專利名稱：用于地球物理成像的在拉普拉斯域中使用波形反演來進行速度分析的方法
技術領域：
本發明涉及用于地球物理成像的在拉普拉斯域中使用波形反演來進行 速度分析的方法。
背景技術：
地震成像被用于各種用途，例如，用于搜尋地下石油和氣藏。在地震成 像中，根據所收集的地震測量數據來構建地下物理圖像或相關的地下信息模 型(例如，速度模型)。 一種類型的所收集的地震測量數據是在時域中的疊 前反射數據。 一般來說，為了收集疊前反射數據，使用多個專用震源將聲波 或彈性波發送到地底。震源通常散布在上表面以覆蓋某些感興趣的區域。然 后，使用覆蓋感興趣的區域的多個專用接收器來在上表面收集來自地下的反 射地震波。之后，通過以某些形式處理疊前反射數據來構建地下圖像或相關 速度模型。
近來，隨著計算硬件的快速發展，疊前反射數據的數學波形反演已經作 為用于根據初始假想模型生成地下信息的一種處理形式再次出現。疊前反射 數據的波形反演已經嘗試用在時域和頻域中，沒有得到哪種方式最好的結 論。兩種方式已經以一定的成功度被應用到由已知理論基準模型生成的合成 數據。然而，用于實數的所收集的疊前反射數據的波形反演的成功實施一直 不清楚。用于成功實施的一個障礙是缺少實數中的低頻成分，這使得很難得 出長波長速度模型。阻止實數的成功波形反演的另一個原因是地下圖像或速 度模型的非唯一解決方案的可能性
發明內容
在一個實施方式中，提供了一種拉普拉斯變換系統，包括處理器、被測 量的時域波場、速度模型以及拉普拉斯衰減常數，其中，處理器被編程以計 算時域衰減波場的傅里葉變換的基本為零的頻率成分，其中時域衰減波場通 過拉普拉斯衰減常數被衰減以獲得用于深層地下區域的長波長速度信息。
在另一個實施方式中，提供了一種拉普拉斯域反演系統。該系統包括處 理器、在拉普拉斯域中的衰減后的記錄波場、波動方程、目標函數以及速度 模型，其中處理器被編程以在拉普拉斯域中對波動方程進行求解、最小化目 標函數、以及計算對應于衰減后的記錄波場的速度模型從而分析地下區域。
在又一個實施方式中，提供了一種用于分析地下區域的方法，包括接 收時域中的所收集的疊前反射數據；將時域疊前反射數據轉換到拉普拉斯域 反射數據；初始化表示地下結構的原始速度模型；計算對數目標函數、積分 目標函數以及冪目標函數中的一者；檢驗目標函數是否滿足收斂性判別標 準；如果不滿足收斂性判別標準，則更新速度模型；以及如果滿足收斂性判 別標準，則根據速度模型生成地下圖像以分析地下區域。
這些以及其它特征將從下面結合附圖和權利要求的詳細描述中更清楚 地理解。
為了本公開的更徹底的理解，對下面的結合附圖和詳細描述的簡要描述 作了參考，其中相同的參考數字表示相同的部件。
圖1示出了拉普拉斯域波形反演方法的一個實施方式； 圖2中的a示出了未衰減的時域波場的一個實施方式； 圖2中的b示出了衰減后的時域波場的一個實施方式； 圖2中的c示出了衰減后的時域波場的另一個實施方式； 圖3示出了目標函數的一個實施方式；圖4示出了適用于實施本公開的幾個實施方式的示例性通用計算機系
統；
圖5示出了根據本發明的一個實施方式的基于拉普拉斯域波形反演的地 下結構成像裝置的全部配置；以及 圖6示出了圖5的數據處理單元。
具體實施例方式
一開始應當理解，雖然下面提供了一個或多個實施方式的示例性實施， 但所公開的系統和/或方法可以使用任意數量的技術來被實施，無論該技術是 當前公知的還是己經存在的。本公開不應當以任何方式局限于下面所示出的 示例性的實施、附圖和技術，包括這里示出和描述的示例性的設計和實施， 而是可以在所附權利要求的范圍及其等價物的全部范圍內被修改。
