具有吸收边界和随机边界的逆时迁移

摘要

与地下区域有关的图像可以至少部分地基于向后传播的源波场和接收器波场来生成。源波场可以从初始时间状态至最终时间状态在时间中从初始波场状态起向前传播通过与地下区域相关联的地球模型。向后传播的源波场可以从最终时间状态至初始时间状态在时间中向后传播源波场来确定，以重建该初始波场状态。接收器波场可以从最终时间状态起传播通过地球模型。该地球模型可以包括可以被限定为具有吸收特征、助推特征、随机扰动特征、和/或其它特征中的一个或多个特征的至少一个边界区域。这样，波场可以在所述至少一个边界区域处被阻尼、放大、随机散射、和/或以其它方式改变。这些波场可以被用于构建具有改进信噪比的地下区域图像。

说明书

技术领域

本发明涉及波场在与地下区域相关联的地球模型中的逆时迁移 （Reverse time migration），其中，该地球模型可以包括被限定为具有吸 收特征和随机扰动特征两者的至少一个边界区域。

背景技术

逆时迁移被广泛接受为一种用于在地质容积（特别是具有复杂结 构的那些）中勘探与生产的优选成像技术。不管其计算成本，逆时迁 移例如因最优化数值解算机和使用计算机集群而变得日益可承担得 起。近年来，诸如GPU和FPGA的协处理器的可用性已经提供了对 于显著改进逆时迁移效率的额外展望。然而，在常规方法中，在执行 逆时迁移的同时使用保存的源波场和/或按每一个时间步长的边界值 在完全利用由协处理器提供的计算功率的优点方面仍是一种限制因 素。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于生成与地下区域有关的图像的 计算机实现方法。所述方法可以包括以下步骤：源波场从初始时间状 态至最终时间状态在时间中从初始波场状态起向前传播通过与地下区 域相关联的地球模型。对于传播源波场来说，该地球模型可以包括被 限定为具有吸收特征和随机扰动特征两者的至少一个边界区域，以使 源波场响应于源波场撞击在所述至少一个边界区域上而被阻尼和随机 散射。所述方法可以包括：通过使源波场从最终时间状态至初始时间 状态在时间中向后传播通过该地球模型来确定向后传播的源波场，以 重建初始波场状态。对于确定向后传播的源波场来说，所述至少一个 边界区域可以被重新限定为具有助推特征和相同随机扰动特征两者， 以使该源波场在所述至少一个边界区域处被放大。所述方法可以包括： 使接收器波场从最终时间状态起传播通过该地球模型。对于传播接收 器波场来说，所述至少一个边界区域可以被重新限定为具有吸收特征， 以使接收器波场响应于该接收器波场撞击在所述至少一个边界区域上 而被阻尼。所述方法可以包括：至少部分地基于向后传播的源波场和 接收器波场来生成与该地下区域有关的图像。

本发明的另一方面涉及一种用于生成与地下区域有关的图像的 系统。该系统可以包括被配置成执行计算机程序模块的一个或多个处 理器。该计算机程序模块可以包括向前传播模块，该向前传播模块被 配置成使源波场从初始时间状态至最终时间状态，在时间中从初始波 场状态起向前传播通过与地下区域相关联的地球模型。该地球模型可 以包括被限定为具有吸收特征和随机扰动特征两者的至少一个边界区 域，以使源波场响应于源波场撞击在所述至少一个边界区域上而被阻 尼和随机散射。该计算机程序模块可以包括向后传播模块，该向后传 播模块被配置成，通过使源波场从最终时间状态至初始时间状态在时 间中向后传播通过该地球模型来确定向后传播的源波场，以重建该初 始波场状态。对于确定向后传播的源波场来说，所述至少一个边界区 域可以被重新限定为具有助推特征和相同随机扰动特征两者，以使该 源波场在所述至少一个边界区域处被放大。该计算机程序模块可以包 括接收器波场传播模块，该接收器波场传播模块被配置成使接收器波 场从最终时间状态起传播通过该地球模型。对于传播接收器波场来说， 所述至少一个边界区域可以被重新限定为具有吸收特征，以使接收器 波场响应于接收器波场撞击在所述至少一个边界区域上而被阻尼。该 计算机程序模块可以包括成像模块，该成像模块被配置成至少部分地 基于向后传播的源波场和接收器波场来生成与该地下区域有关的图 像。

