逆散射保幅偏移成像方法、装置及计算机存储介质与流程
本申请涉及地震偏移成像技术领域，尤其是涉及一种逆散射保幅偏移成像方法、装置及计算机存储介质。
背景技术：
地震偏移成像技术主要包括两类方法，一类是基于波动理论的偏移方法，另一类是基于射线理论的偏移方法。对于三维地震成像，波动方程类的偏移算法应用于实际生产仍然比较昂贵；而以射线追踪为基础的积分法偏移成像，数据管理灵活，计算高效，仍然是当前使用最广泛的偏移成像方法。
传统射线类积分法偏移一般基于反射波勘探理论，该理论是在水平层状构造模型的假设下提出的，难以适应波速的非均匀变化，如地下存在的孔、洞、缝、尖灭、破碎等小尺度的非均匀构造，振幅保真较差，尤其是地质体在横向边缘和深部的区域。
为提高油气勘探精度，近年来以散射理论为基础的地震散射波勘探技术得到快速发展。散射波是更加广义的地震波，任何由地球三维非均匀性引起的波场变化都称为散射波，基于射线理论的逆散射振幅保真偏移继承了射线类积分法偏移的全部优点，能够较好适应复杂地质体成像。
然而，在实现本申请的过程中，本申请的发明人发现：现有射线追踪技术从炮点/检波点作为射线追踪起点，往地下成像点发送射线，难以解决射线的多路径问题。如图2所示，炮点s到成像点g之间存在两条路径，检波点r到成像点g之间也存在两条路径，一共存在四条完整的射线路径。现有技术一般只取其中一条完整路径的数据进行成像(例如一般选路径最短的射线)。因此，有效射线(从炮点s出发经过成像点g到达检波点r的射线，图2中四条完整的射线都是有效射线)的缺失会使得复杂介质中成像质量降低。
技术实现要素：
本申请实施例的目的在于提供一种逆散射保幅偏移成像方法、装置及计算机存储介质，以提高地震偏移成像的成像质量。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种逆散射保幅偏移成像方法，包括：
从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法中，所述根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对，包括：
从预设的散射夹角集合中为所述目标成像点选取一个散射夹角；
从预设的偏移倾向集合中为所述散射夹角选取一个偏移倾向；
从预设的方位角集合中为所述偏移倾向选取一个方位角；
根据所述目标工区的速度场，确定从所述成像点，以所述散射夹角、所述偏移倾向和所述方位角，向所述地表发的射线对，与地表相交的交点对的位置；
判断所述交点对的位置是否位于所述目标工区内；
如果所述交点对的位置位于所述目标工区内，则判断所述目标工区的地震道中，是否存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录；
如果存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录，则识别该射线对为有效射线对。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法中，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，获得射线追踪结果，包括：
以所述成像点作为追踪起点，根据所述目标工区的背景速度场、地表地震记录及观测系统确定射线追踪结果并识别出有效射线对，所述射线追踪结果中包括所述有效射线对的射线总振幅、射线总旅行时、射线路径和射线切向量。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法中，所述根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅，包括：
根据公式
其中，
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法中，所述方位角积分eψ(x)通过公式
其中，
另一方面，本申请实施例还提供了一种逆散射保幅偏移成像装置，包括：
目标成像点确定模块，用于从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
射线追踪模块，用于根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
成像振幅确定模块，用于根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像装置中，所述射线追踪模块，包括：
散射夹角选取子模块，用于从预设的散射夹角集合中为所述目标成像点选取一个散射夹角；
偏移倾向选取子模块，用于从预设的偏移倾向集合中为所述散射夹角选取一个偏移倾向；
方位角选取子模块，用于从预设的方位角集合中为所述偏移倾向选取一个方位角；
交点位置确定子模块，用于根据所述目标工区的速度场，确定从所述成像点，以所述散射夹角、所述偏移倾向和所述方位角，向所述地表发的射线对，与地表相交的交点对的位置；
第一判断子模块，用于判断所述交点对的位置是否位于所述目标工区内；
第二判断子模块，用于当所述交点对的位置位于所述目标工区内时，判断所述目标工区的地震道中，是否存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录；
有效射线对识别子模块，用于当存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录时，识别该射线对为有效射线对。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像装置中，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，获得射线追踪结果，包括：
以所述成像点作为追踪起点，根据所述目标工区的背景速度场、地表地震记录及观测系统确定射线追踪结果并识别出有效射线对，所述射线追踪结果中包括所述有效射线对的射线总振幅、射线总旅行时、射线路径和射线切向量。
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像装置中，所述根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅，包括：
根据公式
其中，