這里所公開的是用于根據疊前反射數據構建地下速度模型的拉普拉斯 域中的波形反演方法。拉普拉斯域中的波場可以等價于時域中的衰減波場的 零頻率成分或接近零的頻率成分。因此，拉普拉斯域中的波場反演可以與時 域中的未衰減的波場的零頻率成分或接近零的頻率成分共享波形反演的相 似屬性。用于時域中的未衰減的波場的零頻率成分或接近零的頻率成分的波 形反演可以等價于轉換泊松方程。因此，諸如轉換泊松方程的情況，在拉普 拉斯域中的波形反演可以是魯棒的并可以得出長波長速度模型。與頻域中的 波形反演相比，拉普拉斯域反演方法可以得到更平滑的對數目標函數、積分 目標函數或冪目標函數，其中該方法收斂于正確的解，即使初始速度模型與 真實模型相差很遠。另外，拉普拉斯域中的波形反演可以通過調整衰減常數 而被優化，從而推導出速度模型的深或淺的部分。減小波場的衰減常數可以 適用于得出用于深層區域的長波長速度模型，以及增大衰減常數可以更好地 用于得出來自淺層區域的速度模型。的一個實施方式。拉普拉斯域 波形反演方法100可以接收表示真實地底結構的時域中的所收集的疊前反射 數據。拉普拉斯域波形反演方法IOO可以將時域疊前反射數據轉換為拉普拉
斯域反射數據。拉普拉斯域波形反演方法ioo可以初始化基于預定因數表示
地下結構的原始速度模型。然后，方法100可以使用拉普拉斯轉換后的所收
集的數據和原始速度模型來計算對數目標函數、積分目標函數或冪目標函 數，所述目標函數是所收集的數據與對應于原始速度模型的模型化數據之間
的相似程度的度量。之后，方法100可以檢驗對數目標函數、積分目標函數
或冪目標函數是否滿足收斂性判別標準。如果對數目標函數、積分目標函數 或冪目標函數不滿足收斂性判別標準，則之前的速度模型可以被更新，然后 與拉普拉斯變換后的數據一起使用來計算新的對數目標函數、積分目標函數
或冪目標函數。方法ioo可以再次檢查新的對數目標函數、積分目標函數或
冪目標函數是否滿足收斂性判別標準。如果不滿足收斂性判別標準，貝便新 速度模型和計算新的對數目標函數、積分目標函數或冪目標函數的過程可以 被重復。 一旦對數目標函數、積分目標函數或冪目標函數滿足收斂性判別標 準，則迭代終止，最后更新的速度模型可以準確地表示真實的地下速度模型。
方法100可以使用最終速度模型來生成地下圖像，然后該方法結束。在一些
實施方式中，除了計算速度模型之外，還可以計算震源子波。拉普拉斯域波
形反演方法100的每一步在下面被詳細討論。
拉普拉斯域波形反演方法100通過從地震測量中收集時域中的疊前反射 數據而開始于塊102。可以通過將地震源和接收器散布在所選擇的感興趣的
測量區域來收集疊前反射數據。當地震源傳輸聲能或彈性能的被控時間脈沖 時，疊前反射數據可以被獲得，所述聲能或彈性能穿過諸如水或巖石層的介 質并且之后被反射、折射、衍射或散射到接收器。拉普拉斯域波形反演方法
100之后進行到塊104。在塊104，拉普拉斯域波形反演方法100可以將在時域中收集的被反射 的波場轉換為拉普拉斯域中的反射數據。時域波場u(t)的拉普拉斯變換被定 義為
"w=]v"e—等式(i)
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，s是實數的拉普拉斯衰減常數，t是時間常數。等式(1)中的積 "We—"可以表示在給定拉普拉斯衰減常數s下的衰減的時域波場。
此外，拉普拉斯變換后的波場u (s)可以通過引入復數頻率來表示時域 衰減后的波場的傅里葉變換的零或接近零的頻率成分
<formula>formula see original document page 11</formula> 等式(2)
其中，co是復數頻率，C/(^)-"(f)f是時域衰減后的波場。 圖2中的a示出了未衰減的時域波場200的一個實施方式。表示疊前反 射數據的時域波場200可以包括對應于來自地下的多個層的反射的多個尖峰 (和下降(dip))。使用衰減常數來衰減時域波場200可以減少波場中的可見 峰(和下降)的數量，其中對應于較遲的時間實例的峰(和下降)可以比對 應于較早的時間實例的峰(和下降)更劇烈地被衰減。因此，波場的尾部或 可替換地后面的峰(和下降)可以被顯著地削弱或甚至全部被消除。后面的 峰(和下降)的削弱程度及其保持可見的時間長度可以取決于衰減常數的大 小。