本发明的又一方面涉及一种计算机可读存储介质，该计算机可读 存储介质上具体实施有指令。该指令可以由处理器执行以进行用于生 成与地下区域有关的图像的方法。所述方法可以包括：使源波场从初 始时间状态至最终时间状态在时间中从初始波场状态起向前传播通过 与地下区域相关联的地球模型。对于传播源波场来说，该地球模型可 以包括被限定为具有吸收特征和随机扰动特征两者的至少一个边界区 域，以使源波场响应于源波场撞击在所述至少一个边界区域上而被阻 尼和随机散射。所述方法可以包括：通过使源波场从最终时间状态至 初始时间状态在时间中向后传播通过该地球模型来确定向后传播的源 波场，以重建该初始波场状态。对于确定向后传播的源波场来说，所 述至少一个边界区域可以被重新限定为具有助推特征和相同随机扰动 特征两者，以使该源波场在所述至少一个边界区域处被放大。所述方 法可以包括：使接收器波场从最终时间状态起传播通过该地球模型。 对于传播接收器波场来说，所述至少一个边界区域可以被重新限定为 具有吸收特征，以使接收器波场响应于接收器波场撞击在所述至少一 个边界区域上而被阻尼。所述方法可以包括：至少部分地基于向后传 播的源波场和接收器波场来生成与该地下区域有关的图像。

当参照附图考虑下面的描述和所附权利要求书时，本发明的这些 和其它目的、特征和特性、以及结构的相关元件与部件的组合的操作 方法与功能以及制造的经济性将变得更清楚，其全部形成了本说明书 的一部分，其中，相同标号指定各个图中的对应部分。然而，应当明 白，附图仅仅是出于例示和描述的目的，而非旨在作为对本发明的限 制的限定。如在本说明书和权利要求书中使用的，单数形式“一（a）”、 “一（an）”，以及“该/所述（the）”包括多个指示物，除非上下文另 外清楚地规定。

附图说明

图1例示了根据本发明的一个或多个实施例的、被配置成生成与 地下区域有关的图像的系统。

图2例示了在其中限定了吸收边界的地球模型中向前传播期间的 示例性波场状态。

图3例示了在其中限定随机边界和吸收边界的地球模型中向前传 播期间的示例性波场状态。

图4例示了在其中未限定助推边界的地球模型中的示例性重建波 场。

图5例示了在其中限定助推边界的地球模型中的示例性重建波 场。

图6例示了根据本发明的一个或多个实施例的、用于生成与地下 区域有关的图像的方法。

具体实施方式

图1例示了根据本发明的一个或多个实施例的、被配置成生成与 地下区域有关的图像的系统100。示例性实施例提供了用于大量缩减 和/或去除存储器存取的新方式。这通过利用地球模型中的吸收、助推 和/或随机边界条件保留并且稍后在计算域中恢复源波场来实现。与常 规方法相比，这些边界条件可以被用于缩减人工反射波场中的伪像， 同时按用于成像的振幅恢复有用信号。此外，可以使用时间中的检查 点来刷新波场状态并且去除累积的数值误差。这样，本发明的实施例 可以实现改进的信噪比和改进的图像质量。在一个实施例中，系统100 包括：电子存储部102、用户接口104、一个或多个信息资源106、一 个或多个处理器108和/或其它组件。

在一个实施例中，电子存储部102包括电子地存储信息的电子存 储介质。电子存储部102的电子存储介质可以包括与系统100集成地 （即，基本上不可去除地）设置的系统存储部，和/或例如经由端口（例 如，USB端口、火线（firewire）端口等）或驱动器（例如，盘驱动器 等）可去除地连接至系统100的可去除存储部。电子存储部102可以 包括一个或多个光学可读存储介质（例如，光盘等）、磁可读存储介质 （例如，磁带、磁硬盘驱动器、软盘驱动器等）、基于电荷的存储介质 （例如、EEPROM、RAM等）、固态存储介质（例如，闪存驱动器等）， 和/或其它电子可读存储介质。电子存储部102可以存储软件算法、由 处理器108确定的信息、经由用户接口104接收的信息、从信息资源 106接收的信息、和/或使得系统100能够如在此所述地起作用的其它 信息。电子存储部102可以是系统100内的分离组件、或者电子存储 部102可以与系统100的一个或多个其它组件（例如，处理器108） 集成地设置。

用户接口104被配置成在系统100与用户之间设置用户可以通过 其向系统100提供信息和从系统100接收信息的接口。这使得统称为 “信息”的数据、结果和/或指令和任何其它可传送项能够在用户与系统 100之间传送。如在此使用的，术语“用户”可以指单一个体或者可以 协作地工作的个体组。适于包含在用户接口104中的接口装置的示例 包括下列中的一个或多个：小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮（knob）、 杠杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、声音报警器和/ 或打印机。在一个实施例中，用户接口104实际上包括多个分离接口。

