[发明专利]针对VTI介质逆时偏移方法、设备及介质

说明书

本发明提供的针对VTI介质逆时偏移方法、设备及介质，方法为：在炮集数据中提取震源坐标，并生成震源子波；根据正演方案，通过qP波波动方程对震源子波沿时间正向延拓，在延拓过程中选择若干部分波场进行存储；通过qP波波动方程利用若干部分波场沿时间逆向延拓，得到震源波场；在炮集数据中提取地震数据，通过qP波波动方程对插值后的地震数据沿时间逆向延拓，得到检波点波场；将震源波场和检波点波场进行互相关成像，得到一炮偏移剖面，重复上述步骤，得到多炮偏移剖面；将多个炮偏移剖面进行叠加，得到最终成像剖面。本发明在大幅减小计算量的情况下，能够获得相同运动学特征的纵波分量，使成像剖面的反射同相轴准确归位，提升复杂介质的成像精度。

技术领域

本发明涉及地震勘测技术领域，尤其涉及针对VTI介质逆时偏移方法及设备领域。

背景技术

地震勘探是寻找油气资源的主要手段之一，在勘探地震学研究领域，早期由Whitmore(1983)提出的逆时偏移方法是获取地下构造形态最有效的手段之一。近年来，由于计算机科学技术的长足进步，为逆时偏移方法带来了工业化的可能，利用有限差分数值解法实现了基于声波方程各向同性介质的逆时偏移方法，油气工业界将该方法应用到实际生产中，为油气的增产上储提供有力的技术支撑。随着油气勘探开发的不断深入，可供开采传统的一些构造简单的油气藏逐渐减少，因此非常规油气资源在能源格局中的地位愈发重要，而非常规油气储层多呈现出具有垂直对称轴的横向各向同性特征，即地震波的传播速度随传播角度的变化而变化。若针对VTI介质仍采用基于各向同性介质偏移理论，将出现地震波的振幅和相位不准确等问题，导致复杂介质的成像精度难以保证。因此，针对VTI介质逆时偏移方法在油气勘探中彰显了更大的研究潜力和发展前景。

在理论上，虽然对于VTI介质基于弹性波方程的逆时偏移理论是最佳的方案，并且对于模型数据可以获得理想的成像剖面，但是在实施过程中会遇到诸多问题，如纵横波耦合的波场会为成像剖面带来串扰噪音，而弹性波波场分离增加了逆时偏移的难度；如地下介质的弹性参数矩阵在实际生产中难以获取，为弹性波波场的数值模拟带来了未知的因素；再如求解弹性波过程中，由于横波的速度小于纵波速度，考虑波场传播的稳定性因素，在数值模拟过程中只能采用较小的空间网格，这无形地增加了计算量。所以基于弹性波方程的逆时偏移理论并不适用于地震勘探的需求。

时至今日，地震勘探仍然以纵波勘探为主，因此为了将VTI介质逆时偏移方法从理论走向工业应用，高效地实现准纵(qP)波在VTI介质中精确延拓成为该方法的核心问题。通过声学近似方法提出适用于VTI介质四阶的波动方程，开启了针对该介质qP波场精确描述的新篇章。通过引入辅助变量将四阶波动方程转换为两个耦合的波动方程，随后地球科学工作者在四阶波动方程中引入不同的辅助变量得到一些列二阶耦合波动方程，这极大地简化了数值模拟复杂度，但是在各向异性参数变化剧烈的情况下，利用现有的这些波动方程对波场进行延拓将导致波场异常，而无法应用到逆时偏移方法中。

在逆时偏移过程中，若采用互相关成像条件，同时需获取每个时刻的震源波场和检波点波场。利用反延拓算子将地震记录加载到检波点直接求取检波点波场，对于获得震源波场主要有两种途径，一种是在数值模拟震源波场的过程中，将每个时刻的震源波场保存至计算机内存中，互相关成像时从计算机内存中读取，虽然这种方式简单易行，但是将占用大量的计算机内存；另外一种方式是通过保存部分震源波场信息实现震源波场重建，该种方式能够有效地减小内存的占用，并且得到了理想的重建效果。而对于大数据模型的VTI介质而言第一种方式无法满足内存占用过大的问题，即使利用第二种方式也另计算硬件掣肘。

在基于有限差分数值解法的逆时偏移计算中，波场延拓占用主要的机时。对于小数据模型的逆时偏移计算，考虑到计算计算技术的准入门槛、计算设备的成本和计算耗时等因素，图形处理器设备是一个理想的选择。而对于复杂的大数据模型的逆时偏移计算，由于中央处理器设备在架构设计上，与算数单元相比逻辑控制单元占主体部分，更注重逻辑关系的判断，所以中央处理器设备的计算能力已经严重影响数据的处理能力，计算周期甚至是难以令人接受的，利用中央处理器设备实现逆时偏移算法的计算耗时成为其投入工业应用的瓶颈。