[发明专利]一种地震资料震源波场重构方法、系统、设备、介质及应用

说明书

本发明属于地震资料偏移和反演技术领域，公开了一种地震资料震源波场重构方法、系统、设备、介质及应用，包括新交错网格有限差分重构模板构建、波动方程空间偏导数离散、频散关系推导、极小化目标函数建立、基于Lagrange乘子算法的重构系数优化、地震资料震源波场重构。本发明基于新的交错网格有限差分模板，同时采用边界波场和波场线性组合重构震源波场重构震源波场，减小计算机内存需求，推导相应的频散关系、建立极小化目标函数、采用基于Lagrange乘子算法优化重构系数，可以大幅提高震源波场的重构精度，可应用于基于波动方程的地震资料偏移和反演中缓解存储压力，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于地震资料偏移和反演技术领域，尤其涉及一种地震资料震源波场重构方法、系统、设备、介质及应用及系统。

背景技术

目前：基于波动方程的地震资料偏移和反演(如逆时偏移和全波形反演)需要超大的计算量和存储量。逆时偏移和全波形反演沿着时间正向延拓震源波场，计算偏移剖面或参数梯度时，则需要沿着时间逆向访问震源波场。因此，所有网格所有时刻的波场需要存储下来。对于较大的地质模型显然是无法接受的。一种简单的解决方案就是将波场输出到磁盘上，需要时再从磁盘上读入。但磁盘输入输出本身也是相当费时的，尤其是对于高性能计算机而言，磁盘读写要比浮点型运算昂贵很多。地球物理学家先后提出随机边界条件、Checkpointing和有限边界存储策略来缓解存储压力。随机边界中震源波场可以在反向传播过程中被完全恢复出来，可大大节省内存需求。缺点是会引入一些虚假噪声，降低成像或反演剖面的质量。Checkpointing方法只存放较少几个检测点处的波场值，通过从最近检测点进行波场延拓来重构不同时刻的震源波场。但该方法以增加计算量为代价减少存储量，检测点的个数用来平衡内存需求和重算比。有效边界存储策略通过存储边界区域少部分的波场，在反向传播过程中来恢复内部区域的震源波场。该方法在一次迭代中增加的计算量不超过两次正演。到目前为止，Checkpointing和有效边界存储策略是逆时偏移和全波形反演中最常用的两种减少内存需求的方案。但现有的有效边界存储策略大多需要存储M层边界波场值(M为有限差分算子长度参数)，当地质模型较大(特别是3D情况)时内存需求仍然巨大。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的有效边界存储策略大多需要存储M层边界波场值，当地质模型较大时内存需求仍然巨大。

解决以上问题及缺陷的难度为：地震资料震源波场重构需要在精度和存储量之间进行权衡。常规方法存储多层边界波场，重构精度高但存储需求巨大，不适用于大尺度模型(特别是三维情况)；现有的单层边界存储方法存储量小，但重构精度不够，很难满足高精度地震资料成像与反演需求。研究精度高且存储小的震源波场重构方法具有挑战性。

解决以上问题及缺陷的意义为：震源波场重构被广泛应用于勘探地球物理领域地震资料逆时偏移和全波形反演中。研发能同时平衡重构精度和存储需求的震源波场重构方法意义重大，可以在不降低重构、成像和反演精度的前提下大幅减小计算机内存消耗，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种地震资料震源波场重构方法、系统、设备、介质及应用。

本发明是这样实现的，一种地震资料震源波场重构方法、系统、设备、介质及应用包括以下步骤：

(1)新交错网格有限差分重构模板构建；

采用变阶数交错网格有限差分模板来重构不同层的震源波场。

(2)波动方程空间偏导数离散；

采用新交错网格有限差分模板离散波动方程中的空间偏导数。

(3)频散关系推导；

基于平面波理论推导新差分模板下的频散关系。

(4)极小化目标函数建立；

基于相对频散误差构建L2范数极小化目标函数。