專利名稱：用于以縮減計(jì)算成本進(jìn)行地震成像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于對地球的地下進(jìn)行地震成像的方法和系統(tǒng)，并且具體地說，涉及用于以縮減計(jì)算成本來執(zhí)行諸如逆時(shí)偏移的地震處理的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多現(xiàn)有技術(shù)偏移和反演方法都屬于其中使向前和向后傳播的波場相關(guān)來獲取圖像的伴隨狀態(tài)問題類別。這種方法的示例包括逆時(shí)偏移和波形反演。這些方法需要將向前傳播波場按每一個時(shí)間步，與伴隨的向后傳播波場步調(diào)一致地按逆序來存取。按每一個時(shí)間步的向前和向后傳播波場兩者的同時(shí)可用性的這種需求造成針對大數(shù)據(jù)集的顯著計(jì)算挑戰(zhàn)。針對每一個時(shí)間步，按地下中的每一點(diǎn)計(jì)算源和接收器波場在計(jì)算操作和計(jì)算機(jī)存儲器兩者方面具有大的需求。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)通過根據(jù)擴(kuò)展框(expanding box)縮減波場計(jì)算來解決這種問題,其中，針對每一個時(shí)間步,僅針對包含擴(kuò)展波場的地下點(diǎn)來計(jì)算波場。在擴(kuò)展框外側(cè)的地下點(diǎn)處，已知波場為零，因而不需要計(jì)算它。這種方法可以節(jié)省逆時(shí)偏移的多達(dá)30%的計(jì)算成本。然而，即使利用針對波場傳播的擴(kuò)展框，諸如逆時(shí)偏移和波形反演的方法的計(jì)算成本也非常高。圖1例示了針對源波場傳播的擴(kuò)展框。畫面10示出了在傳播的源波場。該畫面的大部分是深灰色，指示在該區(qū)域不計(jì)算源波場，并且假定其為零。源波場僅在淺灰色區(qū)中計(jì)算，其稍微大于實(shí)際波場，由此確保計(jì)算整個波場。畫面10中的傳播波場是在畫面頂部居中的半圓形。隨著波場于稍后時(shí)間在畫面12和14中向前傳播，淺灰色區(qū)擴(kuò)展以允許在該擴(kuò)展框內(nèi)計(jì)算波場，并且其中波場保持為零的深灰色區(qū)尺寸減小。由于波場所傳播通過的地球模型的復(fù)雜性，該擴(kuò)展框按不同方向以不同速率擴(kuò)展，并且波場變復(fù)雜?？梢灶愃频卦跀U(kuò)展框內(nèi)計(jì)算向后傳播接收器波場。盡管針對源和接收器波場傳播的擴(kuò)展框可以縮減計(jì)算成本多達(dá)30%，但諸如逆時(shí)偏移的地震成像方法在計(jì)算上仍是昂貴的。存在針對處理波場和針對按更有效計(jì)算方式生成關(guān)注地下區(qū)的圖像的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)現(xiàn)，公開了一種用于生成地下區(qū)域的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。該方法包括:獲取與該地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向前傳播源波場通過該地球模型，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向后傳播接收器波場通過該地球模型，以及對該向前傳播源波場和向后傳播接收器波場應(yīng)用成像條件以生成與該地下區(qū)域有關(guān)的圖像。該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源起行進(jìn)至該地下區(qū)域中的一個圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器起行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長。該有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與最大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。在一實(shí)施例中，公開了一種用于生成地下區(qū)域的圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)源，該數(shù)據(jù)源包含與該地下區(qū)域有關(guān)的信息、和至少一個計(jì)算機(jī)處理器，該至少一個計(jì)算機(jī)處理器被配置成與該數(shù)據(jù)源通信并且執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序模塊，該計(jì)算機(jī)程序模塊包括:向前傳播模塊、向后傳播模塊、以及成像條件模塊。該系統(tǒng)還可以包括用戶接口。該向前傳播模塊和向后傳播模塊被配置成在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)傳播波場。該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源行進(jìn)至該地下區(qū)域中的一個圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長。該有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與最大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。在另一實(shí)施例中，公開了一種用于生成地下區(qū)域的圖像的制造品。該制造品可以包括:其中具體實(shí)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)可讀代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)用于估算地下儲集層中的流體分布的方法。