应当明白，其它通信技术（硬布线或无线）也可以被本发明设想 为用户接口104。例如，本发明设想用户接口104可以与由电子存储 部102提供的可去除存储接口集成。在这个实施例中，可以将信息从 可去除存储部（例如，智能卡、闪存驱动器、可去除盘等）加载到系 统100中，使得用户能够定制系统100的实现。适于与系统100一起 使用作为用户接口104的其它示例性输入装置和技术包括但不限于， RS-232端口、RF链路、IR链路、调制解调器（电话、线缆或其它）。 简单地说，用于与系统100传送信息的任何技术被本发明设想为用户 接口104。

信息资源106包括与下列有关的一个或多个信息源：关心的地下 地质容积、生成关心的地下地质容积的地球模型的处理、关心的地下 地质容积的实际地球模型，和/或与关心的地下地质容积有关的其它信 息。通过非限制例的方式，信息资源106之一可以包括在关心的地下 容积处或附近获取的地震数据、从其导出的信息、和/或有关该获取的 信息。这种地震数据可以包括源波场和接收器波场。该地震数据可以 包括地震数据的各个迹线（trace）。地震数据的迹线包括记录在一个 检测器处的、表示从源起传播通过关心的地下容积的地震能量的数据。 根据地震数据导出的信息例如可以包括：速度模型、与用于对地震能 量传播通过关心的地下容积建模的射束相关联的射束特性、与用于对 地震能量传播通过关心的地下容积建模的射束相关联的Green函数、 和/或其它信息。与地震数据的获取有关的信息例如可以包括与以下各 项有关的数据：地震能量源的位置和/或取向、地震能量的一个或多个 检测器的位置和/或取向、能量被源生成并且被引导至关心的地下容积 的时间，和/或其它信息。关心的地下容积的地球模型可以表示该关心 的容积的、诸如空间结构和成分特性的各种特征。地球模型可以描述 具有不同成分的区域之间的接触面和/或显示不同地震能量传播速度 的区域之间的接触面。

处理器108被配置成在系统100中提供信息处理能力。这样，处 理器108可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计成处理信息的数 字电路、被设计成处理信息的模拟电路、状态机、和/或用于电子地处 理信息的其它机构中的一个或多个。尽管处理器108在图1中被示出 为单一实体，但这仅仅是出于例示性目的。在某些实现中，处理器108 可以包括多个处理单元。这些处理单元可以物理地位于同一装置或计 算平台内，或者处理器108可以表示协作操作的多个装置的处理功能。

如图1中所示，处理器108可以被配置成执行一个或多个计算机 程序模块。该一个或多个计算机程序模块可以包括向前传播模块110、 向后传播模块112、接收器波场传播模块114、成像模块116和/或其 它模块中的一个或多个。处理器108可以被配置成通过软件；硬件； 固件；软件、硬件和/或固件的某一组合；和/或用于配置处理器108 上的处理能力的其它机制来执行模块110、112、114和/或116。

应当清楚，尽管模块110、112、114和116在图1中被例示为共 同位于单一处理单元内，但在其中处理器108包括多个处理单元的实 现中，模块110、112、114和/或116中的一个或多个可以相对于其它 模块远程定位。由于不同的模块110、112、114和/或116中的任一个 都可以提供比所描述的更多或更少的功能，因而下面描述的对由不同 的模块110、112、114和/或116提供的功能的描述出于例示性目的， 而不是旨在进行限制。例如，模块110、112、114和/或116中的一个 或多个可以被消除，并且其一些或全部功能可以由模块110、112、114 和/或116中的其它模块提供。作为另一示例，处理器108可以被配置 成执行可以执行下面归因于模块110、112、114和/或116中的一个的 一些或全部功能的一个或多个附加模块。

