联合反褶积的探索、实现及软件工程描述

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在地震勘探领域,“三高一准”(高信噪比、高分辨率、高保真度、准确成像)一直是地震资料处理人员追求的目标。在高分辨率方面,反褶积作为提高地震记录垂向分辨率的重要方法与技术手段,一直是国内外专家学者研究的热门话题。一方面,随着地震勘探技术的深入研究与应用,探区地质环境正经历着从地表条件较为简单的地区向复杂山地、碳酸盐岩出露等复杂地区的转变,尤其是薄互层、夹层等沉积构造的区域普遍化,导致地震资料剖面上反射波相互干涉,难以区分,极大的降低了地震资料的垂向分辨率,为后期的地震资料解释与地质开发造成严重干扰,甚至给国民经济造成巨大损失,因此,在充分利用已有反褶积方法的基础上,探索反褶积新方法、新技术就显得尤为重要。另一方面,地震勘探是一门集地质、数学、数字信号处理、地球物理、计算机等多学科于一体的系统性的交叉性学科,学科的交叉性导致方法的多元性,反褶积的研究也不例外,目前反褶积的方法较多,优劣各异,在地震资料处理上各具特色,纵向研究与应用面广,但方法之间的联系探索少,横向探索与推广缺乏。除此之外,地震数据的保密性、海量性与地震数据格式的特殊性以及方法研究的框架结构的规范性的缺乏都极大的限制了参与地震勘探技术方法研究的人群与爱好者。鉴于地震勘探新阶段,反褶积方法的重要性与扼要性,本次探索立足于已有反褶积方法(主要是预测反褶积与同态反褶积)的成果的基础上,引入软件工程描述这一框架性建设的有力工具,采取自底向上的行文思路,先深入分析反褶积方法的原理与不同算法实现的优劣,本着更好、更快、更具延展性与代码可重用性的目标,择优实现预测反褶积与同态反褶积算法,在此基础上,提出了“优劣互补”的思想,较为详细的介绍了联合反褶积的理念并建立起联合反褶积模式,通过分析同态反褶积、预测反褶积、子波整形反褶积的内在联系与优劣情况,进一步应用于联合反褶积模式,实现联合反褶积模式的实体化,并对联合反褶积进行了面向对象方法学的类视图建模,较为详细的完成了预测反褶积、同态反褶积、子波整形反褶积以及联合反褶积的类设计与实现。方法的研究离不开实践的检验,软件工程的理念不仅注重方法实现与代码开发,更注重全面的系统化的工程实践,这也是反褶积方法探索需要借鉴的准则之一,为此,接下来,与软件测试(软件工程描述的测试阶段)相对应,本文借助于计算机仿真技术、地质模型正演方法,展开反褶积测试用例的编写,主要是进行“黑盒”单元测试即以地震勘探原理为理论指导,通过地震褶积模型,合成地震记录道,通过同态反褶积处理,分离出了预设子波,从而验证了其可行性,此为其一;其二,通过建立地质模型,根据地震波传播规律,正演地震数据体,通过预测反褶积,层析出薄层,验证了预测反褶积的实效性。对联合反褶积进行“黑盒”测试,实质上是对预测反褶积、同态反褶积以及子波整形反褶积做集成测试,为了更一般性的探索与讨论联合反褶积的效果与实用价值,本文采用了实际地震数据进行联合反褶积测试。鉴于目前SEGY格式地震数据编码的非透明化,在测试准备阶段,本文较为清晰地对地震数据格式的编码进行了分析,通过人机交互与大量的数据统计测试,成功地获得SEGY格式地震数据编码规则,为反褶积对比分析的开展提供了必要的前期准备,也为更多普通用户参与地震资料处理的方法与技术研究创造了条件。通过实际地震资料处理的对比分析,在讨论的反褶积方法中,联合反褶积方法取得了较好效果,证实了联合反褶积理念与思想的可行性与有效性。但由于个人能力与时间有限,本次探索也存在很多不足之处,在行文结尾提出了改进的意见与探索的建议,并进行了展望。总体来说,本次联合反褶积的探索是一次较为成功的探索,在算法实现上,重现了同态反褶积、预测反褶积的算法实现流程,并总结归纳出较优实现方案,在此基础上,探索出联合反褶积的封装设计;在学科融合的角度,软件工程描述理念的引入,为本次探索提供了框架性的指导,是一次软件工程思想在地震资料处理方法研究中的一次实践,并取得了较好的成效;此外,计算机仿真、水平层状地质模型一次波正演、SEGY格式地震数据解码的实现,不仅证实了地震褶积模型的正确性,也为更多地震勘探兴趣者参与方法研究与实践提供了必要的前提条件,具有一定的指导性。随着反褶积方法的进一步研究与发展,有理由相信反褶积方法的半封闭性性质(联合反褶积的出发点)会越来越明显,进而联合反褶积模式的实体化案例将频频出现,在反褶积方法的横向研究与推广应用中发挥较大的作用,对于地震资料垂向分辨率的提高,反褶积方法多功能化的研究具有较大的启发作用。在地震勘探环境日趋复杂化的新阶段,反褶积方法也需与时俱进,为适应新的勘探坏境的地震资料处理服务,本文以此为背景展开探索与讨论,具有一定的前瞻性与指导意义。
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