本申请实施例的逆散射保幅偏移成像装置中，所述方位角积分eψ(x)通过公式
其中，
另一方面，本申请实施例还提供了另一种逆散射保幅偏移成像装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
另一方面，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，将射线追踪的起点置于成像点，往地表发送射线，通过识别每对有效射线对(即识别出每条射线路径)，并对每对有效射线对进行射线追踪，进而可以获得更为准确的偏移成像结果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一些实施例中逆散射保幅偏移成像方法的流程图；
图2为现有技术中射线多路径示意图；
图3为本申请一些实施例中射线追踪起点位置与初始入射方向示意图；
图4为本申请一些实施例中射线对的方位角积分示意图；
图5为本申请一些实施例中射线对的方位角离散示意图；
图6为本申请一示例性实施例中的三维速度体示意图；
图7a为图6所示三维速度体中y＝2000m处的偏移速度剖面示意图；
图7b为图6所示三维速度体中x＝2000m处的偏移速度剖面示意图；
图8a为图6所示三维速度体的炮点位置分布示意图；
图8b为图6所示三维速度体的检波点位置分布示意图；
图9a为图7a所示的偏移速度剖面采用现有技术获得的偏移成像结果；
图9b为图7a所示的偏移速度剖面采用本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法获得的偏移成像结果；
图10a为图7b所示的偏移速度剖面采用现有技术获得的偏移成像结果；
图10b为图7b所示的偏移速度剖面采用本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法获得的偏移成像结果；
图11为本申请一些实施例中逆散射保幅偏移成像装置的结构框图；
图12为图11中射线追踪模块的结构框图；
图13为本申请另一些实施例中逆散射保幅偏移成像装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参考图1所示，本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法可以包括以下步骤：
s101、从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点。
在本申请一些实施例中，目标工区的地下介质空间(即地下成像区域)为三维网格化的地下介质空间。在三维网格化的地下介质空间内，成像点被离散成各个网格节点；如此，三维网格化的地下介质空间内的多个成像点就形成了成像点集合。在本申请一示例性实施例中，可以通过顺序选取等选取方式从成像点集合中选择一个目标成像点，以便于后续针对该目标成像点进行逆散射保幅偏移成像。
s102、根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对。其中，所述有效射线对是指，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对。需要说明的是，本文中的射线对是指地震波射线对。
在本申请实施例中，所述根据目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对，可以包括以下步骤：
1)、从预设的散射夹角集合中为所述目标成像点选取一个散射夹角，例如图4所示。
2)、从预设的偏移倾向集合中为所述散射夹角选取一个偏移倾向，例如图4所示；偏移倾向与散射夹角的角平分线重合，用以指示所述有效射线对的偏移方向。
3)、从预设的方位角集合中为所述偏移倾向选取一个方位角。
在本申请一些实施例中，对于一定的散射夹角和偏移倾向，如图4所示，将圆锥的底面圆对应的角度2π均匀离散成n等分(为减小数值误差，n可以取2的整数次方)，例如图5所示，可得到n个方位角。以这n个方位角可以确定n个射线对的入射方向，若这n个射线对都是有效的，则方位角积分就是2π，若某些射线对无效，则方位角积分小于2π。其中，方位角积分表示散射角、偏移倾向固定时，散射面转过的角度(这里散射面即为射线对的两条切线所在的平面)。方位角积分的计算是求权函数b的关键，即在本申请实施例中，以目标成像点作为射线追踪起点，往上进行追踪能够更好地计算方位角积分，这对地震记录加权，计算成像点的加权振幅值非常重要。为便于精确计算权函数，可以预先定义与射线对有关的函数
4)、根据所述目标工区的速度场，确定从所述成像点，以所述散射夹角、所述偏移倾向和所述方位角，向所述地表发的射线对，与地表相交的交点对的位置。
5)、判断所述交点对的位置是否位于所述目标工区内。
6)、如果所述交点对的位置位于所述目标工区内，则判断所述目标工区的地震道中，是否存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录。
7)、如果存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录，则识别该射线对为有效射线对。
在本申请一示例性实施例中，例如图3所示，以目标成像点o作为射线追踪起点向地表发射射线对，如果射线对与目标工区的地表相交于a、b两点，并且a、b两点之一与所述目标工区的一个炮点s位置重合，而a、b两点中的另一个点与所述目标工区的一个检波点r位置重合。在此情况下，由于所述目标工区的地表地震记录中，存在由炮点s激发且由检波点r接收的地表地震记录，则认为射线对属于有效射线对。否则，认为射线对为无效射线对。
在本申请一些实施例中，进行上述射线追踪时，可通过求解式(1)和式(2)所表示的射线追踪方程组，计算走时和动力学参数q进行射线追踪，其中，动力学参数q直接决定着地震波的振幅计算，是逆散射保幅偏移权因子的重要组成部分。
上式中，px、py、pz分别为射线的慢度矢量
上式中
s103、根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
在本申请一些实施例中，所述根据射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅可以包括：
根据公式
其中，
