CN109407143A - 基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，该基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法包括：步骤1，确定工区范围，确定炮点和接收点范围，需要设计的炮点数、接收线数和接收点数；步骤2，设计接收线，根据工区范围和接收线数，优化设计接收线的布设位置；步骤3，设计接收点，根据确定的接收线位置，优化设计接收点的布设位置；步骤4，设计炮点，根据炮点布设范围，优化设计炮点的布设位置；步骤5，根据优化设计的炮点和接收点位置，生成基于压缩感知的非规则优化观测系统。该基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法通过对观测系统的优化，最小化重建信号误差，为精细储层预测和油气勘探提供准确资料。

Description

基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法。

背景技术

目前，基于压缩感知理论的采样方法主要有：1)泊松碟随机采样——通过在相邻采样点周围设置一些具有一定半径的圆盘来控制采样间隔；2)Jittered采样——首先对所有样点进行均匀分段，然后在每段内以中心样点为基准做随机抖动来选取采样点；3)分段采样——对所有样点先分段，然后在每个子段内随机选取一个作为采样点；4)改进的分段采样——保持分段随机采样优点的同时解决了剩余样点的。

目前，基于压缩感知理论的采样方法，均为随机采样方法。这些方法虽然可以成为高效地震采集的有效方法，但由于重建后的信号较真实信号误差偏大，不能完全真实地恢复高密度采集的有效信号。为此我们发明了一种新的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据压缩感知理论，利用贪心序贯策略，优化设计地震采集非规则观测系统的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，该基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法包括：步骤1，确定工区范围，确定炮点和接收点范围，需要设计的炮点数、接收线数和接收点数；步骤2，设计接收线，根据工区范围和接收线数，优化设计接收线的布设位置；步骤3，设计接收点，根据确定的接收线位置，优化设计接收点的布设位置；步骤4，设计炮点，根据炮点布设范围，优化设计炮点的布设位置；步骤5，根据优化设计的炮点和接收点位置，生成基于压缩感知的非规则优化观测系统。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，确定工区的范围，并确定炮点和接收点的布设范围，并根据常规采集和高效采集的观测系统，确定进行压缩感知采集所需布设的炮点数目和接收点数目。

在步骤2中，根据接收点的布设范围和接收线的数目，利用贪心序贯策略优化设计接收线的位置。

在步骤2中，假设接收线数为Lr，该步骤等效为一条线上的Lr个点的优化设计，包括以下步骤：

步骤21，确定接收线的数目Lr和垂直接收线方向的网格间距，将所有垂直接收线的网格点作为候选采样点；

步骤22，设采样矩阵为Φ，定义Ψ＝ΦF^H，其中，F表示傅里叶变换，上标^H表示共轭转置，Ψ记为感知矩阵，设感知矩阵Ψ的任意两个列向量分别为Ψ_i和Ψ_j，列向量间的最大互相关值μ记为

步骤23，假设接收线的采样矩阵为Φ_Lr，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_Lr后的μ_Lr值，取使μ_Lr值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_Lr；

步骤24，重复步骤23的操作，直到接收线数目达到规定的数目；

步骤25，在初步确定Φ_Lr后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_Lr＝argminμ_Lr为目标，寻找使得μ_Lr最小时的采样矩阵Φ_Lr，从而确定最终的接收线位置。

步骤3包括：

步骤31，确定接收点的数目Nr和网格间距，将接收点布设范围内的所有网格点作为候选采样点；

步骤32，假设接收点的采样矩阵为Φ_r，在接收线采样矩阵Φ_Lr的基础上，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_r后的μ_r值，取使μ_r值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_r；

步骤33，重复步骤32的操作，直到接收点数达到规定的数目；

步骤34，在初步确定Φ_r后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_r＝argminμ_r为目标，寻找使得μ_r最小时的采样矩阵Φ_r，从而确定所有接收点的最终布设位置。

步骤4包括：

步骤41，确定接收点的数目Ns和网格间距，将所有炮点布设范围内的网格点作为候选采样点；

步骤42，假设炮点采样矩阵为Φ_s，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_s后的μ_s值，取使μ_s值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_s；

