CN108845350A - 反演二维速度模型的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种反演二维速度模型的方法及装置，该方法包括：确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；构造观测直达波纵波旅行时与理论直达波纵波旅行时的残差目标函数并确定其极小值，以获取井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；根据最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；网格化井旁二维地质模型；确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；根据观测直达波纵波旅行时、理论直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时和理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。本申请可获得更加精确的VSP地震成像数据。

Description

反演二维速度模型的方法及装置

技术领域

本申请涉及地震数据处理技术领域，尤其是涉及一种反演二维速度模型的方法及装置。

背景技术

地震数据叠前深度偏移需要输入地下地层的速度模型，建立与真实地下介质相符合的深度域速度模型是提高地震数据，特别是深层地震勘探数据成像质量的关键。VSP(Vertical Seismic Profiling，垂直地震剖面)数据由于是在井下接收，能够提供准确的时深关系数，在速度建模时，通过会利用VSP初至波的走时信息反演速度模型。

目前，利用VSP数据进行速度建模的方法主要有：(1)利用测井曲线或零偏VSP初至时间反演一维水平速度模型，再此基础上利用Walkaway VSP的初至旅行时反演各项异性参数。(2)利用VSP初至波层析成像的方法反演二维速度模型，该方法考虑了模型的纵横向速度变化。这两种方法都只用VSP初至波走时信息，只能反演出接收点以上地层的速度，对于接收点以下的速度反演无能为力，并且，第一种方法得到的为简单的一维模型，不能适应复杂构造地质条件下的VSP数据成像；第二种方法会受到VSP数据量不足及射线覆盖次数不均匀的限制。

综上所述，现有利用VSP数据进行速度建模的方法，难以获得精确VSP数据成像，从而影响了地震数据成像质量。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种反演二维速度模型的方法及装置，以获得更加精确的VSP成像数据，提高地震成像数据的质量。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种反演二维速度模型的方法，包括：

确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，还包括：

对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时，包括：

确定井旁初始速度模型的反射界面深度；

根据公式确定所述井旁初始速度模型的慢度；

根据公式确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时；

其中，T(z)为深度z处的理论直达波纵波旅行时，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i和H_i-1分别为第i个和第i-1个反射界面的深度，和分别为第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时间，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述残差目标函数包括：

其中，Φ为残差目标函数，T(h_j)为深度h_j处的理论直达波纵波旅行时，为到达第j个接收点的观测直达波纵波旅行时，h_j为第j个接收点的深度，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i为第i个反射界面的深度，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，N为接收点数量，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型，包括：

根据公式确定直达波到达所述井旁初始速度模型中每个反射界面上的直达波纵波旅行时；

根据公式确定每个反射界面的纵波速度模型；

其中，T_k(H_k)为深度H_k处的理论直达波纵波旅行时，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i和H_i-1分别为第i个和第i-1个反射界面的深度，H_k为第k个反射界面的深度，V_i为第i个反射界面的纵波速度模型，T_i和T_i-1分别为炮点到第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时，包括：

根据公式确定网格化后的井旁二维地质模型中射线与反射界面的交点；

以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角；并以所述交点作为炮点，确定网格化后的井旁二维地质模型中接收点到反射界面上每一个网格节点的第二理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第二夹角；

确定第一夹角与第二夹角差值最小时所对应的反射界面及反射界面网格节点，并将炮点和接收点到达该反射界面网格节点的，第一理论纵波旅行时和第二理论纵波旅行时相加，得到当前炮检对在该反射界面上的理论反射波纵波旅行时；

其中，x和z分别为射线传播路径上的横坐标和深度坐标，β为纵波速度随深度增加的系数，θ₀为初始入射角，c⁰，c¹，c²，c³为常系数。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时，包括以下步骤：

a.根据公式计算当前射线的入射角根据公式计算所述当前射线的传播路径，并根据所述当前射线的传播路径判断所述当前射线是否能到达接收井段；如果能到达，则利用公式计算所述当前射线的射线旅行时t₂；否则跳转至步骤d；

b.根据公式计算入射角为的下一条射线的射线旅行时t₃，并根据公式计算t₁和t₂的平均值ts；

c.判断δ_t＝|ts-t₃|是否小于ε_t；如果δ_t<ε_t，将和t₂保存为插值样点，令计算新的角度步长并跳转至步骤a；否则令且并跳转至步骤a；

d.得到给定坐标精度εr条件下的接收边界点，并保存新的边界点为插值样点；

e.根据插值样点和插值公式计算炮点到各接收点的第一理论纵波旅行时；

其中，和t₁分别为从任一炮点以入射角发出的射线到达接收井段的旅行时t₁，为射线扫描所用的最小入射角度步长，v₀为初始纵波速度，ε_t为预设的射线追踪计算过程中的射线旅行时精度，α为时间差值步长且0<α<1，为到达第k个接收点的第一理论纵波旅行时t_i和t_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的射线旅行时，z_i和z_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的深度坐标，z_k为第i个接收点的深度坐标，N接收点个数。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角，包括：

