CN110914718B - 计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度 - Google Patents

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Abstract

一种用于计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度的方法包括接收与区域相关联的地震数据。所述区域包括一个或多个由多个点表示的地球地下层，并且每个点与地震速度相关联。通过基于多个梯度值迭代地更新所述地震速度来确定所述多个点处的地震速度，其中每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定。基于所述确定的地震速度显示一个或多个地球地下层的地震图像。

Description

计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度
优先权要求
本申请要求于2017年5月22日递交的美国申请No.62/509,300以及于2018年4月18日递交的美国申请No.15/956,261的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及地震数据处理。
背景技术
速度反演通常用于为目标区域建立可靠的地震速度模型，该模型可以用于对目标区域的地下结构进行成像。射线层析成像是广泛使用的速度反演方法，它利用记录的地震数据中的行进时间信息。然而，射线层析成像通常需要手动挑选到达事件，这是耗时的，并且在实践中经常使三维模型的建立变得难以负担。另外，基于射线的反演不能处理复杂的区域，例如复杂的地下结构的区域。还使用了基于波动式的反演方法。然而，全波形反演会存在跳周(cycle skipping)问题，这会使速度反演最终达到局部最小值。具有基于互相关的失配函数的反演具有明显的梯度伪影，梯度伪影减慢收敛到真实速度模型的速率。因此，现有的反演方法既费时又不可靠。
发明内容
本公开描述了用于计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度的方法和系统，包括计算机实现的方法、计算机程序产品和计算机系统。
在实施方式中，接收与区域相关联的地震数据，其中该区域包括一个或多个由多个点表示的地球地下层，并且每个点与地震速度相关联。通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定多个点处的地震速度，其中每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在该点的位置处的梯度来确定。基于所确定的地震速度生成并显示一个或多个地球地下层的地震图像。
前述实施方式可以使用计算机实现的方法来实现，非暂时性计算机可读介质存储计算机可读指令以执行计算机实现的方法，并且计算机实现的系统包括与硬件处理器可操作地耦接的计算机存储器，硬件处理器被配置为执行计算机实现的方法或存储在非暂时性计算机可读介质上的指令。
本公开中描述的主题可以通过有效且高效地处理频域中的地震数据来可靠地确定目标区域的地震速度。所描述的方法基于目标函数的梯度来迭代地更新该速度，该梯度与地震数据中振幅变化的影响无关。所描述的方法可以迅速地收敛到与初始速度估计的质量无关的真实速度。所确定的地震速度可以用于生成目标区域的地震图像。生成的地震图像可以用于有效的石油和天然气的勘探，比如为油气井确定钻井参数。其它优点对于本领域普通技术人员将是明显的。
本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和具体实施方式中进行阐述。通过具体实施方式、附图和权利要求书，该主题的其它特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据一些实施方式的用于计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度的示例方法的流程图。
图2是根据一些实现方式的用于迭代更新速度模型的示例方法的流程图。
图3示出了根据一些实施方式的真实速度模型。
图4A至图4B示出了根据一些实施方式的计算出的梯度。
图5A至图5C示出了根据一些实施方式在高斯模型上使用所描述的方法。
图6是示出了根据一些实施方式的示例计算机系统的框图，该示例计算机系统用于提供与本公开中描述的算法、方法、功能、处理、流程和过程相关联的计算功能。
各个附图中相似的附图标记和标号指示相似的要素。
具体实施方式
以下具体实施方式描述了计算频域中地震速度反演的与振幅无关的梯度，并且被呈现为使本领域技术人员能够在一个或多个具体实施方式的上下文中做出和使用所公开的主题。可以对所公开的实现方式进行各种修改、变更和置换，这对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在所公开的实施方式中定义的一般原理可以应用于其他实施方式和应用，而不会脱离本公开的范围。因此，本公开并不旨在限于所描述或示出的实施方式，而应赋予与所公开的原理和特征一致的最宽范围。
通过在多个源位置处向包括一个或多个地下层在内的目标区域发送地震波并且在多个接收器位置处记录反射波，可以针对所述目标区域收集地震数据。地震数据可以用于建立速度模型，例如三维速度模型，以分析目标区域的地下结构。速度模型可以包括目标区域中不同位置的地震波速度。
从高层面来看，所描述的方法使用时移(或者，行进时间)信息根据频域中记录的地震数据确定目标区域中的地震速度。所描述的方法基于目标函数(或者，失配函数)的梯度来迭代更新速度模型。为了快速收敛到真实速度(例如，可以在阈值的迭代次数内找到从真实速度开始的预定阈值内的最终估计速度)，而与初始速度估计的质量无关，目标函数基于记录的地震数据与在迭代期间使用估计速度而生成的合成地震数据之间的互相关。在频域中表示目标函数，使得可以轻松地提取行进时间信息。当得出目标函数的梯度时，分离振幅信息和行进时间信息，并且忽略振幅信息(即，振幅或功率谱对速度反演的影响)。所得梯度纯粹取决于嵌入记录的地震数据的运动信息。所描述的方法实现了良好全局收敛的自动速度反演。
