CN104122584B - 根据地震数据确定方向性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种根据地震数据确定方向性的方法及装置，所述方法包括：根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量；基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵；对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵；计算预定点的平滑结构张量方阵的特征值；基于所述特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量；基于所述特征向量，确定预定点的方向性。通过所述方法能够使确定的方向性结果稳定，从而提高地震数据的可靠性。

Description

根据地震数据确定方向性的方法及装置

技术领域

本发明属于石油地震勘探数据处理领域，更具体地说，涉及一种根据地震数据确定方向性的方法及装置。

背景技术

地震数据的方向性，即地震反射面的方向性可用于地震解释以及其他有用属性的提取，比如地震数据的曲率属性。因此，地震数据的方向性在判断地震数据连续性和面向结构扩散中具有非常重要的作用。

目前，确定方向性的方法主要有傅里叶变换法、倾斜叠加法等。其中，傅里叶变换法和倾斜叠加法由于计算量较大，使用很不方便。同时，现有的方法中所具有的另外一个缺点就是所确定的方向性结果很不稳定。

因此，需要一种根据地震数据确定方向性的方法，以使确定的方向性结果稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据地震数据确定方向性的方法，以使确定的方向性结果稳定，从而提高地震数据的可靠性。

本发明一方面提供一种根据地震数据确定方向性的方法，所述方法包括：根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量；基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵；对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵；计算预定点的平滑结构张量方阵的特征值；基于所述特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量；基于所述特征向量，确定预定点的方向性。

可选地，对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵的步骤包括：将预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘，得到预定点的平滑结构张量方阵。

可选地，平滑加权因子通过如下公式获得：

其中，H_i为预定点的平滑加权因子，w_i为预定点的加权项，k为包含预定点在内的预定时空窗口中存在的点的数量，w_j为预定时空窗口中第j点的加权项。

可选地，任意点的加权项通过如下公式获得：

w＝(D²+I²)²

其中，w为任意点的加权项，D为所述任意点所对应的地震数据，I为所述任意点所对应的地震数据的希尔伯特变换。

可选地，当D/I＞10时，w＝D⁴；当D/I＜1/10时，w＝I⁴。

可选地，基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵的公式为：

T_i＝V_iV_i ^T

其中，T_i为预定点的梯度结构张量方阵，V_i为预定点的梯度向量，V_i ^T为预定点的梯度向量的转置。

可选地，预定点位于预定时空窗口的中心。

可选地，预定点的方向性包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。

可选地，预定点的倾角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第二分量的反余弦。

可选地，预定点的方位角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第三分量的反余弦。

本发明另一方面提供一种根据地震数据确定方向性的装置，所述装置包括：梯度计算单元，用于根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量；构造单元，用于基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵；平滑单元，用于对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵；特征值计算单元，用于计算预定点的平滑结构张量方阵的特征值；特征向量计算单元，用于基于所述特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量；确定单元，用于基于所述特征向量，确定预定点的方向性。

可选地，平滑单元通过将预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘，得到预定点的平滑结构张量方阵。

可选地，平滑加权因子通过如下公式获得：

其中，H_i为预定点的平滑加权因子，w_i为预定点的加权项，k为包含预定点在内的预定时空窗口中存在的点的数量，w_j为预定时空窗口中第j点的加权项。

可选地，任意点的加权项通过如下公式获得：

w＝(D²+I²)²

其中，w为任意点的加权项，D为所述任意点所对应的地震数据，I为所述任意点所对应的地震数据的希尔伯特变换。

可选地，当D/I＞10时，w＝D⁴；当D/I＜1/10时，w＝I⁴。

可选地，构造单元利用如下公式构造预定点的梯度结构张量方阵：

T_i＝V_iV_i ^T

其中，T_i为预定点的梯度结构张量方阵，V_i为预定点的梯度向量，V_i ^T为预定点的梯度向量的转置。

可选地，预定点位于预定时空窗口的中心。

可选地，确定单元确定的预定点的方向性包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。

可选地，预定点的倾角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第二分量的反余弦。

可选地，预定点的方位角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第三分量的反余弦。

根据本发明的根据地震数据确定方向性的方法及装置，能够获得稳定的方向性结果，从而提高地震数据的可靠性。

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的根据地震数据确定方向性的方法的流程图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的根据地震数据确定方向性的装置的方框图。

具体实施方式

现将详细描述本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号指示相同的部分。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1是示出根据本发明示例性实施例的根据地震数据确定方向性的方法的流程图。

如图1所示，在步骤101，根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量。在三维地震勘探中，地震数据可以表示为D(x，y，z)。这里的x表示线号，y表示道号，z表示时间。地震数据D为由线号(Inline)、道号(Xline)、时间(Time)所确定的点所对应的数据，该数据可以为振幅、瞬时相位等。