圖2中的b示出了通過使用相對較小的衰減常數(s=0.25)來衰減圖2 中的a的最初未被衰減的波場200而獲得的衰減后的波場202的一個實施方 式。對于這樣的弱衰減的波場202，在較早的時間實例，許多峰(和下降) 可以保持可見。圖2中的c示出了通過使用大得多的衰減常數(s=10)來衰 減波場200而獲得的另一個衰減波場204。在這種情況下，衰減常數足夠大 以使得衰減后的波場204可以看起來像三角波列，其中，其峰的幅度位于時間的第一抵達(arrival)實例，估計大約為1秒。在波場的第一抵達事件前 面的信號噪聲可以在將時域反射后的波場轉換到拉普拉斯域中的反射數據 之前被減弱。在將時域反射后的波場轉換到拉普拉斯域中的反射數據之后， 方法100進行到塊106。
在塊106，拉普拉斯域波形反演方法100可以初始化被估計的速度模型， 該被估計的速度模型假定至少在一般性質上類似于真實的所收集的波場數 據的速度模型(如果在形狀上不類似)。可以使用二維或三維波速度模型并 通過對地下結構做一些假設來估計初始速度模型。方法100之后進行到塊 108。
在塊108，拉普拉斯域波形反演方法100可以計算對應于初始的被估計 的速度模型的拉普拉斯波場。可以使用波動方程來計算時域中的波場 M^ +《w = / 等式(3)
其中，M是質量矩陣，K是勁度矩陣，u是時域中的波場，U是u的二 階時間導數，f是震源矢量。然而，為了計算拉普拉斯域中的波場，具有合 適的邊界條件的等式(3)的拉普拉斯變換和傅里葉變換的混合可以替換為
見=_7 等式(4)
其中，S = —M^ +《，7 = )"(/)^"^，7 = 1/(%_,"①是復數頻率，
0 0
其可以表達為
W=0)*small-is等式(5)
其中，(》*孤3 可以小于1/Tmax，其中Tmax是所觀測到的記錄時間長度
的最大值，s是正的衰減常數，i等于V^。拉普拉斯域波場7可以是實數值 的拉普拉斯域波場或復數值的拉普拉斯域波場。實數值的拉普拉斯域波場可
以通過選擇等于零的0)、maU來被計算。復數值的拉普拉斯域波場可以通過選 擇等于常數值的(D、n^并適當地選擇S來被計算。在一個實施方式中，拉普拉斯域波場S可以通過包括以下方法來求解，包括第一步，將矩陣S作為因數，第二步，使用簡單地向前或向后替代來獲得拉普拉斯域中的S。拉普拉斯域波場7還可以通過本領域普通技術人員已知的其它方法來進行求解。如果拉普拉斯衰減常數S被設置為零，則拉普拉斯域波動方程(4)可以被認為是泊松方程，泊松方程已知用于提供平滑的反演結果。 一旦計算出拉普拉斯域波場，則方法100進行到塊110。
在塊IIO，方法100可以計算對數目標函數、積分目標函數或冪目標函數。拉普拉斯域中的波動方程的解可以等價于對于給定拉普拉斯衰減常數的衰減后的波場的積分。拉普拉斯域中的波場可以非常小以使得使用對數、積分或冪波場的波形反演可以最有效。因此，目標函數可以被認為基于拉普拉
斯域中的被估計的波場^r與拉普拉斯域中的真實波場J的指數比五對『Zi;zH^柳-ln(^(棒2;sZ ln(^^) > ，
五指『ZZZ4 f & 47- j々 傘
i-i聲i l -
—^)1， 等式(6)
其中Nfr叫是被考慮的拉普拉斯衰減常數的數量，Nsrc和Nrcv分別是用于收集波場數據的地震接收器和地震源的數量，p可以從0變化到1，并可以由^和P2限定，其中PpPp在等式(6)中表達的對數目標函數、積分目標函數或冪目標函數可以表示能夠從所有震源和接收器收集的拉普拉斯被估計的波場與拉普拉斯真實波場的對數、積分或冪值之間的差的總和的平方(或復數波場的絕對值的平方)。
在塊112，拉普拉斯域波形反演方法100可以檢査對數目標函數、積分目標函數或冪目標函數從而檢驗是否滿足目標函數值的收斂性判別標準。在
一個實施方式中，如果發現對數、積分或冪值等于o或在認為可以忽略的特
定最小值之下，則收斂性判別標準可以被滿足。在另一個實施方式中，如果
在方法100的最后迭代時對數、積分或冪目標函數的值等于可忽略的值或在
