[发明专利]一种提高弹性波逆时偏移计算率和空间分辨率的方法

摘要

本发明公开了一种提高弹性波逆时偏移计算率和空间分辨率的方法。考虑在震源波场正向传播过程中，计算每个网格点的能量，保存最大能量密度的时刻和相应的波场值；在检波器波场逆时传播过程中，利用成像条件在每个网格点提取最大能量的检波器波场，用保存的最大能量震源波场做归一化，获得角度依赖的反射系数成像剖面。相比于激发时间成像条件，本发明自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转，在多炮叠加时避免振幅损失；相比于归一化互相关成像条件，本发明在震源波场正向传播过程中无需存储波场快照，节省大量磁盘空间和I/O吞吐任务，提高了计算效率，产生的低频假象更弱，水平分量的成像能力更优，具有更高的空间分辨率。

主权项

一种提高弹性波逆时偏移计算率和空间分辨率的方法，其特征在于具体步骤为：(1)采用一阶速度‑应力的二维弹性波动方程模拟地震波场在波场模拟时，使用交错网格有限差分，把一阶速度‑应力的二维弹性波动方程离散成空间为高阶,采用8阶，时间为二阶精度的交错网格差分,人工边界采用PML吸收边界条件]来压制来自边界的反射波，在计算上述的能量密度时，需要在时空上进行插值；为了提高计算效率，采用线性插值；为了高效地去除逆时偏移的成像剖面中直达波和震源这部分低频的假象，采用空间高通滤波方法；(2)成像条件的修正考虑到归一化互相关成像剖面低频假象严重，同时需要硬盘存储震源的波场快照，在利用成像条件时又需要读取震源波场的波场快照，严重降低了逆时偏移的效率；激发振幅成像条件无需任何硬盘存储，从而避免大量的硬盘读写操作，大大提高了计算效率；相比于激发时间成像条件，由于该成像条件用最大能量震源波场做归一化，自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转，在多炮叠加时避免振幅损失，并且得到角度依赖的反射系数剖面；但是，该成像条件目前仅用在声波逆时偏移中，将其直接用在弹性波中还存在一定的不稳定性；为此，提出修正激发振幅成像条件，使逆时偏移更加稳定健壮；归一化互相关成像条件主要通过计算震源波场和接收波场的零延迟互相关，并进行归一化处理：I(x,z)=ΣshotΣtS(x,z,t)R(x,z,t)ΣtS(x,z,t)S(x,z,t)---(1)]]>其中，S,R分别表示震源波场与检波器波场；分别表示对炮集和时间进行叠加；激发振幅成像条件通过在震源波场的正传过程中，在每个时刻计算出网格点的能量密度，并保存下相应的最大能量密度对应的走时和波场值；在检波器波场的逆传过程中，利用保存的走时提取出相应的检波器波场的波场值，并用保存的震源波场做归一化，从而得到角度依赖的反射系数剖面，激发振幅成像条件表达形式为：I(x,z)=ΣshotR(x,z)S(x,z)---(2)]]>S,R分别表示最大能量密度对应的震源波场和提取出的检波器波场；表示对炮集进行叠加；不同于声波波场，弹性波波场可能在某些网格点上始终为0，如水平速度分量剖面上通过震源的垂直对称轴；(1)和(2)式则能被一个很小的数除，表现数值不稳定；为此,我们对其进行修正，并得到如下稳定的激发振幅成像条件：其中，表示对最大能量密度对应的震源波场值求取绝对值后再取的平均值，N为二维网格的节点总数；sign[S(x,z)]表示对S(x,z)取符号；相比于激发时间成像条件，由于该成像条件用最大能量震源波场做归一化，自动校正了水平分量在震源两侧的极性反转，且在多炮叠加时避免由于极性反转引起的振幅损失；(3)实例验证基于典型的倾斜模型和断层模型利用交错网格有限差分模拟地震波场，继而通过归一化互相关成像条件和激发振幅成像条件分别进行逆时偏移，分析两种成像条件下的模型重构图形，结果充分验证了修正的激发振幅成像条件极大地提高了逆时偏移的计算率和空间分辨率；(4)计算效率对比为了对比上述两种成像条件的计算效率，分别统计上述两个模型的计算时间和对硬盘的需求量。