所述方法可以包括:在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向前傳播源波場通過該地球模型，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向后傳播接收器波場通過該地球模型，以及對該向前傳播源波場和向后傳播接收器波場應(yīng)用成像條件以生成與該地下區(qū)域有關(guān)的圖像。該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源行進(jìn)至該地下區(qū)域中的一個圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長。該有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與最大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。提供上述摘要部分，以按簡化形式介紹選擇的概念，其在下面詳細(xì)描述部分中進(jìn)一步描述。該摘要不是旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主旨的關(guān)鍵特征或基本特征，也不是旨在被用于限制所要求保護(hù)的主旨的范圍。而且，要求保護(hù)的主旨不限于解決在本公開的任何部分中提到的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。


參照下列描述、未決權(quán)利要求書以及附圖，本發(fā)明的這些和其它特征將變得更明白，其中:圖1舉例說明了用于傳播源波場的擴(kuò)展框的現(xiàn)有技術(shù)；圖2是例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法的流程圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所使用的行進(jìn)時(shí)間的圖；圖4例示了利用本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)果；以及圖5示意性地例示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于執(zhí)行一方法的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以按一系統(tǒng)和要通過一計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)方法的一般背景來描述和實(shí)現(xiàn)。這種計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可以包括程序、例程、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及可以被用于執(zhí)行特定任務(wù)和處理抽象數(shù)據(jù)類型的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。本發(fā)明的軟件實(shí)現(xiàn)可以針對多種計(jì)算平臺和環(huán)境中的應(yīng)用按不同語言來編碼。應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明的范圍和基本原理不限于任何特定計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明可以利用硬件和軟件構(gòu)造中的任一個或組合來實(shí)踐，包括但不限于，具有單一和/或多計(jì)算機(jī)處理器的系統(tǒng)、手持式裝置、可編程消費(fèi)電子設(shè)備、迷你計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等。本發(fā)明還可以在其中通過經(jīng)由一個或更多個數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的服務(wù)器或其它處理裝置執(zhí)行任務(wù)的分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括存儲器存儲裝置的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)兩者中。而且，用于與計(jì)算機(jī)處理器一起使用的制造品(如⑶、預(yù)記錄盤或其它等同裝置)可以包括計(jì)算機(jī)程序存儲介質(zhì)和記錄在其上的、用于引導(dǎo)計(jì)算機(jī)處理器輔助實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐本發(fā)明的程序裝置。這種裝置和制造品也落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。下面，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。本發(fā)明可以按許多方式來實(shí)現(xiàn)，例如包括系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng))、方法(包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法)、裝置、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、圖形用戶接口、門戶網(wǎng)站或者有形地固定在計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。下面，對本發(fā)明的幾個實(shí)施例進(jìn)行討論。附圖僅例示了本發(fā)明的典型實(shí)施例，并由此不應(yīng)被視為對其范圍和寬度的限制。本發(fā)明涉及地球地下的地震成像，并且通過示例而非限制的方式，可以被用于通過逆時(shí)偏移或波形反演來縮減地震成像的計(jì)算成本。