可忽略的值范圍內，收斂性判別標準可以被滿足，所述值對于先前迭代中獲得的對數、積分或冪目標函數可忽略。如果不滿足收斂性判別標準，則方法
100進行到塊114，否則方法100進行到塊116。
在塊114，方法100可以通過將調整值添加到先前迭代的之前被估計的速度模型來更新被估計的速度模型。在一個實施方式中，調整值可以通過最速下降法或牛頓高斯法來獲得。最速下降法可以通過試圖最小化對數、積分或冪目標函數來得出速度模型的調整值。最小化對數、積分或冪目標函數可以通過對使得對數、積分或冪目標函數的導數值等于O的速度模型值進行求解來完成。調整值還可以通過本領域普通技術人員已知的其它優化方法來獲得。在更新了被估計的速度模型值之后，方法100進行到塊108，其中，新的拉普拉斯域波場可以被計算并之后被用于再次計算對數、積分或冪目標函數。再次計算出的目標函數可以再次相對于收斂性判別標準來被檢查以確定方法IOO是否可以退出循環。
在方法100的塊116，可以使用滿足目標函數的收斂性判別標準的最終更新的速度模型來生成地下圖像。當對數、積分或冪目標函數收斂到最小時，最終更新的速度模型可以等同或基本接近對應于真實的所收集的拉普拉斯域波場數據的真實速度模型。因此，被精確估計的速度模型可以與本領域普通技術人員已知的疊前深度遷移模型一起使用來重建逼真的地下圖像。
為了用實數成功進行波形反演，平滑的和長波長速度模型應當被重新獲得，該模型很難用常規的時域或頻域波形反演來得到。由于所收集的實數地震數據的低頻成分中的指數增長的噪聲，重新得到長波長速度模型可能是很難的。如上所示，等式(4)的拉普拉斯域中的波動方程可以等價于泊松方程。因此，拉普拉斯域中的波形反演可以類似于提供了平滑的反演結果的泊松方程的反演。拉普拉斯域中的波長還可以與速度分布緊密關聯，其中用小的拉普拉斯常數衰減的波場可以包括速度模型的深層部分的信息。相反，用大的拉普拉斯常數衰減的波場可以顯示在速度模型的較淺部分的不同響應。因此，小的拉普拉斯衰減常數可以得出用于深層區域的長波長速度模型，拉普拉斯常數應當在拉普拉斯域的波形反演中被適當選擇。，
如等式(1)中所示，時域波場的拉普拉斯變換可以通過使用一些數值積分方案(例如梯形積分技術)來對在最大記錄時間限制內的衰減后的波場進行積分來進行數值計算。然而，由于真實的分析的拉普拉斯變換是無限時間的衰減波場的積分，在解析積分和數值積分之間可能出現偏差或積分誤差。在大的拉普拉斯衰減常數下的衰減后的波場的振幅可以在長的記錄時間內被忽略，其中積分誤差是可以接受的。在小的拉普拉斯衰減常數的情況下，衰減后的波場的振幅甚至可以在更長的記錄時間內保持有效。因此，對于有限最大時間內在小的拉普拉斯衰減常數下的數值積分的誤差可能是不可接受的。可以做對于合成的和實數的拉普拉斯變換的數值測試以選擇用于波形反演的最佳的最低限度的拉普拉斯衰減常數。基本等于0的拉普拉斯衰減常數被發現是可以產生可忽略的積分誤差的最低容忍限度。在其它實施方式中，也可以使用其它常數。本公開不限于方法100和塊102-116，并且這些步驟或過程可以按照方法100中提供的順序被執行，或以不同的順序被執行。在一些實施方式中，方法還可以包括初始化原始子波并更新震源子波。在其它實施方式中，各個塊102-116還可以被省略或與本領域技術人員己知的其它步驟或過程結合，這些都在本公開的范圍之內。
圖3示出了頻域中的目標函數302和304，以及拉普拉斯域中的目標函數306和308的一個實施方式。所有的目標函數被生成來用于SEG/EAGE 3D鹽丘模型的2D速度剖面A-A，其中速度從3 km/s到6 km/s的變化波場在頻域和拉普拉斯域中被計算。在圖中的目標函數表示在真實拉普拉斯域波場和對應于變化速度的拉普拉斯域波場之間的在值上的對數差的平方和。在全局最小點的兩邊的多個局部最小點可以被觀測來用于在7.5 Hz的頻域中的目標函數302。另一方面，在4 Hz的目標函數304與在7.5 Hz相比具有較少數量的局部最小點，看起來更平滑。