yīng)用。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用慢速皮層或適應(yīng)傳播到原始邊界外面的源波場(chǎng)的性質(zhì)的邊界條件來(lái)擴(kuò)展地球模型。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用數(shù)值解算器傳播波場(chǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述數(shù)值解算器包括逆時(shí)偏移、高斯波束偏移、基爾霍夫偏移或波形反演中的至少一種。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述數(shù)值解算器包括基于波方程的偏移。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在時(shí)域、頻域、或小波域中執(zhí)行波場(chǎng)傳播。
8.—種被配置為生成與感興趣的地下區(qū)域有關(guān)的圖像的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，具有與感興趣的地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型；至少一個(gè)處理器，被配置和安排成執(zhí)行存儲(chǔ)在處理器可訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器中的機(jī)器可執(zhí)行指令以便執(zhí)行包含如下步驟的方法建立利用地震數(shù)據(jù)的邊界條件和包括來(lái)自地球模型中的源位置的激發(fā)的初始條件；通過(guò)地球模型向前傳播源波場(chǎng)達(dá)到最大時(shí)間；利用所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上保存源波場(chǎng)和在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上保存源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值；利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上所保存的邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)，并且同時(shí)從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播接收器波場(chǎng)或地震數(shù)據(jù)；以及將所選時(shí)間步長(zhǎng)上的成像條件應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)這兩者，其中向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)被用于在顯示設(shè)備上生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述方法被用于逆時(shí)偏移、波形反演、或要求逆序訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)分量以便與其它數(shù)據(jù)分量協(xié)作的應(yīng)用。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，利用慢速皮層或適應(yīng)傳播到原始邊界外面的源波場(chǎng)的性質(zhì)的邊界條件來(lái)擴(kuò)展地球模型。
11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，利用數(shù)值解算器傳播波場(chǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)值解算器包含逆時(shí)偏移、高斯波束偏移、 基爾霍夫偏移或波形反演中的至少一種。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)值解算器包括基于波方程的偏移。
14.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，在時(shí)域、頻域、或小波域中執(zhí)行波場(chǎng)傳播。
全文摘要
本發(fā)明涉及生成感興趣的地下區(qū)域的圖像的方法和系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括建立利用地震數(shù)據(jù)的邊界條件和包括來(lái)自地球模型中的源位置的激發(fā)的初始條件。然后，源波場(chǎng)通過(guò)地球模型向前傳播達(dá)到最大時(shí)間，并且在時(shí)間上稀疏的多個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)上被保存，并且每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上的源波場(chǎng)的相應(yīng)邊界值被保存。此外，利用多個(gè)可用檢驗(yàn)點(diǎn)和每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上的保存邊界值從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型向后傳播源波場(chǎng)。從最大時(shí)間開(kāi)始通過(guò)地球模型同時(shí)向后傳播接收器波場(chǎng)。成像條件在所選時(shí)間步長(zhǎng)上被應(yīng)用于向后傳播的源波場(chǎng)和接收器波場(chǎng)兩者，并且將那些波場(chǎng)被用于生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
文檔編號(hào)G01V1/28GK102209913SQ200980144581
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者O·佩爾, R·埃伽斯, T·尼姆西, 劉偉 申請(qǐng)人:雪佛龍美國(guó)公司