专利名称：一种地震勘探中的数据波形处理方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探领域，具体涉及地球物理勘探数据波形处理方法，特别涉及为基于图形处理器利用反馈迭代法计算三维表面多次波预测方法，该方法应用于地震勘探资料处理中的三维表面多次波预测。
背景技术：
丰富的油气资源蕴藏于海域，但在海洋勘探地震资料中常包含有丰富的、强能量的表面多次波。多次波的存在会影响地震资料的偏移成像效果，引起对地震资料解释乃至地下构造的错误认识，并进一步影响探井井位的部署以及勘探的成功率。因此，为了提高海洋地震勘探资料的信噪比，对地震资料中的多次波通常予以压制。基于波动方程的多次波压制方法通常包含两个步骤:即多次波预测和自适应相减。基于波动方程的反馈迭代法是预测表面多次波，尤其是复杂地下介质表面多次波的有力工具；该方法为数据驱动的方法，也更适合于当前复杂地下介质勘探的迫切需要。最初，Anstey and Newman(1966)利用单道的自相关压制表面多次波；Kennett(1979)提出了一维空间表面多次波的正演模拟方法和反演解决方案，但是，此算法需要对数据采集方式和地下介质的性质作许多假设才能应用于实际数据，所以实际应用效果并不好；荷兰Delft大学以Berkhout和Verschuur为首的DELPHI小组在此方面作出了卓越的贡献,先后提出了 SRME (surface-related multipleelimination)方法、CFP (common-focus-point)方法、以及逆数据域(inverse data space)方法。BerkhOUt(1982)成功地提出了数据矩阵和反馈模型的概念，初步奠定了反馈迭代法压制表面多次波的基础，并考虑了数据的采集性质。Verschuur and Berkhout (1992)正式提出了利用级数展开法压制表面多次波。Berkhout (1997)和Verschuur (1997)将级数展开法发展为迭代法压制多次波，并将其成功应用于复杂地下构造的多次波压制，其良好的叠前处理优势，受到了许多地球物理工作者的关注与研究(Dragoset and Jericevic,1998 ；ffapenaar, 1990 ；Borselen, 2005 ;Pica，2005 ;牛滨华，2002)，并被广泛应用于工业界。Kelamis and Verschuur (2000)将 SRME 方法应用于陆上地震数据。Wang (2004，2007)直接通过矩阵求逆方案预测近偏移距缺失地震数据的多次波，巧妙回避常规的近偏移距外推问题，但该方法仍包含预测和相减过程。上述的二维方法可有效应用于一条测线的表面多次波预测和压制，但由于未考虑地震波在地下介质中传播的空间效应，因此无法有效应用于三维地震勘探资料。
发明内容
针对传统的二维地震资料表面多次波预测方法的不足之处，本发明提供了一种地震勘探中的数据波形处理方法，该方法为基于图形处理器计算三维表面多次波预测方法。本发明通过以下技术方案实现:一种地震勘探中的数据波形处理方法，其具体为基于图形处理器利用反馈迭代法计算三维表面多次波预测方法，其采用以下步骤:
I)使用海上专用的电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收，采集含有自由表面多次波的三维地震数据；2)对采集到的三维地震数据，采用Radon变换的方法实现地震数据规则化，使得规则化后地震数据的炮间距与道间距相等，进而得到规则化后的时空域数据，为反馈迭代法计算准备地震数据；3)利用傅里叶变换将规则化后的时空域数据变换到频率空间域；4)循环读取各个频率分量上的 数据，在每个频率分量上形成数据矩阵: 假定在X方向放置Nx个检波器，在y方向放置Ny个检波器，则每炮数据有NxNy个检波器接收，即每一炮会产生NxNy道记录，假定在此矩形区域的NxNy个位置都放炮，每个网格点做一次震源位置，每炮记录在NxNy个检波器上接收到的信号被记录下来，结果会得到NxNyNxNy道数据，就是(NxNy)2道数据；将所有地震数据道变换到频域后，可在每个频率分量上构建数据矩阵，每个数据矩阵将包含单频分量上的全3D采集信息；在每个震源位置都做上述构建数据矩阵的重复，结果得到大小为NxNy的方阵；所形成的数据矩阵中，矩阵的每列为3D共炮点道集，每行为3D共接收点道集；5)在每个频率分量上对数据矩阵做乘法运算:在每个频率分量上，应用步骤4)形成的数据矩阵完成矩阵的自乘运算，使用矩阵乘法表述来表示X和y方向二维空间褶积；6)将预测的多次波数据进行反傅里叶变换到时空域；上述步骤5)在图形处理器中进行。其中，反馈迭代法预测多次波的过程是地震数据与地震数据本身在时空域的褶积。进一步地，针对三维地震数据模型，采用反馈迭代法预测多次波(SRME)，其预测自由表面多次波的方程可表示为:
权利要求
