一种地震资料叠前逆时偏移成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种地震资料叠前逆时偏移成像方法，属于石油勘探开发技术领域。
【背景技术】
[0002] 叠前逆时偏移是基于全波场波动方程，对单炮记录在时间上逆向外推，实现对地 下各点精确成像，提高偏移成果的成像精度。叠前逆时偏移在利用规则的离散网格进行波 场外推时，离散网格尺度越小，叠前逆时偏移成像精度越高，但叠前逆时偏移波场计算的计 算量和内存存储量就会越大，成像效率越低，计算量和内存存储量甚至会超出计算机的承 受量，导致叠前逆时偏移工作无法进行。反之，离散网格尺度越大，波场计算的计算量和内 存存储量越小，成像效率越高，但叠前逆时偏移成像精度就会越低，不能很好地反映地下面 貌，无法体现叠前逆时偏移的优势。叠前逆时偏移成像精度和成像效率的矛盾已成为制约 叠前逆时偏移在油田广泛运用的主要矛盾。
[0003] 随着计算机技术的发展，基于图形处理器GPU计算平台对逆时偏移成像方法进行 加速，成为提升逆时偏移成像效率的一个有效手段。然而，GPU本身存储空间较小，本地存 储最大只有6GB，当计算量和存储量过大时，仍然需要采用较大尺度网格减小叠前逆时偏移 的计算量和内存存储量，用以保证叠前逆时偏移的顺利实施。因此，在刻画裂缝、孔洞小尺 度地质体、小断层时，成像精度仍然有待提高。近年来，基于GPU计算平台对逆时偏移成像 方法进行加速的一些成果也反映了这些问题。
[0004] 专利《一种基于GPU小存储量交错网格三维地震叠前逆时偏移成像方法 (CN201010188322)》公开了一种基于GPU小存储量交错网格三维地震叠前逆时偏移成像方 法，利用基于GPU硬件的并行计算技术和交错网格差分格式、检查点存储等技术，可使回转 波和大角度反射波准确成像。该技术主要利用GPU进行小存储量实施，受GPU最高6GB的 存储限制，只能对数据量较小的模型数据进行叠前逆时偏移，难以处理海量的实际地震资 料数据。
[0005] 石油地球物理勘探杂志48卷第5期公开了一种《基于GPU并行加速的逆时偏移成 像方法》，该方法建立了一套基于GPU加速的叠前逆时偏移方法，运用震源重构方法解决了 逆时偏移算法海量数据存储及计算量大的问题，并将此方法成功运用到四川盆地某区块。 GHJ加速仅在尺度相对较大、形状相对规则的网格上提高了成像效率，但在刻画裂缝、孔洞 小尺度地质体和复杂小断层时，其叠前逆时偏移成像精度相对较低。
[0006] 综上所述，在现有条件下，针对海量三维地震数据，特别是高精度三维地震数据， 仅仅依靠GPU硬件计算平台，仍然不能提高叠前逆时偏移的成像精度，叠前逆时偏移的成 像精度和成像效率之间的矛盾依然存在。
【发明内容】
[0007] 本发明目的是为了克服上述叠前逆时偏移成像技术成像精度和成像效率相对较 低的缺陷，提出的一种基于GPU并行加速的变网格叠前逆时偏移方法。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 1、利用待评价工区三维叠前地震数据，建立其三维深度域速度场。
[0010] 2、利用待评价工区三维深度域速度场，建立三维深度域速度场不同尺度的变网格 模型。
[0011] 2. 1利用步骤1生成的三维深度域速度场表征的待评价工区的物性参数，对待评 价工区进行分区，确定不同分区的网格尺度；
[0012] 2. 2通过对步骤2. 1确定的不同分区的网格尺度的离散处理，建立三维深度域速 度场的变网格模型。
[0013] 3、设定人工震源，正演其在三维深度域速度场不同尺度的变网格模型中的传播属 性，确定人工震源波场，获取其边界波场，并保存到CPU。
[0014] 3. 1设定与三维叠前地震数据主频相匹配的人工震源，正演其在三维深度域速度 场不同尺度的变网格模型中的传播属性，确定人工震源波场；
[0015] 3. 2获取步骤3. 1中人工震源波场的边界波场，并保存到CPU。
[0016] 4、利用三维叠前地震数据，逆时外推其在三维深度域速度场不同尺度的变网格模 型中的传播属性，得到三维叠前地震数据的逆时外推波场。