根据公式计算网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角；

其中，x_i为第i个位置点的横坐标，z_i为第i个位置点的深度坐标，θ为网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度，包括：

构建多维最小二乘目标函数

求解所述多维最小二乘目标函数，得到以多项式描述的反射界面和纵波速度；

其中，Φ₁为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测直达波纵波旅行时和第一理论纵波旅行时，N_p为井下接收点数，Φ₂为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测反射波纵波旅行时和第二理论纵波旅行时，N^ppi为第i层反射界面对应的接收点数。

本申请实施例的反演二维速度模型的方法中，所述对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化，包括：

用三次样条函数对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

另一方面，本申请实施例还提供了一种反演二维速度模型的装置，包括：

第一走时确定模块，用于确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

目标函数构造模块，用于构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

最优慢度确定模块，用于确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

速度模型确定模块，用于根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

模型网格化模块，用于网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

第二走时确定模块，用于确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

反演模型获取模块，用于根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

本申请实施例的反演二维速度模型的装置，还包括：

反演模型优化模块，用于在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

另一方面，本申请实施例还提供了另一种反演二维速度模型的装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，由于利用了反射波的走时信息，本申请实施例得到的模型与现有技术只用初至波得到的模型相比，反演得到的模型区域不但在横向上得到了延展，在纵向上也得到了加深，使得在接收点以下的地层速度也可以被反演出来。因此，本申请实施例可获得更加精确的VSP成像数据，从而提高了地震成像数据的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中反演二维速度模型的方法的流程图；

图2为本申请一实施例中常速度梯度介质中的射线传播示意图；

图3为本申请一实施例中最优样条节点分布示意图；

图4为本申请一实施例中一真实二维速度模型示意图；

图5为本申请一实施例中基于有限差分波场及拾取的走时示意图；

图6为本申请一实施例中反演计算得到的二维速度模型示意图；

图7为本申请一实施例中反演二维速度模型的装置的结构方框图；

图8为本申请另一实施例中反演二维速度模型的装置的结构方框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1所示，本申请实施例的可以包括以下步骤：

S101、确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时。

在本申请一实施例中，所述观测直达波纵波旅行时和所述观测反射波纵波旅行时，可通过拾取零偏及Walkaway VSP记录上初至波和上行P波的旅行时间得到。在一示例性实施例中，一真实二维速度模型如图4所示，而利用该模型正演Walkaway VSP记录，可在该VSP记录上拾取下行P波和上行P波，从而得到炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时和观测反射波纵波旅行时，例如图5所示。

在本申请一实施例中，所述确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时可以包括以下步骤：

首先，可先确定井旁初始速度模型的反射界面深度。在本申请一实施例中，可以利用过井地质模型剖面，确定各个过井反射界面的深度H_i，i＝1,2,...,M，M为井旁初始模型的反射界面数。

其次，可根据公式确定所述井旁初始速度模型的慢度。

然后，可根据公式确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时。

其中，T(z)为深度z处的理论直达波纵波旅行时，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i和H_i-1分别为第i个和第i-1个反射界面的深度，和分别为第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时间，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量。

S102、构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数。

在本申请一实施例中，所述残差目标函数可以为：

其中，Φ为残差目标函数，T(h_j)为深度h_j处的理论直达波纵波旅行时，为到达第j个接收点的观测直达波纵波旅行时，h_j为第j个接收点的深度，N为接收点数量。

S103、确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度。

在本申请一实施例中，通过求解上述残差目标函数，可以确定所述残差目标函数的极小值；相应的，可得到预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度。

S104、根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型。

在本申请一实施例中，所述根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型可以包括以下步骤：

首先，可根据公式确定直达波到达所述井旁初始速度模型中每个反射界面上的直达波纵波旅行时；

然后，可根据公式确定每个反射界面的纵波速度模型；

其中，T_k(H_k)为深度H_k处的理论直达波纵波旅行时，H_k为第k个反射界面的深度，V_i为第i个反射界面的纵波速度模型，T_i和T_i-1分别为炮点到第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时。