如此，就得到了在散射夹角和偏移方向确定的情况下，所述目标成像点在一对有效射线对下的成像振幅。
而在散射夹角和偏移方向确定的情况下，方位角可以有n种，因此，在散射夹角和偏移方向确定的情况下，可能存在多对有效射线对，基于上述方式，通过循环方位角，可以算得到在散射夹角和偏移方向确定的情况下，所述目标成像点在每一对有效射线对下的成像振幅；将这些成像振幅进行叠加，就可以得到在散射夹角确定的情况下，所述目标成像点在该偏移方向下的成像振幅。
进一步地，在散射夹角确定的情况下，偏移方向也有很多个。因此，通过循环偏移方向，可以得到在散射夹角确定的情况下，所述目标成像点在每个偏移方向下的成像振幅；将这些成像振幅进行叠加，就可以得到在该散射夹角下所述目标成像点的成像振幅。
进一步地，所述目标成像点的散射夹角也有很多个。因此，通过循环散射夹角，可以得到所述目标成像点在每个散射夹角下的成像振幅；将这些成像振幅进行叠加，可以得到所述目标成像点的成像振幅。
进一步地，由于目标工区的地下成像介质内有多个成像点，通过循环目标工区的地下成像介质内的成像点，可以得到每个成像点的成像振幅，各个成像点的成像振幅就构成了所述目标工区的的地下成像介质内的逆散射保幅偏移成像结果。
在现有射线追踪技术是从炮点/检波点开始往下进行的，因射线对(炮点到成像点的射线与检波点到成像点的射线构成)的方位角是随机的，难以准确计算与权函数相关的方位角积分和利用多重路径，并且在偏移进行之前，还需要事先存储射线追踪产生的数据，从而增加了消耗内存。此外，现在现有技术中，即使对于散射夹角相同并且偏移倾向也相同的一些射线对，由于这些射线对的方位角会十分散乱，使得方位角积分很难准确计算。因此，在现在现有技术中，一般较粗糙地认为各个成像点的方位角积分都认为是常数2π，这样对于地质结构比较平缓，地表宽方位的地震采集来说是适用的，但在地质结构复杂的情况下，难以获得较为准确的保幅成像。
而在本申请的实施例中，将射线追踪的起点置于成像点，往地表发送射线，基于上述的方位角积分公式能够准确识别每对有效射线对(即识别出能够达到地表且具有与之相对应的地震记录的射线对)，并对每对有效射线对进行射线追踪，进而可以获得更为准确的偏移成像结果。并且在本申请的实施例中，一个射线对追踪完毕后直接成像，不需要保存射线追踪产生的大量数据，进而还可以降低消耗内存。
在本申请一个示例性实施例中，如图6所示，为seg/eage三维盐丘构造的部分速度结构，盐丘速度体在y＝2000m和x＝2000m处的两个目标偏移剖面分别如图7a和图7b所示。而盐丘速度体的炮点、检波点的分布情况分别如图8a和图8b所示(图8a和图8b实际上只显示了炮点、检波点的部分分布情况)。对于图7a所示的目标偏移剖面，分别采用现有技术、本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法进行偏移成像，可对应得到如图9a和图9b所示的偏移成像结果。对比图9a和图9b可以看出，相对于现有技术，本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法在纵向横向都具有更好的保幅能力。对于图7b所示的目标偏移剖面，分别采用现有技术、本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法进行偏移成像，可对应得到如图10a和图10b所示的偏移成像结果。同样，对比图10a和图10b可以看出，相对于现有技术，本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法在纵向横向都具有更好的保幅能力。由此可见，本申请实施例的逆散射保幅偏移成像方法可以适应更加复杂的地质体与超深层探测。
参考图11所示，与上述的逆散射保幅偏移成像方法对应，本申请一些实施例的逆散射保幅偏移成像装置可以包括：
目标成像点确定模块111，可以用于从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
射线追踪模块112，可以用于根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
成像振幅确定模块113，可以用于根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
结合图12所示，其中，所述射线追踪模块112可以包括：
散射夹角选取子模块1121，可以用于从预设的散射夹角集合中为所述目标成像点选取一个散射夹角；
偏移倾向选取子模块1122，可以用于从预设的偏移倾向集合中为所述散射夹角选取一个偏移倾向；
方位角选取子模块1123，可以用于从预设的方位角集合中为所述偏移倾向选取一个方位角；
交点位置确定子模块1124，可以用于根据所述目标工区的速度场，确定从所述成像点，以所述散射夹角、所述偏移倾向和所述方位角，向所述地表发的射线对，与地表相交的交点对的位置；
第一判断子模块1125，可以用于判断所述交点对的位置是否位于所述目标工区内；
第二判断子模块1126，可以用于当所述交点对的位置位于所述目标工区内时，判断所述目标工区的地震道中，是否存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录；
有效射线对识别子模块1127，可以用于当存在与所述交点对的位置对应的地表地震记录时，识别该射线对为有效射线对。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
参考图13所示，本申请另一些实施例的逆散射保幅偏移成像装置可以包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
从目标工区的三维网格化地下介质空间的成像点集合中确定一个目标成像点；
根据所述目标工区的速度场，以所述目标成像点作为射线追踪起点向地表方向进行射线追踪，并根据所述目标工区的观测系统确定所述射线追踪中的有效射线对；所述有效射线对为，与所述目标工区的地表相交，且交点处存在对应的地表地震记录的射线对；
根据所述有效射线对的射线追踪结果确定所述目标成像点的成像振幅。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
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