步骤43，重复步骤42的操作，直到炮点数达到规定的数目；

步骤44，在初步确定Φ_s后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_s＝argminμ_s为目标，寻找使得μ_s最小时的采样矩阵Φ_s，从而确定所有炮点的最终布设位置。

本发明中的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，根据压缩感知理论，利用贪心序贯策略，优化设计地震采集非规则观测系统。通过对观测系统的优化，最小化重建信号误差，为精细储层预测和油气勘探提供准确资料，为实现“两宽一高”的勘探目的提供采集基础。

附图说明

图1为本发明的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中优化设计的非规则观测系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法的流程图。

步骤101：确定工区的范围，并确定炮点和接收点的布设范围，并根据常规采集和高效采集的观测系统，确定进行压缩感知采集所需布设的炮点数目和接收点数目。由于本发明设计的炮点完全分散布设，而接收点在接收线内分散布设，因此，需要确定接收线的数目。

步骤102：根据接收点的布设范围和接收线的数目，利用贪心序贯策略优化设计接收线的位置。由于只设计接收线的位置，因此坐标只涉及到一个方向的变化，假设接收线数为Lr，可以将该步骤等效为一条线上的Lr个点的优化设计：

①确定接收线的数目Lr和垂直接收线方向的网格间距，将所有垂直接收线的网格点作为候选采样点；

②设采样矩阵为Φ，定义Ψ＝ΦF^H，其中，F表示傅里叶变换，上标^H表示共轭转置，Ψ记为感知矩阵。设感知矩阵Ψ的任意两个列向量分别为Ψ_i和Ψ_j，列向量间的最大互相关值μ记为

③假设接收线的采样矩阵为Φ_Lr，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_Lr后的μ_Lr值，取使μ_Lr值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_Lr；

④重复步骤③的操作，直到接收线数目达到规定的数目；

⑤在初步确定Φ_Lr后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_Lr＝argminμ_Lr为目标，寻找使得μ_Lr最小时的采样矩阵Φ_Lr，从而确定最终的接收线位置。

步骤103：根据接收点的布设范围和接收点数目，优化设计接收点的位置：

①确定接收点的数目Nr和网格间距，将接收点布设范围内的所有网格点作为候选采样点；

②假设接收点的采样矩阵为Φ_r，在接收线采样矩阵Φ_Lr的基础上，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_r后的μ_r值，取使μ_r值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_r；

③重复步骤②的操作，直到接收点数达到规定的数目；

④在初步确定Φ_r后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_r＝argminμ_r为目标，寻找使得μ_r最小时的采样矩阵Φ_r，从而确定所有接收点的最终布设位置。

步骤104：根据炮点的布设范围和炮点的数目，优化设计炮点的位置：

①确定接收点的数目Ns和网格间距，将所有炮点布设范围内的网格点作为候选采样点；

②假设炮点采样矩阵为Φ_s，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_s后的μ_s值，取使μ_s值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_s；

③重复步骤②的操作，直到炮点数达到规定的数目；

④在初步确定Φ_s后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_s＝argminμ_s为目标，寻找使得μ_s最小时的采样矩阵Φ_s，从而确定所有炮点的最终布设位置。

步骤105：根据优化设计的炮点位置和接收点位置，生成基于压缩感知的非规则优化观测系统。

在应用本发明的一具体实施例中，选择某一试验工区，范围为14km×8km，接收点布设到整个工区范围，炮点区域为10km×2km。为获取42条接收线，线距180米，每条线911道，道间距15米的地震记录，通过非规则观测系统设计，将接收点设计为32条接收线，线距240米，每条线456道，道间距30米。在原始规则接收点设计的基础上，保持大致的覆盖范围，但只取总采样点数的75％，即线数32条不变，平均每条线取342道，平均道间距40米，共10944道。