不像在頻域中的目標函數，在4.45km/s的全局最小點可以被定位用于具有0.166拉普拉斯衰減常數的目標函數306和具有2.062拉普拉斯衰減常數的目標函數308。兩個目標函數具有相似的雙曲線形狀，其特征在于缺少局部最小點。對于拉普拉斯域中的其它速度模型的目標函數也可以做出相似的觀測。由于拉普拉斯域目標函數中的平滑行為和沒有局部最小點，所以拉普拉斯域中的波形反演與頻域中的波形反演相比可以是更加魯棒的。因為拉普拉斯域中的目標函數的很好成形(well-shaped)的行為，根據反演得出的結果可以在即使初始模型與真實模型相差很遠的情況下收斂。
圖4示出了適用于實施這里公開的一個或多個實施方式(例如但不限于上面描述的方法IOO)的典型的通用計算機系統。計算機系統480包括處理器482 (可以被稱為中央處理器單元或CPU)，該處理器482與包括輔助存儲器484、只讀存儲器(ROM) 486、隨機存取存儲器(RAM) 488、輸入/輸出(I/O)裝置490以及網絡連接裝置492的存儲裝置進行通信。處理器可以被實施為一個或多個CPU芯片。
輔助存儲器484通常包括一個或多個磁盤驅動器或磁帶驅動器，并且用于數據的非易失性存儲，在RAM 488不足夠大以容納所有工作數據的情況下用作為溢出數據存儲裝置。輔助存儲器484可以被用于存儲程序，該程序在被選擇用來執行時被載入RAM488中。ROM486被用于存儲指令，以及可能存儲在程序執行期間被讀取的數據。ROM486是非易失性存儲裝置，相對于輔助存儲器較大的存儲能力ROM 486通常具有小的存儲能力。RAM488被用于存儲易失性數據，并可能存儲指令。對ROM 486和RAM 488的存取通常比輔助存儲器484要快。
1/O裝置490可以包括打印機、視頻監控器、液晶顯示器(LCD)、觸摸屏顯示器、鍵盤、鍵區、開關、撥號盤、鼠標、跟蹤球、語音識別器、讀卡器、紙帶閱讀器或其它公知的輸入裝置。
網絡連接裝置492可以采用調制解調器、調制解調器組、以太網卡、通用串行總線(USB)接口卡、串行接口、令牌環卡、光纖分布式數據接口(FDDI)卡、無線局域網(WLAN)卡、無線電收發機卡(例如，碼分多址(CDMA)和/或全球移動通信系統(GSM)無線電收發機卡)以及其它公知的網絡裝置。網絡連接裝置492可以使得處理器482與網絡或一個或多個內聯網進行通信。使用所述網絡連接，打算處理器482在執行上述方法步驟的過程中可以從網絡接收信息或可能將信息輸出到網絡。通常被表示為將要通過使用處理器482而被執行的指令序列的所述信息可以例如以包含在載波中的計算機數據信號的形式從網絡被接收和被輸出到網絡。
包括將要使用處理器482執行的數據或指令的所述信息例如可以以計算機數據基帶信號或包含在載波中的信號的形式從網絡被接收或輸出到網絡。由網絡連接裝置492生成的基帶信號或包含在載波中的信號可以在電導體中或表面上、同軸電纜中、波導中、光介質(例如光纖)中、或在空氣或自由空間中傳播。基帶信號或嵌入載波中的信號中包含的信息可以根據不同的次序被排序，這可以被需要用于處理或生成信息，或者傳輸或接收信息。基帶信號或嵌入載波中的信號、或者當前使用或后面生成的其它類型的信號(這里被稱為傳輸介質)可以根據本領域技術人員公知的一些方法來被生成。
處理器482執行通過硬盤、軟盤、光盤(這些基于各種盤的系統都可以被認為是輔助存儲器484)、 ROM 486、 RAM 488或網絡連接裝置492來存取的指令、代碼、計算機程序、腳本。
雖然在本公開中提供了幾種實施方式，但應當理解，在不背離本公開的 實質或范圍的情況下，所公開的系統和方法可以以許多其它特定形式來實 現。本示例將被認為是示例性的而非限制性的，意圖不在于限制這里給出的 細節。例如，各種元素或組建可以被結合或結成在另一系統中，或者某些特 征可以被省略或不被實施。