向前传播模块110可以被配置成，使源波场在时间上从初始波场 状态起向前传播通过与地下区域相关联的地球模型。这包括从在呈现 初始波场状态时的初始时间状态至最终时间状态传播源波场。与地球 模型相关联的地下区域是有限区域。即，该地下区域可以包括：用于 三维实现的有限容积、用于二维实现的有限区、或者用于其它实现的 某其它有限区域。这样，该地球模型被边界围绕。一般而言，当地球 模型的边界仅表示为陡峭边缘时，该边界将充任用于在地球模型中传 播的波场的反射器。来自地球模型的边界的反射被视为伪像，即，它 们未准确地描绘地下区域中的实际波场行为。为了缩减在地球模型中 的传播波场的人为反射的存在，该地球模型可以包括相对于该地球模 型的其余部分具有不同条件或特征的影响波场传播特性的一个或多个 边界区域。边界区域可以包括沿该地球模型的边界的单一线，或者沿 该地球模型的边界的区。该地球模型可以包括被限定为具有吸收特征 和/或随机扰动特征的至少一个边界区域。这样，源波场可以响应于该 源波场撞击在所述至少一个边界区域上而在所述至少一个边界区域处 被阻尼和/或随机散射。

根据示例性实施例，吸收特征可以包括衰减功能。一般而言，衰 减功能包括将使波场的振幅在指定空间范围（例如，边界区域的跨度） 上减小的任何功能。地球模型的边界区域处的这种衰减功能有效地使 波场在该波场撞击该边界区域时在该边界区域处被部分或完全吸收。 边界区域处的吸收特征允许缩减或消除被该边界区域反射的波场。最 终，缩减或消除这种反射将缩减地下区域的图像中的伪像。根据一些 实施例，在向前传播源波场期间，边界区域的吸收特征可以被配置为 缩减而非消除边界反射的振幅，因为这些事件以后可以被用于重建初 始波场状态。然而，在向后传播接收器波场期间，可以应用边界区域 处的更强衰减以便消除（或尽可能多地缩减）接收器波场的边界反射。

根据各个实施例，随机扰动特征可以包括归因于边界区域的各个 区的随机速度，和/或使波场在撞击边界区域时在该边界区域处被散射 的其它特性。这样，即使存在衰减边界区域，在地球模型中幸存的反 射也将失真。这种失真的反射将无助于相干的、可识别的图像事件。

在示例性实施例中，向前传播模块110还可以被配置成在从初始 时间状态向最终时间状态传播源波场的同时保存或者以其它方式保留 一个或多个波场状态。所保留的波场状态可以由电子存储部102保存 并且可从其检索。在向前传播波场期间保存或者以其它方式保留波场 状态可允许在向后传播该波场期间缩减和/或消除数值误差，如结合向 后传播模块112进一步讨论的。

向后传播模块112可以被配置成确定向后传播的源波场。在示例 性实施例中，向后传播的源波场可以通过使源波场从最终时间状态至 初始时间状态在时间中向后传播通过该地球模型来确定，以重建该初 始波场状态。对于向后传播来说，就如结合向前传播模块110描述的 向前传播来说，地球模型的所述至少一个边界区域可以被限定为具有 助推特征（而非衰减特征）和相同随机扰动特征。这样，源波场在向 后传播期间在所述至少一个边界区域处被放大。在示例性实施例中， 该助推特征等于在向前传播期间使用的吸收特征的逆。

在一些实施例中，向后传播模块112还可以被配置成在确定向后 传播的源波场的同时，利用在向前传播期间保留的波场状态。这种保 留的波场状态可以由向后传播模块112从电子存储部102检索。所保 留的波场状态可以用于缩减向后传播的源波场中的数值误差（例如， 舍入误差）。

接收器波场传播模块114可以被配置成使接收器波场从最终时间 状态起传播通过地球模型。对于传播接收器波场来说，该地球模型的 所述至少一个边界区域可以被限定为具有吸收特征，以使接收器波场 响应于该接收器波场撞击在所述至少一个边界区域上而在所述至少一 个边界区域处被阻尼。在一些实施例中，接收器波场传播模块114可 以被配置成与通过向后传播模块112确定向后传播的源波场同时传播 接收器波场。

成像模块116可以被配置成至少部分地基于向后传播的源波场和 接收器波场来生成与该地下区域有关的图像。根据示例性实施例，成 像模块116可以被配置成将由向后传播模块112确定的向后传播的源 波场与接收器波场交叉关联以生成图像。基于向后传播的源波场和接 收器波场的其它图像生成技术也可被设想并且处于本发明的范围内。

图2和3对比在向前波场传播的各个阶段，归因于地球模型中的 边界的吸收特征、非吸收特征、随机扰动特征、和非随机扰动特征的 示例性效果。图2例如例示了在在其中限定吸收边界的地球模型200 中向前传播（在这个示例中，向前传播通常对应于向下方向）期间的 示例性波场状态。更具体地说，在图2中，地球模型200的左侧边界 202被限定为具有吸收特征，而右侧边界204没有。这样，相对于来 自右侧边界204的反射208，来自左侧边界202的反射206具有减小 的振幅。