如图2所示，为优化设计的非规则观测系统，其中中间小方块表示炮点位置，东西方向上的多条小竖线表示接收点位置,道间距最小15米，最大75米。接收线间距最小150米，最大705米。本发明将炮点和接收点分开进行设计。接收点首先进行接收线的优化设计，然后进行接收点的优化设计；炮点完全打散进行设计。

本发明基于压缩感知理论，利用贪心序贯策略，进行地震采集非规则观测系统的优化设计。通过优化采样点位置，构建采样矩阵，进行炮点和接收点位置的优化。通过该发明，可以在高密度勘探领域，大大减少采集炮点和接收点的数目，降低野外采集的费用，并且保证高密度勘探的高精度和高分辨率，为精细储层预测和油气勘探提供准确资料，为实现“两宽一高”的勘探目的提供采集基础。

Claims (6)

1.基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，该基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法包括：

步骤1，确定工区范围，确定炮点和接收点范围，需要设计的炮点数、接收线数和接收点数；

步骤2，设计接收线，根据工区范围和接收线数，优化设计接收线的布设位置；

步骤3，设计接收点，根据确定的接收线位置，优化设计接收点的布设位置；

步骤4，设计炮点，根据炮点布设范围，优化设计炮点的布设位置；

步骤5，根据优化设计的炮点和接收点位置，生成基于压缩感知的非规则优化观测系统。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，在步骤1中，确定工区的范围，并确定炮点和接收点的布设范围，并根据常规采集和高效采集的观测系统，确定进行压缩感知采集所需布设的炮点数目和接收点数目。

3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，在步骤2中，根据接收点的布设范围和接收线的数目，利用贪心序贯策略优化设计接收线的位置。

4.根据权利要求3所述的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，在步骤2中，假设接收线数为Lr，该步骤等效为一条线上的Lr个点的优化设计，包括以下步骤：

步骤21，确定接收线的数目Lr和垂直接收线方向的网格间距，将所有垂直接收线的网格点作为候选采样点；

步骤22，设采样矩阵为Φ，定义Ψ＝ΦF^H，其中，F表示傅里叶变换，上标^H表示共轭转置，Ψ记为感知矩阵，设感知矩阵Ψ的任意两个列向量分别为Ψ_i和Ψ_j，列向量间的最大互相关值μ记为

步骤23，假设接收线的采样矩阵为Φ_Lr，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_Lr后的μ_Lr值，取使μ_Lr值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_Lr；

步骤24，重复步骤23的操作，直到接收线数目达到规定的数目；

步骤25，在初步确定Φ_Lr后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_Lr＝arg minμ_Lr为目标，寻找使得μ_Lr最小时的采样矩阵Φ_Lr，从而确定最终的接收线位置。

5.根据权利要求1所述的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤31，确定接收点的数目Nr和网格间距，将接收点布设范围内的所有网格点作为候选采样点；

步骤32，假设接收点的采样矩阵为Φ_r，在接收线采样矩阵Φ_Lr的基础上，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_r后的μ_r值，取使μ_r值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_r；

步骤33，重复步骤32的操作，直到接收点数达到规定的数目；

步骤34，在初步确定Φ_r后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_r＝arg minμ_r为目标，寻找使得μ_r最小时的采样矩阵Φ_r，从而确定所有接收点的最终布设位置。

6.根据权利要求1所述的基于压缩感知的地震勘探非规则观测系统设计方法，其特征在于，步骤4包括：

步骤41，确定接收点的数目Ns和网格间距，将所有炮点布设范围内的网格点作为候选采样点；

步骤42，假设炮点采样矩阵为Φ_s，遍历所有候选采样点，计算将每个候选采样点加入采样矩阵Φ_s后的μ_s值，取使μ_s值最小的候选点作为新增采样点，更新采样矩阵Φ_s；

步骤43，重复步骤42的操作，直到炮点数达到规定的数目；

步骤44，在初步确定Φ_s后，以每个采样点的位置为基准做随机抖动，进行采样微调，以Φ_s＝arg minμ_s为目标，寻找使得μ_s最小时的采样矩阵Φ_s，从而确定所有炮点的最终布设位置。