另外，在各種實施方式中被描述和示出的不同或單獨的技術、系統、子 系統和方法可以在不背離本公開的范圍的情況下被結合或集成于其它系統、 模塊、技術或方法。顯示或討論為耦合、直接耦合或相互通信的其它項可以 通過一些接口、裝置或中間組件(以電地、機械地或其它方式)被間接耦合 或進行通信。改變、替換和變更的其它示例可以被本領域技術人員發現并在 不背離這里所公開的實質和范圍的情況下被做出。
在下文中，根據本發明的一個實施方式的基于拉普拉斯域波形反演的地 下結構成像裝置將根據上述原理被描述。
圖5示出了基于拉普拉斯域波形反演的地下結構成像裝置的全部配置， 其中應用了上述原理。
在圖5中，根據本發明的一個實施方式的地下結構成像裝置包括地震源 501、多個接收器502、數據處理單元503以及顯示單元504。
地震源501是用于生成將要傳輸到調査目標區域505的預定子波的裝 置。即，總的來說，地震源501在預定時間生成子波，接收器502在預定時 間間隔和長度測量數據并通過迭代獲得數據。
接收器502中的每一個是用于接收從調査目標區域505的地下反射的波 場信號的裝置。多個接收器以預定的間隔被安裝。檢測聲波的檢測器、聲音 傳感器、地震檢波器以及加速計可以被用作接收器502。
數據處理單元503是用于接收由多個接收器502測量的波場信號并生成圖像數據的裝置，該圖像數據被用于通過使用根據本發明的實施方式的預定
方法來處理所接收到的波場從而對調查目標區域505的地下結構進行成像。 計算機、微處理器和現場可編程門陣列(FPGA)可以被用作數據處理單元 503。
顯示單元504是用于顯示圖像數據，并優選地使用不同顏色來顯示調査 目標區域505的地下介質的分布或地理地下圖像的裝置。
圖6詳細示出了數據處理單元503。如圖中所示，數據處理單元503包 括第一輸入單元601、轉換單元602、第二輸入單元603、參數存儲單元604、 建模波場生成單元605以及控制單元608 。
第一輸入單元601執行從接收器502接收時域中的波場d (t)的功能。 通常，多個接收器502被安裝，這樣第一輸入單元601收集多個波場信號并 生成波場d(t)。
轉換單元602執行從第一輸入單元601接收波場d (t)并將其轉換成拉 普拉斯域中的波場d (s)的功能。這里，轉換單元602優選地使用0-50之 間的一個或多個拉普拉斯衰減常數。
第二輸入單元603執行從用戶接收反映調查目標區域505的物理特性的 參數的功能。為了理解調査目標區域505的實際物理特性，使用參數來生成 預定建模波場，所生成的建模波場與實際測量數據比較，然后參數必須被更 新以使得所生成的建模波場與實際測量數據之間的差異被最小化。因此，最 初被估計的值被用作通過第二輸入單元603接收的參數。
此外，參數優選地包括關于地震源的信息以及關于地下的速度和密度的 信息。這里，關于地震源的信息指示了地震源的波形(即對于每個地震源的 每個頻率的振幅和相位)，關于地下的速度和密度的信息指示了調査目標區 域505的速度模型或速度/密度模型。
參數存儲單元604執行存儲參數的功能，通用存儲器裝置可以用作參數存儲單元604。由于參數稍后可以被更新，所以存儲在參數存儲裝置604中 的參數通過被更新而被修正，并之后被存儲。
建模波場生成單元605使用存儲在參數存儲單元604中的參數來生成關 于拉普拉斯域中的調查目標區域的建模波場u (s)。
控制單元608執行從轉換單元602接收波場d (s)和從建模波場生成單 元605接收建模波場u (s)，并確定波場d (s)與建模波場u (s)之間的差 異是否落入預設參考范圍內的功能。
此外，如果差異落入參考范圍內，控制單元608執行確定差異、下載存 儲在參數存儲單元604中的參數并生成圖像數據的功能，以及如果差異沒有 落入參考范圍內，控制單元608則重設(即更新)存儲在參數存儲單元604 中的參數的功能。
這里，對于參考范圍，波場d (s)與建模波場u (s)之間的差異優選 地落入±1% 30%的范圍。換句話說，優選地，如果差異落入±1%~30°/0的 范圍，則生成圖像數據，如果差異沒有落入±1%~30%的范圍，則更新參數。