作为示例，预定点的梯度向量可表示为下面的等式(1)：

这里，V_i为预定点的梯度向量，V_ix为预定点的地震数据沿x方向的梯度，V_iy为预定点的地震数据沿y方向的梯度，V_iz为预定点的地震数据沿z方向的梯度。应该理解，可以采用各种梯度算法来计算上述梯度。

在步骤102，基于步骤101计算的梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵。预定点的梯度结构张量方阵可通过下面的等式(2)计算：

这里，T_i为预定点的梯度结构张量方阵，V_i ^T为预定点的梯度向量的转置。

在步骤103，对步骤102的预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，得到预定点的平滑结构张量方阵。

可采用各种平滑方法对数据进行平滑。优选地，将预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘以对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，从而得到预定点的平滑结构张量方阵。平滑加权因子可通过下面的等式(3)获得：

这里，H_i为预定点的平滑加权因子，w_i为预定点的加权项，k为包含预定点在内的预定时空窗口中存在的点的数量，w_j为预定时空窗口中第j点的加权项。优选地，预定时空窗口是以预定点为参考点(例如：中心)的具有预定尺寸和形状的窗口。

作为示例，预定时空窗口中的任意点(应该理解，任意点可以是所述预定点)的加权项可利用下面的等式(4)获得：

w＝(D²+I²)² (4)

这里，w为任意点的加权项，D为所述任意点所对应的地震数据(即，地震复数道的实部)，I为所述任意点所对应的地震数据的希尔伯特变换。

此外，当D/I＞10时，任意点(应该理解，任意点可以是所述预定点)的加权项w＝D⁴；当D/I＜1/10时，任意点(应该理解，任意点可以是所述预定点)的加权项w＝I⁴。

根据上述等式(3)获得的预定点的平滑加权因子，预定点的平滑结构张量方阵可被表示为下面的等式(5)：

这里，ST_i为预定点的平滑结构张量方阵。

在步骤104，计算步骤103得到的预定点的平滑结构张量方阵的特征值。这里，可通过现有的各种方法来进行计算。因为ST_i为一个非负的半正定矩阵，计算得到的3个特征值将大于或者等于零。

在步骤105，基于步骤104计算得到的特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量。这里，得到的最大特征值对应的特征向量为预定点的地震数据的法线方向。即，预定点处反射面的法线方向。所述特征向量可表示为：

M_i＝(G_x，G_y，G_z) (6)

这里，M_i为预定点的最大特征值对应的特征向量，G_x为所述特征向量的第一分量，G_y为所述特征向量的第二分量，G_z为所述特征向量的第三分量。

在步骤106，基于步骤105得到的特征向量，确定预定点的方向性。这里，预定点的方向性可包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。预定点的倾角为所述特征向量的第二分量的反余弦；预定点的方位角为所述特征向量的第三分量的反余弦。

可以理解，本发明中所述预定点可以为地震数据中的任意点，因此，前述等式(1)～(6)还可用于确定地震数据中的任意点的方向性。

根据本发明的根据地震数据确定方向性的方法，能够使根据地震数据确定的方向性得以稳定，从而提高地震数据的可靠性。

图2是示出根据本发明示例性实施例的根据地震数据确定方向性的装置的方框图。

如图2所示，根据地震数据确定方向性的装置包括：梯度计算单元201、构造单元202、平滑单元203、特征值计算单元204、特征向量计算单元205以及确定单元206。

梯度计算单元201用于根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量。在三维地震勘探中，地震数据可以表示为D(x，y，z)。这里的x表示线号，y表示道号，z表示时间。地震数据D为由线号(Inline)、道号(Xline)、时间(Time)所确定的点所对应的数据，该数据可以为振幅、瞬时相位等。

梯度计算单元201可通过前述等式(1)来计算得到预定点的梯度向量。

构造单元202用于基于梯度计算单元201计算的梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵。构造单元202可通过前述等式(2)来构造预定点的梯度结构张量方阵。

平滑单元203用于对构造单元202构造的预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵。

平滑单元203可通过各种平滑方法对数据进行平滑。优选地，平滑单元203将构造单元202构造的预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘以对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，从而得到预定点的平滑结构张量方阵。平滑单元203中使用的平滑加权因子可通过前述等式(3)和(4)获得。

此外，前述等式(4)中的D/I＞10时，任意点(应该理解，任意点可以是所述预定点)的加权项w＝D⁴；前述等式(4)中的D/I＜1/10时，任意点(应该理解，任意点可以是所述预定点)的加权项w＝I⁴。

平滑单元203通过前述等式(3)获得的预定点的平滑加权因子对构造单元202构造的预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，得到的预定点的平滑结构张量方阵如前述等式(5)所示。

