几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法及系统

本发明涉及地震勘探，尤其涉及一种几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法及系统。

背景技术：

1、地震基准面重构用于把近地表采集的炮集记录转换为指定地下界面上的虚拟观测记录。经该处理后，可在后续偏移、速度分析和反演中减弱地形起伏、低速带和不规则采集几何造成的影响。实际施工中，地表炮点、检波点和目标虚拟点的数量经常变化，并伴随空道、坏道、采样尺度差异及背景速度误差，这使从地表记录到目标记录的映射同时受波场、介质和几何条件控制。

2、现有确定性延拓技术能够利用传播方程或kirchhoff积分给出具有基本走时结构的虚拟记录，但当背景速度场较平滑、观测孔径有限或近地表复杂时，结果中仍可能存在相位偏差、振幅失衡以及绕射和散射细节缺失。若一味提高数值模拟精度，计算和存储开销随网格规模、炮数及目标查询数量快速增长。直接使用卷积网络从固定尺寸输入图像生成固定尺寸输出图像，通常把某一组采集几何和目标基准面固化在网络结构中。当目标虚拟点位置改变、道数变化或目标界面起伏时，需要重新排列输入输出甚至重新训练模型。纯生成式网络还需要同时恢复主走时骨架与细部差异，容易在训练样本覆盖不足时产生不存在的事件或破坏已有物理结果。

3、因此，需要一种以确定性延拓结果为先验、又能把地表波形、背景速度场、输入几何、目标几何和时间坐标作为连续条件进行查询的技术方案，使模型只修正物理初始记录的不足，并能适应变长观测系统和不同目标基准面。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法及系统，该方法首先读取地表记录、背景速度场、物理初始记录以及地表和目标观测几何，并以有效掩码组织变长样本；其次把地表波形与采集几何编码为道表征，把物理初始记录与目标几何编码为先验表征，同时以谱域介质编码器提取背景速度场的长程介质信息；然后通过上下文关联网络融合三类表征，使用目标几何查询向量从融合上下文提取目标条件表征；再将目标条件表征、时间位置编码和初始振幅输入坐标查询解码器，获得逐目标道、逐时间采样点的校正残差；最后施加能量门控、公共偏置去除、横向低频抑制和幅值限幅，将受约束残差叠加到物理初始记录上，在保留物理初始记录主要运动学结构的基础上，以连续目标几何和时间坐标查询校正残差，从而提高对不同观测系统规模和不同虚拟基准面的适用性。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、本发明第一方面提出一种几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，包括如下步骤：

4、s1.获取地表观测系统采集的多道地震记录、背景速度场、目标虚拟观测系统、该系统中各震源与目标虚拟接收点配对形成的目标虚拟道及其目标几何，以及与所述目标几何对应的物理初始记录；所述目标几何包括每条目标虚拟道对应的震源空间坐标和目标虚拟接收点空间坐标；震源可以为保留的实际震源或者设定的虚拟震源，目标虚拟接收点位于待重构基准面上。

5、s2.对地表道波形进行一维时序特征提取，并对地表道几何进行多频位置映射，将二者融合得到地表道表征；对物理初始记录及目标几何采用同构编码得到先验道表征；

6、s3.对背景速度场进行二维谱域卷积和局部通道映射，提取表征传播介质整体变化的介质表征；

7、s4.将介质表征、地表道表征和先验道表征组成上下文序列，并利用上下文关联网络在有效道掩码约束下建立地表观测、物理初始记录与背景速度场之间的联合条件表征；

8、s5.依据第条目标虚拟道的目标几何构造目标查询表征，通过多层交叉关联运算从联合条件表征中提取与所述目标虚拟道对应的目标条件表征；

9、s6.对每个时间采样位置进行多频时间位置映射，将目标条件表征、时间位置映射以及对应的初始振幅共同输入坐标查询解码器，获得校正残差；

10、s7.根据物理初始记录的局部能量对校正残差实施可选能量门控，并对所述校正残差实施横向低频分量抑制、跨目标道公共偏置去除和有界幅值映射中的至少一种，得到受约束残差；

