CN104407383B - 三维地震照明分析并行实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维地震照明分析并行实现方法，该方法通过建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵解决了炮检关系频繁检索耗时问题，通过照明能量计算的向量重构，解决了炮检对的双向照明能量计算耗费大量I/O时间的问题，从而减少了数据用磁盘缓冲带来的耗时问题，因此，本发明可实现地震照明的快速分析，从而提高了地震照明分析的效率。

Description

三维地震照明分析并行实现方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，尤其是涉及一种三维地震照明分析并行实现方法。

背景技术

地震照明分析是研究地震波能量在复杂构造中传播的有效手段。地震照明分析结果可用于指导地震勘探观测系统设计，从而可以提高野外数据采集和最终地震成像质量。

在地震照明分析中，由于需要计算每个炮检对的单双向照明能量数据，而地震勘探观测系统通常具有多达上亿个炮检对，而且通常目的层多且埋藏较深。按照传统的计算方法：把观测系统中布设的所有检波点的照明能量，从地表到最深目的层的都计算出来并按每检波点一个文件存放在磁盘中，然后计算每个炮点的照明能量，按排列关系搜索检点，读取对应检波点的能量数据，累加在一起，再与炮点能量相乘，得到该炮的双向照明能量值。这种计算方法耗费大量的I/O时间，以及炮检关系的检索时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维地震照明分析并行实现方法，以实现地震照明的快速分析，提高分析效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种三维地震照明分析并行实现方法，包括以下步骤：

S1、建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵；

S2、将所述三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分成若干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应的炮检关系矩阵中的对应项相关联；

S3、根据所述计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵；

S4、根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵并行计算该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵；

S5、将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵与其对应所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵相乘求得该炮点在本波场层的照明能量值；

S6、循环上述步骤S3～S5获取所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值；

S7、将所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值累加得到所述三维地震观测系统中所有炮点在本波场层的照明能量总值；

S8、循环上述步骤S3～S7从地表至目的层逐层计算出每一波场层的照明能量总值；

S9、将所述每一波场层的照明能量总值累加得到所述三维空间波场的照明能量总值。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵，具体包括：

建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标映射表；

扫描预先定义的炮检物理关系，根据所述网格坐标映射表对所述预先定义的炮检物理关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，在所述构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵后，剔除期中重复的炮检关系矩阵。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵获取该炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵，具体包括：

根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播至本波场层的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时域地震波通过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波；

对所述频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵；

将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反变换，获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，在所述获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还包括：

对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对应修正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵获取该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵，具体包括：

将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵分别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵；

构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵：

将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述离散傅里叶变换为快速傅里叶变换FFT。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述快速傅里叶变换具体包括：

使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用不同的缓冲区，并将输出进行转置存放；

使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的输出。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的变换，以及使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列的变换均采用以2为基底的8点蝶形结构实现。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，具体包括：

通过并行循环消减法沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵的对角矩阵线性方程组。

本发明的三维地震照明分析并行实现方法，通过建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵解决了炮检关系频繁检索耗时问题，通过照明能量计算的向量重构，解决了炮检对的双向照明能量计算耗费大量I/O时间的问题，从而减少了数据用磁盘缓冲带来的耗时问题，因此，本发明可实现地震照明的快速分析，从而提高了地震照明分析的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法的流程图；

图2为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中炮检关系矩阵示意图；

图3为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中对角矩阵线性方程组示意图；

图4为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中照明角度矩阵计算示意图；

图5为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中炮点波场能量值计算示意图；

图6为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中一炮点所对应的所有检波点照明能量值矩阵示意图；

图7为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中一炮点的照明能量值的计算示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参考图1所示，本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法包括以下步骤：

S1、建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。具体的：

首先，建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标映射表；

然后，扫描预先定义的炮检物理关系，根据网格坐标映射表对预先定义的炮检物理关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵(例如图2所示)，其中，炮检关系矩阵中每个元素是一个检波点的逻辑编码，矩阵中每个元素的位置就是检波点照明能量存放位置，从而为照明能量计算时快速检索提供了便利。

由此可见，本发明实施例对三维地震观测系统进行了矩阵化处理，合并了系统中的共享排列，缩短了炮点与其对应所有检波点炮检点的检索时间，从而压缩炮检关系。在实际的三维地震施工中，一般要放多炮后才滚动一次排列，所以可以把这些炮使用的相同排列称为共享排列，本发明实施例能够压缩为一个排列来描述，减少了内存空间，缩小了检索时间。