[0017] 5、利用步骤3. 2保存在CPU中的人工震源波场的边界波场，在GPU上重构与步骤 4生成的三维叠前地震数据的逆时外推波场同时刻的人工震源波场。
[0018] 6、利用步骤5重构的人工震源波场和步骤4生成的三维叠前地震数据的逆时外推 波场，确定单炮逆时偏移成像结果，进而确定待评价工区的逆时偏移成像结果。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明利用三维深度域速度场表征的的物性参数，对工区 进行分区处理，确定不同区域的网格尺度，并进行变网格离散处理，利用GPU分担波场外推 的海量计算，利用逆时偏移炮域偏移不相干的特点使用CPU进行炮域粗粒度并行，有效提 高叠前逆时偏移的成像精度和成像效率。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明技术方案流程框图；
[0021] 图2为三维深度域速度场不同尺度的变网格模型；
[0022] 图3为东濮油田某洼陷浅层复杂小断块区逆时偏移成像结果；
[0023] 图4为东濮油田某洼陷中深层高陡断层的逆时偏移成像结果；
[0024] 图5为东濮油田某洼陷浅层复杂小断块区深度偏移成像结果；
[0025] 图6为东濮油田某洼陷中深层高陡断层的深度偏移成像结果。
【具体实施方式】
[0026] 以中国石油化工股份有限公司中原油田分公司东濮油田某洼陷高精度三维地震 资料成像处理为实例并结合附图，对本发明做进一步描述。由图1可知本发明实施例如下：
[0027] 1、获取东濮油田某洼陷工区高精度三维叠前地震数据，其主频30hz，频宽为 3hz-65hz，面元为5mX10m，覆盖次数为8X4。利用三维叠前地震数据建立其三维深度域速 度场，三维深度域速度场的最大速度为6100m/s，最小速度为1900m/s，深度为13000m。
[0028] 2、利用工区三维深度域速度场，建立三维深度域速度场不同尺度的变网格模型。
[0029] 2. 1利用步骤1生成的三维深度域速度场表征的工区速度、主频物性参数，对工 区进行分区。根据三维深度域速度场沿地质层位东营组、砂四组、某断裂的速度变化特征， 将工区分为东营组之上的浅层低速区、东营组和基底之间的复杂小断块区和洼陷目标区、 基底和高陡大断层之下的中深层区三个分区，各分区最小速度为：浅层低速区最小速度为 1900m/s，复杂小断块区和洼陷目标区最小速度为3000m/s，中深层区最小速度为5600m/s。 利用公式⑴确宙不同分反的网格R度分别为：6m、10m、18m。
[0030]
( 1 )
[0031] 其中，Λχ为X方向的网格离散尺度，Ay为7方向的网格离散尺度，V_为不同分 区最小速度，feq为地震子波主频。
[0032] 2. 2通过对步骤2. 1确定的三个分区的网格尺度的离散处理，建立三维深度域速 度场由浅至深的三种不同尺度的变网格模型。如图2所示：1区为东营组之上的浅层低速 区，最小速度为1900m/s，依据公式（1)，1区网格尺度为6m;11区为东营组和基底之间的复 杂小断块区和洼陷目标区，最小速度为3000m/s，依据公式（1)，II区网格尺度为10m;111 区为基底和高陡大断层之下的中深层区，最小速度为5600m/s，依据公式（1)，III区网格尺 度为18m。
[0033] 3、设定人工震源，正演其在上述三种不同尺度的变网格模型中的传播属性，确定 人工震源波场，获取其边界波场，并保存到CPU。
[0034] 3. 1设定与三维叠前地震数据主频相匹配的人工震源，人工震源子波为主频30hz 的零相位雷克子波。在上述三种不同尺度的变网格模型中建立人工震源波场与地下介质物 性参数的传播属性关系，其传播属性的关系式如公式2所示。利用公式2,正演人工震源从 〇时刻至最大时刻在三种不同尺度的变网格模型中的传播振幅、频率、相位属性，从而确定 人工震源波场。在人工震源波场正演模拟过程中，GPU细粒度并行计算人工震源波场传播 属性，同时利用逆时偏移炮域偏移不相干的特点，使用CPU进行炮域粗粒度并行，共同提高 正演效率。
[0035]
[0036] 其中，i，j，k表示三维深度域速度场不同尺度的变网格模型中的网格点坐 标，X，y