這可以通過使用限制計(jì)算源和接收器波場的時(shí)間范圍的雙擴(kuò)展框來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明使用雙擴(kuò)展框來縮減在諸如逆時(shí)偏移的地震處理期間地震波傳播的計(jì)算成本。在這點(diǎn)上，圖2的流程圖中例示了根據(jù)本發(fā)明的方法200的示例。在步驟20，獲取地震數(shù)據(jù)和地球模型。該地球模型包括有關(guān)地下屬性的信息，其需要用于向前和向后傳播源和接收器波場。其例如可以包括這些屬性中的任一種:地震速度、密度、以及/或各向異性參數(shù)。該地震數(shù)據(jù)可以直接根據(jù)地震勘測來獲取，或者可以通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接、計(jì)算機(jī)硬盤、USB裝置等發(fā)送、存儲或遞送該地震數(shù)據(jù)來獲取。另選的是，地震數(shù)據(jù)可以是通過諸如有限差分建模的地震數(shù)據(jù)建模而獲取的合成地震數(shù)據(jù)。該地球模型還可以通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接、計(jì)算機(jī)硬盤、USB裝置等發(fā)送、存儲或遞送地下屬性來獲取，或者可以通過在本發(fā)明的多個步驟之前完成的建模來獲取。在步驟22，源波場傳播經(jīng)過有限時(shí)間范圍。在步驟24，接收器波場傳播經(jīng)過相同的有限時(shí)間范圍，其可以在步驟22之前、之后或與其同時(shí)執(zhí)行。對于逆時(shí)偏移的情況來說，步驟22例如可以基于隨時(shí)間前移的針對波動方程的有限差分解以有限差分建模算法來完成。步驟24例如可以通過隨時(shí)間向后的有限差分建模來完成。參照圖3，對向前和向后傳播的有限時(shí)間范圍進(jìn)行描述。圖3示出了本發(fā)明所使用的、用于確定針對向前和向后傳播的波場的計(jì)算范圍的行進(jìn)時(shí)間。源30處于波開始向圖像點(diǎn)32傳播的地方。針對向前傳播波從源30起行進(jìn)至圖像點(diǎn)32所花費(fèi)的時(shí)間量是由線31所表示的h。接收器34是接收器波場從其向后傳播至圖像點(diǎn)32的點(diǎn)。向后傳播接收器波場從接收器34行進(jìn)至圖像點(diǎn)32所花費(fèi)的時(shí)間量是由線33所表示的t2。在接收器處記錄的最大行進(jìn)時(shí)間為T。下面，考慮圖像點(diǎn)32處的源和接收器波場。源波場的向前傳播在時(shí)間O在源30處開始并且隨時(shí)間向前前進(jìn)。接收器波場的向后傳播在時(shí)間T在接收器34處開始并且隨時(shí)間向后前進(jìn)。源波場和接收器波場在任何地方都為零，直到傳播抵達(dá)為止；這意指對于圖像點(diǎn)32，源波場為零直到時(shí)間h為止，并且接收器波場為零直到時(shí)間T-t2為止。隨著向前和向后傳播繼續(xù)，源和接收器波場在圖像點(diǎn)32處將繼續(xù)為非零，并由此必須被計(jì)算。再次參照圖2，在步驟16，向源和接收器波場應(yīng)用成像條件。對于逆時(shí)偏移的情況來說，該成像條件通常為零延遲互相關(guān)。當(dāng)在圖3中的圖像點(diǎn)32處應(yīng)用這種成像條件時(shí)(其中，源波場為零直到時(shí)間h為止，并且接收器波場為零直到時(shí)間T-t2為止)，該零延遲互相關(guān)在小于ti和大于T-t2的時(shí)間將為零。因此，為獲取針對圖像點(diǎn)32的圖像，源和接收器波場僅需要在h與T-t2之間的時(shí)間來計(jì)算。對于源和接收器波場傳播兩者來說，該計(jì)算面積最初增長，接著變小。因此，對于逆時(shí)偏移的情況來說，本發(fā)明可以節(jié)省大約60%的整體偏移成本。可以在圖4中看出利用本發(fā)明的結(jié)果。畫面40示出了單炮(single shot)的逆時(shí)偏移的結(jié)果，其中，在所有成像點(diǎn)針對所有時(shí)間來計(jì)算源和接收器波場。畫面42示出了利用本發(fā)明的結(jié)果，其中，按有限時(shí)間范圍來計(jì)算源和接收器波場。畫面42中的結(jié)果僅需要畫面40的40%的計(jì)算，而結(jié)果大致相同。圖5示意性地例示了用于執(zhí)行該方法的系統(tǒng)500。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲裝置或存儲器50。諸如地震數(shù)據(jù)和地球模型的所存儲數(shù)據(jù)可以被制成可用于處理器52，如可編程通用計(jì)算機(jī)。處理器52被配置成執(zhí)行向前傳播模塊55、向后傳播模塊56、以及成像條件模塊57。這些模塊可以分離地實(shí)現(xiàn)，或者被實(shí)現(xiàn)為一個或更多個包容性模塊的一部分。向前傳播模塊55可以是向后傳播模塊56的伴隨操作，并且該傳播操作可以在一個包容性模塊內(nèi)進(jìn)行。利用這些模塊，處理器52執(zhí)行本發(fā)明的方法。該處理器還被配置成與用戶接口 58通信。該用戶接口可以被用于顯示數(shù)據(jù)和經(jīng)處理的數(shù)據(jù)產(chǎn)物兩者，并且允許用戶在用于實(shí)現(xiàn)本方法多個方面的選項(xiàng)當(dāng)中選擇。在處理器52上計(jì)算的波場和圖像可以顯示在用戶接口 58上，存儲在數(shù)據(jù)存儲裝置或存儲器50上，或者既顯示又存儲。雖然在前述說明書中，針對本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，并且出于例示的目的對許多細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明易于改變，并且在不脫離本發(fā)明的基本原理的情況下，可以顯著改變在此描述的某些其它細(xì)節(jié)。另外，應(yīng)當(dāng)清楚，這里在任一個實(shí)施例中示出或描述的結(jié)構(gòu)性特征或方法步驟同樣可以在其它實(shí)施例中使用。