為此，控制單元608可以包括比較單元610、目標函數生成單元606、 參數重設單元607以及圖像數據生成單元609。
目標函數生成單元606執行生成目標函數"E"的功能，該目標函數"E" 指示波場d (s)與建模波場u (s)之間的差異程度。
目標函數"E"被用于定義波場d (s)與建模波場u (s)之間的差異， 關于細節，可以參考上述塊IIO。
比較單元610執行確定由目標函數生成單元606計算的目標函數"E" 是否落入預設參考范圍的功能。
如果波場d (s)與建模波場u (s)之間的差異的范圍沒有落入參考范 圍內，參數重設單元607執行更新存儲在參數存儲單元604中的參數的功能。 這里，優選地，通過計算對于由目標函數生成單元606生成的目標函數"E"的梯度獲得參數的增量，從而更新參數。
如果波場d (s)與建模波場u (s)之間的差異的范圍落入參考范圍內， 則圖像數據生成單元609執行下載此時存儲在參數存儲單元604中的參數并 生成圖像數據的功能。
例如，在參數指示波場的速度分布的情況下，圖像數據生成單元609可 以通過使用所獲得的地下速度和時域數據d (t)經由地下結構成像處理(遷 移移處理)來生成圖像數據，并將圖像數據應用到顯示單元504。
權利要求
1、一種拉普拉斯變換系統，該系統包括處理器；被測量的時域波場；速度模型；以及拉普拉斯衰減常數，其中，所述處理器被編程以計算時域衰減波場的傅里葉變換的基本為零的頻率成分，其中所述時域衰減波場通過所述拉普拉斯衰減常數被衰減以獲得用于深層地下區域的長波長速度信息。
2、 根據權利要求1所述的系統，其中，當所述拉普拉斯衰減常數等于 零時，所述被測量的時域波場的拉普拉斯變換等價于泊松方程。
3、 根據權利要求1所述的系統，其中，使用在感興趣的地理位置的表 面上的地震源和接收器來測量所述被測量的時域波場。
4、 根據權利要求1所述的系統，其中，所述被測量的時域波場是來自 地下結構的疊前反射數據。
5、 根據權利要求1所述的系統，其中，通過對在最大記錄時間限度內 的衰減后的時域波場進行積分來在數值上計算所述被測量的時域波場的拉 普拉斯變換。
6、 根據權利要求1所述的系統，其中，從0至100的最佳值被選擇用 于所述被測量的時域波場的拉普拉斯衰減常數以最小化積分誤差。
7、 根據權利要求1所述的系統，其中，小的拉普拉斯衰減常數被用在 所述被測量的時域波場的拉普拉斯變換中以獲得波形速度模型的深層部分的信息。
8、 根據權利要求1所述的系統，其中，大的拉普拉斯衰減常數被用在 所述被測量的時域波場的拉普拉斯變換中以得出波形速度模型的淺層部分 的信息。
9、 一種拉普拉斯域反演系統，該系統包括 處理器；在拉普拉斯域中的衰減后的記錄波場；波動方程；目標函數；以及速度模型，其中所述處理器被編程以在拉普拉斯域中對所述波動方程進 行求解、最小化所述目標函數、以及計算對應于所述衰減后的記錄波場的速 度模型來分析地下區域。
10、 根據權利要求9所述的系統，該系統還包括震源子波，其中所述處 理器被編程以計算所述震源子波和所述速度模型。
11、 根據權利要求9所述的系統，其中，所述目標函數是對數函數、積 分函數以及冪函數中的一者。
12、 根據權利要求9所述的系統，其中，在拉普拉斯域中的所述衰減后 的記錄波場是根據時域中的數據而轉換的。
13、 根據權利要求9所述的系統，其中，在時域中的波動方程包括波場 成分、該波場成分的二階時間導數、質量矩陣成分以及勁度矩陣成分。
14、 根據權利要求9所述的系統，其中，具有適當邊界條件并使用實數 拉普拉斯衰減常數以及復數拉普拉斯衰減常數中的一者的波動方程在拉普 拉斯域中通過所述波動方程的一些成分的因數分解以及使用向前或向后數 學替代以獲得衰減后的計算出的波場來被求解。
15、 根據權利要求9所述的系統，其中，所述目標函數等于所述衰減后 的記錄波場的對數值、積分值或冪值中的一者與計算出的衰減后的波場之間 的所有差異的平方和。.
