CN107179543A - 对叠前数据进行规则化的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地震勘探资料处理领域，具体公开了对叠前数据进行规则化的方法和装置。本发明中，针对某个固定偏移距，根据公式1进行部分叠加，并将叠加结果分配到目标成像点；当遍历所有目标偏移距即可得到规则化后的超道集。应用本发明，不仅能够补充缺失道，对地震数据进行规则化，还能明显提高叠前地震数据的信噪比，显著改善地震资料的品质，在实际资料处理中获得了很好的应用效果。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探资料处理领域，更具体地，涉及一种对叠前数据进行规则化的方法和一种对叠前数据进行规则化的装置。
背景技术
随着对油气资源急剧增长的需求，油气勘探面临的地质对象更为复杂，油气开发要求对油气藏储集体的了解更为精细，对地震资料的成像要求也随之提高。地震波成像需满足三个条件：宏观速度场、波场外推算子和成像条件，这样就可以完成地震偏移成像处理。但要满足精确成像必须还要一个符合波场外推算子要求的规则地震数据体。野外地震勘探中，由于勘探成本的限制、野外施工条件等因素的影响，采集到的数据满足不了地震数据处理和成像对地震数据空间规则性的要求。地震数据空间方向上采样不规则，采样严重不足，出现缺道，死道和空间假频等现象，严重影响地震波成像的振幅，使之产生畸变，成像结果解释的合理性大打折扣。
国内外的地球物理学者针对各种地震数据规则化技术展开了深入的研究，具有代表性方法技术包括：辛可峰(2002)基于DMO+DMO-1的规则化方法、杨同宁(2003)基于Radon+Radon-1的插值方法及唐亚勋和王华忠基于PSTM+PSTM-1的规则化方法都是基于偏移算子与反偏移算子联合进行数据规则化；Liu和Sacchi(2004)提出的MWNI(Minimum Weighted Norm Interpolation)方法假设地震数据采样是随机的，从反问题出发对带限地震信号进行规则化处理，主要运用非均匀离散傅里叶变换，在最小二乘意义下反演采样算子进而降低采样算子造成的假频噪音；Xu(2004)提出抗泄漏傅里叶变换方法，从理论上说明频谱能量泄漏的原因并提出一套相应的处理方法得到规则数据的频谱；Abma和Kabir(2006)将图像处理中的凸集映射方法应用到非规则数据重建中；Zwartjes和Sacchi(2007)将FK域算法和稀疏反演方法联合进行规则化处理，提出利用线性预测和稀疏反演方法得到规则数据的频谱；高建军等(2010)改进了凸集映射数据重建方法并给出一种新的阈值模型来减少重建过程中计算时间和迭代次数。
在实际地震勘探中，地震数据采集不规则的区域，其资料的信噪比往往也较低，而传统的规则化技术未考虑资料的信噪比问题。因此，常规规则化技术不适用于复杂地质区块采集到的低信噪比的不规则地震数据。特别地，野外地震勘探中，由于勘探成本的限制、野外施工条件等因素的影响，采集到的数据满足不了地震数据处理和成像对地震数据空间规则性的要求。地震数据空间方向上采样不规则，采样严重不足，出现缺道、死道和空间假频等现象，严重影响地震波成像的振幅，使之产生畸变，成像结果解释的合理性大打折扣。
发明内容
本发明提出了一种能补充缺失道并且能够明显提高叠前地震数据的信噪比的方法。本发明还提出了相应的装置。
根据本发明的一方面，提出了一种对叠前数据进行规则化的方法，该方法包括：针对目标偏移距的地震道集，基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；针对目标偏移距的地震道集，基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；遍历所有目标偏移距，得到规则化的超道集。
根据本发明的另一方面，提出了一种对叠前数据进行规则化的装置，该装置包括：旅行时获取单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；部分叠加单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；进程控制单元，用于遍历所有目标偏移距以得到规则化的超道集。
本发明中，基于共反射面元的旅行时公式对小孔径内的道集进行部分共反射面元叠加，可以得到任意偏移距的超道集。应用本发明，不仅能够补充缺失道，对地震数据进行规则化，还能明显提高叠前地震数据的信噪比，显著改善地震资料的品质，在实际资料处理中获得了很好的应用效果。与常规的插值方法和“面元化”技术相比，公式1充分考虑了中心点位移的影响，即反射层倾角因素，进一步提高了成像的准确性。而且应用本发明得到的超道集不仅限于零偏移距道集，而是未经NMO校正的非零偏移距道集，所以可用于诸如速度建模、叠加或者偏移的后续处理步骤。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的对叠前数据进行规则化的方法的流程图。
图2示出了一洼陷模型的速度场的示意图。
图3示出了对图2所示的模型进行加噪和抽道稀疏后得到的稀疏道集示意图。
图4示出了应用本发明对图3所示稀疏道集进行规则化后得到的超道集的示意图。
图5和图6分别是图3和图4的局部放大图。
图7和图8分别是基于图3和图4得到的叠前深度剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
图1示出了根据本发明的一个实施例的对叠前数据进行规则化的方法的流程图。在本实施例中，该方法包括：
步骤101，针对目标偏移距的地震道集，基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；
步骤102，针对目标偏移距的地震道集，基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；
步骤103，判断是否遍历所有目标偏移距，如果是，则结束；如果不是，则针对下一个目标偏移距的地震道集执行步骤101和102，直至遍历所有目标偏移距。