1.一种地震勘探中的数据波形处理方法，其具体为基于图形处理器利用反馈迭代法计算三维表面多次波预测方法，其采用以下步骤: 1)使用海上专用的电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收，采集含有自由表面多次波的三维地震数据； 2)对采集到的 三维地震数据，采用Radon变换的方法实现地震数据规则化，使得规则化后地震数据的炮间距与道间距相等，进而得到规则化后的时空域数据，为反馈迭代法计算准备地震数据； 3)利用傅里叶变换将规则化后的时空域数据变换到频率空间域； 4)循环读取各个频率分量上的数据，在每个频率分量上形成数据矩阵: 假定在X方向放置Nx个检波器，在y方向放置Ny个检波器，则每炮数据有NxNy个检波器接收，即每一炮会产生NxNy道记录，假定在此矩形区域的NxNy个位置都放炮，每个网格点做一次震源位置，每炮记录在NxNy个检波器上接收到的信号被记录下来，结果会得到NxNyNxNy道数据，就是(NxNy)2道数据；将所有地震数据道变换到频域后，可在每个频率分量上构建数据矩阵，每个数据矩阵将包含单频分量上的全3D采集信息；在每个震源位置都做上述构建数据矩阵的重复，结果得到大小为NxNy的方阵；所形成的数据矩阵中，矩阵的每列为3D共炮点道集，每行为3D共接收点道集； 5)在每个频率分量上对数据矩阵做乘法运算: 在每个频率分量上，应用步骤4)形成的数据矩阵完成矩阵的自乘运算，使用矩阵乘法表述来表示X和y方向二维空间褶积； 6)将预测的多次波数据进行反傅里叶变换到时空域； 上述步骤5)在图形处理器中进行。
2.根据权利要求1所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其中反馈迭代法预测多次波的过程是地震数据与地震数据本身在时空域的褶积。
3.根据权利要求2所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其中，针对三维地震数据模型，采用反馈迭代法预测多次波(SRME)，其预测自由表面多次波的方程可表示为:
4.根据权利要求1所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用Radon变换的方法实现地震数据规则化具体步骤为: 对任一 CMP道集，Radon变换的最小二乘正变换公式为(LhStSL+λ I)M = LhStSD 式中S为对角阵，I单位阵，M和D分别是模型空间和数据空间的向量，该式实现了地震数据从数据空间到模型空间的变换； 上式中，左端矩阵(LhStSL+AI)元素可表示为
5.根据权利要求1所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中在每个频率分量上形成数据矩阵具有如图9所示的表达形式，其中Nx和Ny分别是三维数据体的主测线和联络测线数； 假定在此矩形区域的NxNy个位置都放炮，每个网格点做一次震源位置，每炮记录在NxNy个检波器上接收到的信号被记录下来，结果会得到(NxNy)2道数据。所有地震数据道变换到频域后，可在每个频率分量上构建数据矩阵，每个数据矩阵将包含单频分量上的全3D采集信息，在每个震源位置都做这样的重复，结果得到大小为NxNy的方阵。用这样的矩阵表示，矩阵的每列为3D共炮点道集，每行为3D共接收点道集。
6.根据权利要求1所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其特征在于所述步骤(5)中在每个频率分量上对数据矩阵做乘法，利用统一计算设备架构平台CUDA的函数matrix_mu I实现。
7.根据权利要求6所述的地震勘探中的数据波形处理方法，其特征在于，应用CUDA编程语言实现GPU通用计算，其具体的步骤和方法是，在首个低频频率分量上，将数据矩阵由CPU传送到GPU上，在GPU上完成数据矩阵的乘法运算，再将数据矩阵的乘积结果传送回CPU上，完成此频率分量的多次波预测，对其他的频率分量，依次执行此操作，可将所有频率分量上的矩阵乘法执行完毕，从而完成表面多次波预测。
全文摘要
本发明公开了一种地震勘探中的数据波形处理方法，其具体是基于波动方程的三维自由表面多次波预测方法，应用于地震勘探资料处理中的三维表面多次波预测，该方法利用GPU(图形处理器)加速全三维表面多次波预测算法，即通过GPU和CPU协同并行计算，将计算密集的运算转移到GPU上进行计算，可获得较高的计算效率；可处理来自复杂地下介质的地震资料。该方法考虑了一次反射点与炮点和接收点不在同一条线上的空间效应、优于常规的二维算法，无需对地下介质进行简单近似，因而基于波动方程的全三维的表面多次波预测算法更符合地下介质的真实情况，可使得地震资料多次波的振幅和相位得到较为准确的预测。
文档编号G01V1/28GK103105623SQ20121053659
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者石颖, 王维红, 宋延杰, 孙丽艳, 李占东, 王海学 申请人:石颖