S105、网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上。

在本申请一实施例中，可利用过井地质模型剖面，并根据给定的井旁二维地质模型范围和网格步长，对井旁二维地质模型进行网格剖分，并将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上。

S106、确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时。

在本申请一实施例中，所述确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时可以包括以下步骤：

首先，可根据公式确定网格化后的井旁二维地质模型中射线与反射界面的交点。

其次，可以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角；并以所述交点作为炮点，确定网格化后的井旁二维地质模型中接收点到反射界面上每一个网格节点的第二理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第二夹角。

然后，可以确定第一夹角与第二夹角差值最小时所对应的反射界面及反射界面网格节点，并将炮点和接收点到达该反射界面网格节点的，第一理论纵波旅行时和第二理论纵波旅行时相加，得到当前炮检对在该反射界面上的理论反射波纵波旅行时。

其中，x和z分别为射线传播路径上的横坐标和深度坐标，β为纵波速度随深度增加的系数，θ₀为初始入射角，c⁰，c¹，c²，c³为常系数。

在本申请一实施例中，上述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时，可以包括以下步骤：

a.根据公式计算当前射线的入射角根据公式计算所述当前射线的传播路径，并根据所述当前射线的传播路径判断所述当前射线是否能到达接收井段；如果能到达，则利用公式计算所述当前射线的射线旅行时t₂；否则跳转至步骤d；

b.根据公式计算入射角为的下一条射线的射线旅行时t₃，并根据公式计算t₁和t₂的平均值ts；

c.判断δ_t＝|t_s-t₃|是否小于ε_t；如果δ_t<ε_t，将和t₂保存为插值样点，令计算新的角度步长并跳转至步骤a；否则令且并跳转至步骤a；

d.得到给定坐标精度εr条件下的接收边界点，并保存新的边界点为插值样点；

e.根据插值样点和插值公式计算炮点到各接收点的第一理论纵波旅行时；

其中，和t₁分别为从任一炮点以入射角发出的射线到达接收井段的旅行时t₁，为射线扫描所用的最小入射角度步长，v₀为初始纵波速度，ε_t为预设的射线追踪计算过程中的射线旅行时精度，α为时间差值步长且0<α<1，为到达第k个接收点的第一理论纵波旅行时t_i和t_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的射线旅行时，z_i和z_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的深度坐标，z_k为第i个接收点的深度坐标，N接收点个数。

在本申请一实施例中，所述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角，包括：

根据公式计算网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角，例如2所示。在图2中，(x_i,z_i)为射线传播路径上的任一点，x_i为第i个位置点的横坐标，z_i为第i个位置点的深度坐标，θ为网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角。其中，该公式为射线方程的切线方程，利用该式可以得到过点(x_i,z_i)的切线方程，然后根据切线方程的斜率可以计算出点(x_i,z_i)处的射线角度θ。

在本申请一实施例中，上述以所述交点作为炮点，确定网格化后的井旁二维地质模型中接收点到反射界面上每一个网格节点的第二理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第二夹角，可以相应参考上述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角的处理过程，在此不再赘述。

在本申请一实施例中，所述确定第一夹角与第二夹角差值最小时所对应的反射界面及反射界面网格节点，并将炮点和接收点到达该反射界面网格节点的，第一理论纵波旅行时和第二理论纵波旅行时相加，得到当前炮检对在该反射界面上的理论反射波纵波旅行时，可以包括以下步骤：

首先根据公式获取第一夹角和第二夹角的角度差

其次搜寻角度差的最小值对应的反射界面序号i_min和反射界面网格节点序号k_min，然后将炮点和接收点到达反射界面序号为i_min，网格节点序号为k_min的旅行时和相加，得到当前炮检对在该反射界面上的第一理论纵波旅行时i＝1,2,...,M,j＝1,2,...,N，M为井旁初始模型的反射界面数，N为井下接收点数。

S107、根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

在本申请一实施例中，所述根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度可包括以下步骤：

构建多维最小二乘目标函数

可利用Hooke-Jeve多维优化算法等求解所述多维最小二乘目标函数，从而可得到以多项式描述的反射界面和纵波速度；

其中，Φ₁为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测直达波纵波旅行时和第一理论纵波旅行时，N_p为井下接收点数，Φ₂为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测反射波纵波旅行时和第二理论纵波旅行时，N^ppi为第i层反射界面对应的接收点数。