本实施例，基于共反射面元的旅行时公式对小孔径内的道集进行部分共反射面元叠加，可以得到任意偏移距的超道集。应用本发明，不仅能够补充缺失道，对地震数据进行规则化，还能明显提高叠前地震数据的信噪比，显著改善地震资料的品质，在实际资料处理中获得了很好的应用效果。与常规的插值方法和“面元化”技术相比，公式1充分考虑了中心点位移的影响，即反射层倾角因素，进一步提高了本发明的精确性。
在一种可能的实施方式中，依据处理的实际地震数据特点，可以设置旅行时的两个临界点tmin、tmax，tmin<tmax：当目标成像点的旅行时t≤tmin时，可以设置Δxm_threshold＝Δxmin；当目标成像点的旅行时t≥tmax时，可以设置Δxm_threshold＝Δxmax；当目标成像点的旅行时满足tmin<t<tmax时，可以设置Δxm_threshold为随旅行时t变化的从Δxmin至Δxmax的线性递增函数。
本领域技术人员可根据需要设置hthreshold。
公式1中的参数(β,RN,RNIP)代表了运动学波场属性，描述了二维地下介质中反射界面的局部构造特征，即反射段的位置、倾向和曲率，将上述3个参数称为运动学波场属性参数。同时搜索三个参数会耗费大量的计算时间。为节省计算时间，可以考虑基于叠前数据的子集得到公式1的简化式，以便于分别搜索参数(β,RN,RNIP)中的部分参数。
CMP道集中(Δxm＝0)，可以将公式1简化为CMP双曲线：
其中，TCMP(h)表示在CMP道集中旁轴射线的双程旅行时。可以基于公式2进行搜索，以得到公式1中的
在ZO剖面中(h＝0)，可以将公式1简化为：
其中，TZO(Δxm)表示在ZO剖面中旁轴射线的双程旅行时。可以基于公式3进行搜索，以得到公式1中的β和RN。
观察公式2和公式3，其中未知参数的数量降为1个或2个，以分步求取运动学属性参数(β,RN,RNIP)，显著提高了计算效率。
在一些实施方式中，假设采样点A(tA,hA)处同相轴的波场属性参数都是平缓变化，即在上述公式2中固定不变。将A点的CMP旅行时tA和半偏移距hA带入到上述公式2，得到下式：
求解公式4即可得到公式1中目标成像点的中心射线的双程旅行时t0。根据公式4得到的t0精确地符合A点处CMP旅行时曲线的零偏移距旅行时。忽略公式4中的负数解，可得到：
本领域技术人员也可采用其他任意适用的手段得到公式1中的参数(β,RN,RNIP)和t0。
实施例2
本发明还公开了一种对叠前数据进行规则化的装置，该装置包括：旅行时获取单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；部分叠加单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；进程控制单元，用于遍历所有目标偏移距以得到规则化的超道集。
在一种可能的实施方式中，依据处理的实际地震数据特点，可以设置旅行时的两个临界点tmin、tmax，tmin<tmax：当目标成像点的旅行时t≤tmin时，可以设置Δxm_threshold＝Δxmin；当目标成像点的旅行时t≥tmax时，可以设置Δxm_threshold＝Δxmax；当目标成像点的旅行时满足tmin<t<tmax时，可以设置Δxm_threshold为随旅行时t变化的从Δxmin至Δxmax的线性递增函数。
在一种可能的实施方式中，该装置还可以包括t0获取单元，其可以用于基于下式得到公式1中的t0：
其中，tA表示采样点的CMP旅行时，hA表示采样点的半偏移距。
在一种可能的实施方式中，该装置还可以包括运动学属性参数获取单元，其可以用于：
在CMP道集中，可以基于下式进行搜索，以得到公式1中的
其中，TCMP(h)表示在CMP道集中旁轴射线的双程旅行时；
在ZO剖面中，可以基于下式进行搜索，以得到公式1中的β和RN：
其中，TZO(Δxm)表示在ZO剖面中旁轴射线的双程旅行时。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
图2～图8的横坐标表示CDP号，纵坐标表示深度(km)。图2示出了一洼陷模型的速度场的示意图，其横向有361个采样点，采样间隔为15m，纵向有750个采样点，采样间隔为4m，最大深度为3000m。该模型正演记录共有121炮，每炮121道，采样率为4ms，记录长度为3000ms，半偏移距范围从-900到900m。首先对洼陷模型原始的正演数据加入随机噪音，并对其抽道稀疏，选取CDP号为300的共中心点道集，如图3所示，可见在CMP道集中许多反射层已模糊不清。对上述稀疏道集进行部分共反射面元叠加得到超道集，同样选取CDP号为300的共中心点道集，如图4所示。同图3相比，图4不仅显著地提高了资料的信噪比，而且补充了缺失道，实现了数据的规则化，CMP道集中的反射层非常清晰。图5和图6分别为图3和图4中方框部分的放大图，可进一步观察部分共反射面元叠加处理稀疏的低信噪比地震资料的效果。图7和图8分别为以原始数据和部分叠加的超道集为输入得到的叠前深度偏移剖面，通过对比可见，经过部分共反射面元叠加处理后进行叠前深度偏移，成像剖面的信噪比得到了显著提高，同相轴的连续性也得到了明显改善。
本发明可以是***、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (8)
1.一种对叠前数据进行规则化的方法，该方法包括：
针对目标偏移距的地震道集，基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；
针对目标偏移距的地震道集，基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；
遍历所有目标偏移距，得到规则化的超道集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，设置旅行时的两个临界点tmin、tmax，tmin<tmax：当目标成像点的旅行时t≤tmin时，Δxm_threshold＝Δxmin；当目标成像点的旅行时t≥tmax时，Δxm_threshold＝Δxmax；当目标成像点的旅行时满足tmin<t<tmax时，Δxm_threshold为随旅行时t变化的从Δxmin至Δxmax的线性递增函数。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：基于下式得到公式1中的t0：