此外，在构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵后，还可以剔除期中重复的炮检关系矩阵，以修正炮点的关系映射，避免炮点共享的炮检关系矩阵被置空而造成炮检关系丢失。

S2、将三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分成若干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应的炮检关系矩阵中的对应项相关联。本发明实施例是针对三维空间波场的计算，该波场在相同频率下，在深度方向的波场是下层依赖上层波场，所以目的层的波场，就需要从地表开始计算每层的波场直至目的层。在每个波场层内，把水平面X和Y方向的波场计算合并成一个二维波场计算来完成。

S3、根据计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵。具体的：

首先，根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播至本波场层的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时域地震波通过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波；

其次，对频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵；

最后，将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反变换，获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。

其中，离散傅里叶变换可以采用快速傅里叶变换(Fast FourierTransformation，FFT)。本发明实施例把二维FFT变换进行了分解：先使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用不同的缓冲区，并将输出进行转置存放；再使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的行的输出，其中，使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的行的变换，以及使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的列的变换均采用以2为基底的8点蝶形结构实现，该结构能更好的分解算法中的向量大小，且能适应计算机多核的分布结构。每个炮点及其所属所有检波点的二维时域地震波的FFT变换可以同时进行，从而达到一个一维FFT变换的并行化，提高了变换性能。

此外，在获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还包括：

对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对应修正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。其中，所谓的宽角校正主要是沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵的对角矩阵线性方程组，其矩阵结构如图3所示，例如可以通过并行循环消减法沿水平面二维方向求解。

S4、根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩并行计算取该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵。具体的：

首先，将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵分别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵，如图4所示；

其次，构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵，该复指数矩阵为该炮点其所属所有检波点在XY二维平面上，沿X方向和沿Y方向的频率响应复数值。

最后，将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵，如图5所示。

S5、将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵SE与其对应所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵(如图6所示)相乘求得该炮点在本波场层的照明能量值，如图7所示。

S6、循环上述步骤S3～S5获取三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值。

S7、将三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值累加得到三维地震观测系统中所有炮点在本波场层的照明能量总值

S8、循环上述步骤S3～S7从地表至目的层逐层计算出每一波场层的照明能量总值。

S9、将每一波场层的照明能量总值累加得到三维空间波场的照明能量总值。

本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法，通过建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵解决了炮检关系频繁检索耗时问题，通过照明能量计算的向量重构，解决了炮检对的双向照明能量计算耗费大量I/O时间的问题，从而减少了数据用磁盘缓冲带来的耗时问题，因此，本发明可实现地震照明的快速分析，从而提高地震照明分析的效率。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块、单元和步骤可以通过硬件、软件或两者的结合来实现。至于是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵；

S2、将所述三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分成若干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应的炮检关系矩阵中的对应项相关联，其中，所述计算矩阵为该层内的所有炮点及其所属检波点的炮检关系矩阵的并集；

S3、根据所述计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵；

S4、根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵并行计算该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵；

S5、将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵与其对应所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵相乘求得该炮点在本波场层的照明能量值；

S6、循环上述步骤S3～S5获取所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值；

S7、将所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值累加得到所述三维地震观测系统中所有炮点在本波场层的照明能量总值；

S8、循环上述步骤S3～S7从地表至目的层逐层计算出每一波场层的照明能量总值；

S9、将所述每一波场层的照明能量总值累加得到所述三维空间波场的照明能量总值。

2.根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵，具体包括：

建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标映射表；

扫描预先定义的炮检物理关系，根据所述网格坐标映射表对所述预先定义的炮检物理关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。

3.根据权利要求2所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，在所述构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵后，剔除其中重复的炮检关系矩阵。

4.根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵获取该炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵，具体包括：

根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播至本波场层的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时域地震波通过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波；

对所述频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵；

将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反变换，获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。

5.根据权利要求4所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，在所述获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还包括：

对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对应修正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。

6.根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵获取该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵，具体包括：

将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵分别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵；

构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵：

将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵。

7.根据权利要求4所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述离散傅里叶变换为快速傅里叶变换FFT。

8.根据权利要求7所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述快速傅里叶变换具体包括：

使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用不同的缓冲区，并将输出进行转置存放；

使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的输出。

9.根据权利要求8所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的变换，以及使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列的变换均采用以2为基底的8点蝶形结构实现。

10.根据权利要求5所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，具体包括：

通过并行循环消减法沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵的对角矩阵线性方程组。