在本申请一实施例中，在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，还可以包括步骤：

S108、对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

在本申请一实施例中，可用三次样条函数对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化，及用三次样条函数来描述反射界面和纵波速度。具体的，

可首先用样条节点来重建速度模型，节点数一般不少于3个，模型左、右两个边界点节以及井上的固定节点，还可以根据反射界面的精度及曲率半径的大小来合理的增加节点。由于射线追踪方法要求光滑的反射界面，因此必须限定反射界面的最小曲率半径，如图3所示。为求取样条节点最优分布，可建立如下目标函数：

其中，为第i层反射界面上第j个样条节点的纵坐标，和分别为第l个接收点的观测反射波纵波旅行时和理论纵波旅行时，M为反演模型的反射界面数，N^ppi为第i层反射界面对应的接收点数。利用Hooke-Jeves优化算法，在给定的样条节点移动边界内在垂直方向上移动样条节点，可得到反射界面最佳的样条节点分布，进而得到以三次样条函数描述的反射界面以及P波速度，从而反演得到二维速度模型，例如6所示。

由于在理论时距曲线计算时采用了常速度梯度射线追踪方法，反射界面是用三次样条函数的平滑曲线来描述的，算法具有较高的计算效率，并且反演的模型参数具有较高的精度。其中，表1为得到的二维速度模型的反演参数误差分析表，由此可见本申请实施例中，无论反演的速度还是模型界面误差都很小，说明了本申请实施例的方法具有很高的反演精度。

表1反演参数误差分析表

由此可见，综合利用Walkaway VSP记录上的直达波和上行纵波的旅行时信息，构造关于实际观测旅行时与理论计算旅行时残差的目标函数，并通过求解这一极小值问题的最优解来反演最优的二维纵波速度模型。由于利用了反射波的走时信息，本申请实施例得到的模型与现有技术只用初至波得到的模型相比，反演得到的模型区域不但在横向上得到了延展，在纵向上也得到了加深，使得在接收点以下的地层速度也可以被反演出来。因此，本申请实施例可获得更加精确的VSP成像数据，从而提高了地震成像数据的质量。

参考图7所示，本申请实施例的一种反演二维速度模型的装置可以包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

参考图8所示，本申请实施例的另一种反演二维速度模型的装置可以包括：

第一走时确定模块81，可以用于确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

目标函数构造模块82，可以用于构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

最优慢度确定模块83，可以用于确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

速度模型确定模块84，可以用于根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

模型网格化模块85，可以用于网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

第二走时确定模块86，可以用于确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

反演模型获取模块87，可以用于根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

在本申请另一实施例中，图8所示的反演二维速度模型的装置还可以包括反演模型优化模块88，其可以用于在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种反演二维速度模型的方法，其特征在于，包括：

确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

2.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，还包括：

对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

3.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时，包括：

确定井旁初始速度模型的反射界面深度；

根据公式确定所述井旁初始速度模型的慢度；

根据公式确定炮点到各个接收点的理论直达波纵波旅行时；

其中，T(z)为深度z处的理论直达波纵波旅行时，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i和H_i-1分别为第i个和第i-1个反射界面的深度，和分别为第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时间，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量。

4.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述残差目标函数包括：

其中，Φ为残差目标函数，T(h_j)为深度h_j处的理论直达波纵波旅行时，为到达第j个接收点的观测直达波纵波旅行时，h_j为第j个接收点的深度，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i为第i个反射界面的深度，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，N为接收点数量，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量。

5.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型，包括：

根据公式确定直达波到达所述井旁初始速度模型中每个反射界面上的直达波纵波旅行时；

根据公式确定每个反射界面的纵波速度模型；

其中，T_k(H_k)为深度H_k处的理论直达波纵波旅行时，T₀为炮点到第1个接收点的直达波纵波旅行时，M为井旁初始速度模型中反射界面的数量，α_i为第i个反射界面的慢度，H_i和H_i-1分别为第i个和第i-1个反射界面的深度，H_k为第k个反射界面的深度，V_i为第i个反射界面的纵波速度模型，T_i和T_i-1分别为炮点到第i个和第i-1个反射界面对应深度的接收点的直达波纵波旅行时。

6.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时，包括：

根据公式确定网格化后的井旁二维地质模型中射线与反射界面的交点；

以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角；并以所述交点作为炮点，确定网格化后的井旁二维地质模型中接收点到反射界面上每一个网格节点的第二理论纵波旅行时及该网格节点的射线传播方向与垂直方向的第二夹角；