<mrow>
<msubsup>
<mi>t</mi>
<mi>A</mi>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mi>t</mi>
<mn>0</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msubsup>
<mi>t</mi>
<mn>0</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&beta;</mi>
</mrow>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<mfrac>
<msubsup>
<mi>h</mi>
<mi>A</mi>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>N</mi>
<mi>I</mi>
<mi>P</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，tA表示采样点的CMP旅行时，hA表示采样点的半偏移距。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
在CMP道集中，基于下式进行搜索，以得到公式1中的
<mrow>
<msubsup>
<mi>T</mi>
<mrow>
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<mi>I</mi>
<mi>P</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
其中，TCMP(h)表示在CMP道集中旁轴射线的双程旅行时；
在ZO剖面中，基于下式进行搜索，以得到公式1中的β和RN：
<mrow>
<msubsup>
<mi>T</mi>
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<mi>Z</mi>
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<mi>N</mi>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，TZO(Δxm)表示在ZO剖面中旁轴射线的双程旅行时。
5.一种对叠前数据进行规则化的装置，该装置包括：
旅行时获取单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于公式1得到的旁轴射线的双程旅行时T(Δxm,h)：
其中，Δxm表示该旁轴射线与中心射线在中心点xm处的偏离距离，h表示该旁轴射线的半偏移距，t0表示目标成像点的中心射线的双程旅行时，v0表示近地表处的地震速度；β表示中心射线在地表处的出射角，RN表示法向波的波前曲率，RNIP表示法向入射点波的波前曲率；
部分叠加单元，针对目标偏移距的地震道集，用于基于T(Δxm,h)在Δxm<＝Δxm_threshold、h<＝hthreshold的孔径内进行部分共反射面元叠加，并将叠加结果分配到目标成像点，其中，Δxm_threshold和hthreshold为设定的阈值；
进程控制单元，用于遍历所有目标偏移距以得到规则化的超道集。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，其中，设置旅行时的两个临界点tmin、tmax，tmin<tmax：当目标成像点的旅行时t≤tmin时，Δxm_threshold＝Δxmin；当目标成像点的旅行时t≥tmax时，Δxm_threshold＝Δxmax；当目标成像点的旅行时满足tmin<t<tmax时，Δxm_threshold为随旅行时t变化的从Δxmin至Δxmax的线性递增函数。
7.根据权利要求5所述的装置，该装置还包括：
t0获取单元，用于基于下式得到公式1中的t0：
<mrow>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，tA表示采样点的CMP旅行时，hA表示采样点的半偏移距。
8.根据权利要求5所述的装置，该装置还包括运动学属性参数获取单元，所述运动学属性参数获取单元用于：
在CMP道集中，基于下式进行搜索，以得到公式1中的
<mrow>
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<mi>T</mi>
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<mi>C</mi>
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<mn>2</mn>
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<mi>P</mi>
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</msub>
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</mrow>
其中，TCMP(h)表示在CMP道集中旁轴射线的双程旅行时；
在ZO剖面中，基于下式进行搜索，以得到公式1中的β和RN：
<mrow>
<msubsup>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>Z</mi>
<mi>O</mi>
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<mn>2</mn>
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其中，TZO(Δxm)表示在ZO剖面中旁轴射线的双程旅行时。
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