權(quán)利要求
1.一種用于生成地下區(qū)域的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括: 獲取與該地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型； 經(jīng)由計(jì)算機(jī)，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向前傳播源波場通過該地球模型 經(jīng)由計(jì)算機(jī)，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向后傳播接收器波場通過該地球模型；以及 經(jīng)由計(jì)算機(jī)，對向前傳播的源波場和向后傳播的接收器波場應(yīng)用成像條件，以生成與該地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源行進(jìn)至該地下區(qū)域中的圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn) 所花費(fèi)的時(shí)長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，權(quán)利要求1所述的有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與從最大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。
4.一種用于生成地下區(qū)域的圖像的系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)源，包含與該地下區(qū)域有關(guān)的信息；和 至少一個計(jì)算機(jī)處理器，被配置成與該數(shù)據(jù)源通信并且執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序模塊，該計(jì)算機(jī)程序模塊包括: 1、向前傳播模塊； i1、向后傳播模塊；以及 ii1、成像條件模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括用戶接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，該向前傳播模塊和向后傳播模塊被配置成在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)傳播波場。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源行進(jìn)至該地下區(qū)域中的圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，權(quán)利要求6所述的有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與從最大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。
9.一種包括其中具體實(shí)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)可讀代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的制造品，該計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)用于估算地下儲集層中的流體分布的方法，該方法包括: 在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向前傳播源波場通過地球模型； 在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向后傳播接收器波場通過該地球模型；以及 對向前傳播的源波場和向后傳播的接收器波場應(yīng)用成像條件，以生成與地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，該第一行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震源行進(jìn)至該地下區(qū)域中的圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長，而該第二行進(jìn)時(shí)間是地震能量從地震接收器行進(jìn)至該地下區(qū)域中的該圖像點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)長。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，權(quán)利要求9所述的有限時(shí)間范圍處于第一行進(jìn)時(shí)間與從最 大行進(jìn)時(shí)間減去第二行進(jìn)時(shí)間的時(shí)間之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生成地下區(qū)域的圖像的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法、系統(tǒng)、以及制造品。該方法包括獲取與該地下區(qū)域有關(guān)的地震數(shù)據(jù)和地球模型，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向前傳播源波場通過該地球模型，在根據(jù)第一行進(jìn)時(shí)間和第二行進(jìn)時(shí)間的有限時(shí)間范圍內(nèi)向后傳播接收器波場通過該地球模型，以及對該向前傳播源波場和向后傳播接收器波場應(yīng)用成像條件以生成與該地下區(qū)域有關(guān)的圖像。
文檔編號G01V1/28GK103221843SQ201280003755
公開日2013年7月24日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者單國建, 張林彬 申請人:雪佛龍美國公司