图3例示了在其中限定了随机边界和吸收边界的地球模型300中 向前传播（在这个示例中，向前传播通常对应于向下方向）期间的示 例性波场状态。更具体地说，地球模型300的左侧边界302、下侧边 界304、和右侧边界306被限定为具有随机扰动特征。左侧边界302 还被限定为具有吸收特征。地球模型300中的反射（如来自左侧边界 302的反射308和来自右侧边界306的反射310）因随机扰动特征而随 机地失真。然而，相对于因归因于左侧边界302的吸收特征而造成的 反射310，反射308的振幅被显著削弱。与常规方法相比，与衰减组 合的这种失真可以提供改进的图像质量。

图4和5对比在向后传播期间归因于地球模型中的边界的助推特 征和非助推特征的示例性效果。更具体地说，图4例示了在其中未限 定助推边界的地球模型400中的示例性重建波场。在波场在地球模型 400中向前传播（在这个示例中，向后传播通常对应于向上方向）期 间，吸收特征仅归因于左侧边界402，然而，非助推特征在向后传播 期间归因于左侧边界402。结果，在地球模型400中可以看到所重建 波场的多个部分中的伪像404和振幅损失406。

图5例示了在其中限定助推边界的地球模型500中的示例性重建 波场。在波场在地球模型500中向前传播期间，吸收特征归因于左侧 边界502，而助推特征在向后传播（在这个示例中，向后传播通常对 应于向上方向）期间归因于左侧边界502。相对于图4中例示的重建 波场，图5的重建波场缺乏明显的伪像和振幅损失。

图6例示了根据本发明的一个或多个实施例的、用于生成与地下 区域有关的图像的方法600。下面呈现的方法600的操作旨在例示。 在一些实施例中，方法600可以利用未描述的一个或多个附加操作和/ 或不利用所讨论操作中的一个或多个来完成。另外，其中图6例示和 下面描述的方法600的操作的次序不旨在进行限制。

在一些实施例中，方法600可以在一个或多个处理装置（例如， 数字处理器、模拟处理器、被设计成处理信息的数字电路、被设计成 处理信息的模拟电路、状态机、和/或用于电子地处理信息的其它机构） 中实现。该一个或多个处理装置可以包括响应于电子地存储在电子存 储介质上的指令来执行方法600的一些或全部操作的一个或多个装 置。该一个或多个处理装置可以包括通过要具体设计用于执行方法 600的一个或多个操作的硬件、固件、和/或软件配置的一个或多个装 置。

在操作602，源波场从初始时间状态至最终时间状态，在时间中 从初始波场状态起向前传播通过与地下区域相关联的地球模型。该地 球模型可以包括被限定为具有吸收特征和随机扰动特征两者的至少一 个边界区域，以使源波场响应于该源波场撞击在所述至少一个边界区 域上而被阻尼并随机散射。在示例性实施例中，操作602可以通过向 前传播模块110来执行。

在操作604，向后传播的源波场，通过使源波场从最终时间状态 至初始时间状态在时间中向后传播通过该地球模型来确定，以重建该 初始波场状态。所述至少一个边界区域可以被重新限定为具有助推特 征和如在操作602中的相同随机扰动特征两者，以使该源波场在所述 至少一个边界区域处被放大。在一些实施例中，可以执行向后传播模 块112，以执行操作604。

在操作606，接收器波场从最终时间状态起传播通过地球模型。 所述至少一个边界区域可以被重新限定为具有吸收特征，以使接收器 波场响应于该接收器波场撞击在所述至少一个边界区域上而在所述至 少一个边界区域处被阻尼。根据一些实施例，可以执行接收器波场传 播模块114以执行操作606。

在操作608，至少部分地基于向后传播的源波场和接收器波场来 生成与该地下区域有关的图像。在某些实现中，交叉关联向后传播的 源波场和接收器波场以产生图像。根据示例性实施例，可以执行成像 模块116以执行操作608。

尽管基于当前被认为是最实用且优选的实施例，出于例示的目的 对本发明进行了详细描述，但应当明白，这种细节仅用于该目的，并 且本发明不限于所公开的实施例，而且正相反，其旨在覆盖处于所附 权利要求书的精神和范围内的修改例和等同布置。例如，应当明白， 本发明在尽可能的情况下设想可以将任何实施例的一个或多个特征与 任何其它实施例的一个或多个特征相组合。