11、s8.将受约束残差与物理初始记录合成为目标基准面预测记录；在训练阶段，根据目标基准面标签记录与所述目标基准面预测记录构建包含归一化波形误差、道相关误差、局部增益归一化误差、归一化频谱形态误差和时间梯度误差中的至少两项的联合损失并更新模型参数，在推理阶段输入新的地表地震记录、背景速度场、物理初始记录和目标几何，输出对应目标基准面记录。

12、本发明第二方面提出一种用于实现第一方面所述方法的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构系统，包括：数据获取模块、地表道及先验道表征构建模块、介质表征提取模块、上下文关联模块、目标条件表征提取模块、坐标时间解码模块、残差约束处理模块以及目标基准面合成及训练推理模块；各模块被配置为执行第一方面任一项所述方法的对应步骤。

13、本发明第三方面提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面任一项所述的方法。

14、本发明的有益效果在于，物理初始记录、地表观测与背景速度场共同限定目标记录的生成条件：物理初始记录提供主要走时结构，地表波形提供实际观测证据，谱域介质表征提供传播路径所涉及的长程速度信息；三者经上下文关联后，由目标几何查询提取与目标道相关的条件，再通过时间坐标查询产生逐采样点校正量。由此，目标几何决定所需校正的空间位置，时间编码决定校正的时间位置，物理初始振幅及能量门控限制校正所依据的局部波场状态，避免目标查询与物理参考相互脱离。横向低频抑制、公共偏置去除及有界幅值映射进一步限制校正量的空间趋势、共同偏移和幅值范围，与约束波形、相关性、局部增益、频谱形态及时间梯度的联合损失配合，使网络在修正物理近似误差时兼顾已有反射事件的保留。有效道掩码用于特征关联，有效道及时间掩码共同限定损失计算，减少补零位置对上述条件匹配的干扰，使同一套查询与校正机制可处理不同道数和采样长度。上述协同关系为改善复杂构造条件下反射事件的可辨识性提供了具体机制，其改善程度通过相同输入和成像条件下的对照试验评价。

1.几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s1还包括：从su或seg-y道头中读取sx、sy、gx、gy、selev、gelev、scalco、scalel、dt和ns字段中的至少一部分，按坐标尺度因子和高程尺度因子恢复空间坐标；当样本之间的地表道数、目标道数或时间采样点数不一致时，以地表有效道掩码、目标有效道掩码和时间有效掩码标识真实数据并进行补零批处理；

3.如权利要求2所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s2中，多频位置映射及地表道表征分别表示为：

4.如权利要求3所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s3中，二维谱域卷积对背景速度场沿两个空间维度执行快速傅里叶变换，仅在预设低阶谱模态上实施可学习复权重乘法，并与逐点局部映射相加；第层介质特征更新为：

5.如权利要求4所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s4中，上下文关联网络为带键填充掩码的transformer编码器，其掩码关联输出表示为：

6.如权利要求5所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s5中，第层目标条件表征按下式更新：

7.如权利要求6所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s7中，局部能量门控及受约束残差在依次启用三种残差约束时分别表示为：

8.如权利要求7所述的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构方法，其特征在于，步骤s8中，受约束残差与物理初始记录按下式合成为目标基准面预测记录：

9.一种用于实现权利要求1至8任一项所述方法的几何条件约束的残差神经算子地震基准面重构系统，其特征在于，包括：数据获取模块、地表道及先验道表征构建模块、介质表征提取模块、上下文关联模块、目标条件表征提取模块、坐标时间解码模块、残差约束处理模块以及目标基准面合成及训练推理模块；各模块被配置为执行权利要求1至8任一项所述方法的对应步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8任一项所述的方法。