确定第一夹角与第二夹角差值最小时所对应的反射界面及反射界面网格节点，并将炮点和接收点到达该反射界面网格节点的，第一理论纵波旅行时和第二理论纵波旅行时相加，得到当前炮检对在该反射界面上的理论反射波纵波旅行时；

其中，x和z分别为射线传播路径上的横坐标和深度坐标，β为纵波速度随深度增加的系数，θ₀为初始入射角，c⁰，c¹，c²，c³为常系数。

7.如权利要求6所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的第一理论纵波旅行时，包括以下步骤：

a.根据公式计算当前射线的入射角根据公式计算所述当前射线的传播路径，并根据所述当前射线的传播路径判断所述当前射线是否能到达接收井段；如果能到达，则利用公式计算所述当前射线的射线旅行时t₂；否则跳转至步骤d；

b.根据公式计算入射角为的下一条射线的射线旅行时t₃，并根据公式计算t₁和t₂的平均值ts；

c.判断δ_t＝|t_s-t₃|是否小于ε_t；如果δ_t<ε_t，将和t₂保存为插值样点，令计算新的角度步长并跳转至步骤a；否则令且并跳转至步骤a；

d.得到给定坐标精度εr条件下的接收边界点，并保存新的边界点为插值样点；

e.根据插值样点和插值公式计算炮点到各接收点的第一理论纵波旅行时；

其中，和t₁分别为从任一炮点以入射角发出的射线到达接收井段的旅行时t₁，为射线扫描所用的最小入射角度步长，v₀为初始纵波速度，ε_t为预设的射线追踪计算过程中的射线旅行时精度，α为时间差值步长且0<α<1，为到达第k个接收点的第一理论纵波旅行时t_i和t_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的射线旅行时，z_i和z_i+1分别为第i个和第i+1个插值样点的深度坐标，z_k为第i个接收点的深度坐标，N接收点个数。

8.如权利要求6所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述以所述交点作为接收点，确定网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角，包括：

根据公式计算网格化后的井旁二维地质模型中炮点到反射界面上，每一个网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角；

其中，x_i为第i个位置点的横坐标，z_i为第i个位置点的深度坐标，θ为网格节点的射线传播方向与垂直方向的第一夹角。

9.如权利要求1所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度，包括：

构建多维最小二乘目标函数

求解所述多维最小二乘目标函数，得到以多项式描述的反射界面和纵波速度；

其中，Φ₁为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测直达波纵波旅行时和第一理论纵波旅行时，N_p为井下接收点数，Φ₂为和的残差目标函数，和分别为第l个接收点的观测反射波纵波旅行时和第二理论纵波旅行时，N^ppi为第i层反射界面对应的接收点数。

10.如权利要求2所述的反演二维速度模型的方法，其特征在于，所述对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化，包括：

用三次样条函数对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

11.一种反演二维速度模型的装置，其特征在于，包括：

第一走时确定模块，用于确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

目标函数构造模块，用于构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

最优慢度确定模块，用于确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

速度模型确定模块，用于根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

模型网格化模块，用于网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

第二走时确定模块，用于确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

反演模型获取模块，用于根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。

12.如权利要求11所述的反演二维速度模型的装置，其特征在于，还包括：

反演模型优化模块，用于在所述获取以多项式描述的反射界面和纵波速度之后，对所述以多项式描述的反射界面和纵波速度进行优化。

13.一种反演二维速度模型的装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定炮点到各个接收点的观测直达波纵波旅行时、观测反射波纵波旅行时及理论直达波纵波旅行时；

构造所述观测直达波纵波旅行时与所述理论直达波纵波旅行时的残差目标函数；

确定所述残差目标函数的极小值，以获取预设的井旁初始速度模型中各个反射层的最优层慢度；

根据所述最优层慢度确定每个反射界面的纵波速度模型；

网格化预设的井旁二维地质模型，将所述纵波速度模型填充到相应的网格位置上，并根据炮点和接收点的空间坐标，将炮点和接收点映射到相应的网格位置上；

确定网格化后的井旁二维地质模型中，每个反射界面对应的接收点上的理论反射波纵波旅行时；

根据所述观测直达波纵波旅行时、所述理论直达波纵波旅行时、所述观测反射波纵波旅行时和所述理论反射波纵波旅行时，获取以多项式描述的反射界面和纵波速度。