特征值计算单元204用于计算平滑单元203进行平滑后得到的预定点的平滑结构张量方阵的特征值。这里，特征值计算单元204可通过现有的各种方法来进行计算。因为平滑单元203得到的预定点的平滑结构张量方阵为一个非负的半正定矩阵，计算得到的3个特征值将大于或者等于零。

特征向量计算单元205用于基于特征值计算单元204计算得到的特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量。这里，特征向量计算单元205得到的最大特征值对应的特征向量为预定点的地震数据的法线方向。即，预定点处反射面的法线方向。所述特征向量如前述等式(6)所示。

确定单元206用于基于特征向量计算单元205得到的特征向量，确定预定点的方向性。这里，预定点的方向性可包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。预定点的倾角为所述特征向量的第二分量的反余弦；预定点的方位角为所述特征向量的第三分量的反余弦。

根据本发明的根据地震数据确定方向性的装置，能够利用前述根据地震数据确定方向性的方法使根据地震数据确定的方向性得以稳定，从而提高地震数据的可靠性。

应该理解，根据本发明的示例性实施例的根据地震数据确定方向性的装置中的各个单元可被实现为硬件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以使用例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。

此外，根据本发明的上述方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。

本发明的以上实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims (14)

1.一种根据地震数据确定方向性的方法，所述方法包括：

根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量；

基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵；

对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵；

计算预定点的平滑结构张量方阵的特征值；

基于所述特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量；

基于所述特征向量，确定预定点的方向性，

其中，对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵的步骤包括：

将预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘，得到预定点的平滑结构张量方阵，

其中，平滑加权因子通过如下公式获得：

$H_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{k}{\Σ}}{w}_j}{w_i}$

其中，H_i为预定点的平滑加权因子，w_i为预定点的加权项，k为包含预定点在内的预定时空窗口中存在的点的数量，w_j为预定时空窗口中第j点的加权项，

其中，所述预定时空窗口是以预定点为参考点的具有预定尺寸和形状的窗口，

其中，预定点的方向性包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，任意点的加权项通过如下公式获得：

w＝(D²+I²)²

其中，w为任意点的加权项，D为所述任意点所对应的地震数据，I为所述任意点所对应的地震数据的希尔伯特变换。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当D/I>10时，w＝D⁴；当D/I<1/10时，w＝I⁴。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵的公式为：

T_i＝V_iV_i ^T

其中，T_i为预定点的梯度结构张量方阵，V_i为预定点的梯度向量，V_i ^T为预定点的梯度向量的转置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预定点位于预定时空窗口的中心。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预定点的倾角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第二分量的反余弦。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预定点的方位角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第三分量的反余弦。

8.一种根据地震数据确定方向性的装置，所述装置包括：

梯度计算单元，用于根据预定点所对应的地震数据计算预定点的梯度向量；

构造单元，用于基于所述梯度向量，构造预定点的梯度结构张量方阵；

平滑单元，用于对预定点的梯度结构张量方阵进行平滑，以得到预定点的平滑结构张量方阵；

特征值计算单元，用于计算预定点的平滑结构张量方阵的特征值；

特征向量计算单元，用于基于所述特征值中的最大特征值计算最大特征值对应的特征向量；

确定单元，用于基于所述特征向量，确定预定点的方向性，

其中，平滑单元通过将预定点的梯度结构张量方阵与所述预定点的平滑加权因子相乘，得到预定点的平滑结构张量方阵，

其中，平滑加权因子通过如下公式获得：

$H_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{w}_j}{w_i}$

其中，H_i为预定点的平滑加权因子，w_i为预定点的加权项，k为包含预定点在内的预定时空窗口中存在的点的数量，w_j为预定时空窗口中第j点的加权项，

其中，所述预定时空窗口是以预定点为参考点的具有预定尺寸和形状的窗口，

其中，确定单元确定的预定点的方向性包括预定点的倾角和/或预定点的方位角。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，任意点的加权项通过如下公式获得：

w＝(D²+I²)²

其中，w为任意点的加权项，D为所述任意点所对应的地震数据，I为所述任意点所对应的地震数据的希尔伯特变换。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，当D/I>10时，w＝D⁴；当D/I<1/10时，w＝I⁴。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，构造单元利用如下公式构造预定点的梯度结构张量方阵：

T_i＝V_iV_i ^T

其中，T_i为预定点的梯度结构张量方阵，V_i为预定点的梯度向量，V_i ^T为预定点的梯度向量的转置。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，预定点位于预定时空窗口的中心。

13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，预定点的倾角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第二分量的反余弦。

14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，预定点的方位角为预定点的最大特征值对应的特征向量的第三分量的反余弦。