16、 根據權利要求9所述的系統，其中，所述目標函數是平滑的，并且 不包括局部最小值或者包括很少數量的局部最小值。
17、 根據權利要求9所述的系統，其中，最速下降法以及牛頓高斯法中 的一者被用于通過對將對數目標函數的導數值減小到零的速度模型值進行 求解來最小化所述目標函數。
18、 根據權利要求9所述的系統，其中，所述處理器被編程來以最初計 算出的衰減后的波場開始迭代。
19、 根據權利要求9所述的系統，其中，所述處理器被編程以在即使最 初計算出不同的衰減后的波場的情況下也收斂到對應于所述衰減后的記錄 波場的速度模型。
20、 一種用于分析地下區域的方法，該方法包括:接收時域中的所收集的疊前反射數據；將時域疊前反射數據轉換成拉普拉斯域反射數據;初始化表示地下結構的原始速度模型；計算對數目標函數、積分目標函數以及冪目標函數中的一者； 檢驗目標函數是否滿足收斂性判別標準； 如果不滿足所述收斂性判別標準，則更新速度模型；以及 如果滿足所述收斂性判別標準，則根據所述速度模型生成地下圖像以分 析地下區域。
21、 根據權利要求20所述的方法，該方法還包括 使用拉普拉斯域中的轉換后的疊前反射數據和更新后的速度模型來以迭代方式最小化所述對數目標函數、所述積分目標函數以及所述冪目標函數 中的一者直到滿足所述收斂性判別標準。
22、 根據權利要求21所述的方法，該方法還包括 初始化原始震源子波；以及 更新所述震源子波。
23、 根據權利要求20所述的方法，該方法還包括 當發現所述對數目標函數、所述積分目標函數以及所述冪目標函數中的一者的值在最后迭代時低于特定最小值并與之前的迭代的值相比具有可忽 略的差異時，確認滿足所述收斂性判別標準。
24、 根據權利要求20所述的方法，該方法還包括使用疊前深度遷移模 型來從最后更新的速度模型中生成地下圖像。
25、 一種基于拉普拉斯域波形反演的地下結構成像裝置，該地下結構成 像裝置包括一個或多個接收器，用于從調査目標區域接收波場信號；以及 數據處理單元，用于處理所述波場信號以生成圖像數據，從而所述調査 目標區域的地下結構被成像，其中所述數據處理單元包括第一輸入單元，用于從所述接收器接收時域中的波場d (t);轉換單元，用于從所述第一輸入單元接收波場d (t)并將該波場d (t)轉換成拉普拉斯域中的波場d (S);參數存儲單元，用于存儲反映所述調查目標區域的物理特性的一個或多 個參數；建模波場生成單元，用于接收存儲在所述參數存儲單元中的參數中的一個參數并生成拉普拉斯域中的建模波場U (S);以及控制單元，用于從所述轉換單元接收所述波場d (s)和從所述建模波場 生成單元接收所述建模波場u (s)，并確定所述波場d (s)與所述建模波場u (s)之間的差異是否落入預設參考范圍內，如果所述差異落入所述參考范圍內，則使用先前存儲在所述參數存儲單元中的參數中的一個參數來生成圖 像數據，以及如果所述差異沒有落入所述參考范圍內，則重設存儲在所述參 數存儲單元中的參數。
全文摘要
一種拉普拉斯變換系統，包括處理器、被測量的時域波場、速度模型以及拉普拉斯衰減常數，其中，處理器被編程以計算時域衰減波場的傅里葉變換的基本為零的頻率成分，其中時域衰減波場通過拉普拉斯衰減常數被衰減以獲得用于深層地下區域的長波長速度信息。
文檔編號G06F17/14GK101688926SQ200880022110
公開日2010年3月31日 申請日期2008年2月11日 優先權日2007年6月26日
發明者申昌秀 申請人:申昌秀