图1是根据一些实施方式的用于计算频域中地震速度反演的与振幅无关的示例方法100的流程图。为了清楚地呈现，以下的描述总体上描述了在本公开中的其他附图的上下文中的方法100。例如，方法100可以由图6中所述的计算机系统来执行。然而，应当理解，方法100可以由系统、环境、软件、硬件、或者系统、环境、软件和硬件的适当组合来执行。在一些实施方式中，方法100的各个步骤可以并行、组合、循环或以任意顺序运行。
方法100开始于块102，其中接收与区域相关的地震数据。该区域可以包括一个或多个由多个点或位置表示的地球地下层。当地震波传播通过这些点时，每个点可以与代表地震波速度的地震速度相关联。例如，该区域可以是长度2千米(km)、宽度2km和深度2km的三维(3D)区域。如果将区域划分为10米(m)*10m*10m的立方体，则该区域可以用2013个立方角点表示。换言之，该区域的地震速度可以通过这2013个点或位置的速度来表示。也可以使用其他方法来找到代表该区域的一组点或位置。
地震数据可以由位于地球表面上或地球表面以下的许多接收器(例如，地震检波器或水听器)接收。地震源可以将地震波发送到目标区域中，并且接收器可以记录由目标区域反射的波。地震源可以例如由卡车拖曳并在不同位置处产生地震波。例如，地震源可以在第一位置发出第一爆破(shot)以使接收器记录反射波，并且地震源移动到第二位置以发出第二爆破。每个接收器处与单次爆破相对应的记录数据被称为轨迹。例如，如果地震源在100,000个不同位置处发出爆破，并且存在1,000个接收器，那么所得的地震数据集可以具有108个轨迹。
在块104，通过基于多个梯度值迭代更新地震速度来确定目标区域中的多个点处的地震速度。每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在该点的位置处的梯度来确定。图2示出了块104的详细操作。
图2是根据一些实施方式的用于迭代更新速度模型的示例方法200的流程图。为了清楚地呈现，以下的描述总体上描述了在本公开中的其他附图的上下文中的方法200。例如，方法200可以由图6中所述的计算机系统来执行。然而，应当理解，方法200可以由系统、环境、软件、硬件、或者系统、环境、软件和硬件的适当组合来执行。在一些实施方式中，方法200的各个步骤可以并行、组合、循环或以任意顺序运行。
方法200开始于块202，其中迭代计数器k被初始化为零。
在块204，为目标区域生成初始速度模型v0。例如，如果目标区域可以由2013个点表示，则为每个点估计初始速度，并且初始速度模型包括2013个初始速度。在一些实施方式中，每个点的初始速度估计可以是动校正(NMO)速度或其他速度估计。
在块206处，使用vk’，即来自第k迭代的估计速度模型为目标区域计算合成地震数据(或合成数据轨迹)。例如，基于初始速度模型v0·生成初始的合成地震数据。在一些实施方式中，可以通过使用速度模型vk对声波场传播进行数值模拟来计算合成轨迹。
在块208，计算式(1)中的目标函数的值，其中该目标函数基于记录的数据轨迹与合成轨迹之间的互相关
Figure BDA0002321969920000051
其中
Figure BDA0002321969920000052
表示为
Figure BDA0002321969920000053
以及
C(x，τ；xs)＝∫d(x，t+τ；xs)p(x，t；xs)dt， (3)，
其中τ为时移，ω为角频率，d(x，ω；xs)和d(x，t；xs)分别为频域和时间域中源位置xs处和接收器位置x处的记录的数据轨迹，以及*表示共轭运算。对于108条记录轨迹的早先示例，可以基于第k迭代时的速度模型vk来生成108条合成轨迹。基于108条记录轨迹和108条合成轨迹，可以计算式(1)中的目标函数的值J。
在块210，确定目标函数的J是否小于预定阈值。如果J小于阈值，则方法200进行到块218，其中速度模型vk被输出为最终速度模型。如果J等于或大于阈值，方法200前进到块212以进一步更新速度模型。
在块212，针对表示目标区域的指定点或位置计算式(1)中的目标函数的梯度。换言之，可以针对表示目标区域的每个点计算梯度。为了得出目标函数的梯度，d(x，ω；xs)和p(x，ω；xs)可以分别表示为
Figure BDA0002321969920000061
和p
Figure BDA0002321969920000062
其中Ad和Ap分别表示记录轨迹和合成轨迹的振幅，以及φd和φp分别表示记录轨迹和合成轨迹的相位。因此，式(2)中的
Figure BDA0002321969920000063
可以表示为，
Figure BDA0002321969920000064
其中
Ac(x，ω；xs)＝Ad(x，ω；xs)Ap(x，ω；xs)，
以及
Δφ(x，ω；xs)＝φp(x，ω；xs)-φd(x，ω；xs).
式(1)中的目标函数的梯度在频域中的目标点x′可以表示为
Figure BDA0002321969920000065
其中x′表示目标点的位置(例如，笛卡尔坐标)，
Figure BDA0002321969920000066
表示残差且
Figure BDA0002321969920000067
提供了波路径，该波路径沿可以在计算梯度时反向传播的残差。通过将式(4)带入波径
Figure BDA0002321969920000068
获得以下表达式：
Figure BDA0002321969920000069
式(6)混合了振幅相关分量和相位相关分量，因此式(5)中的梯度不能提供可靠的梯度，这将在后面进行解释。在所描述的方法中，忽略振幅改变(即，忽略式(6)中的项
Figure BDA00023219699200000610
)并假定了与频率无关的时移，即Δφ(x，ω；xs)＝iωΔτ(x；xs)。结果，通过使用Rytov近似，式(6)变为
Figure BDA00023219699200000611
通过将式(7)带入式(5)，梯度可以表示为
Figure BDA00023219699200000612
其中Δτ为记录数据与合成数据之间的时移并满足
Figure BDA0002321969920000071
根据隐函数求导法则，等式(8)中的
Figure BDA0002321969920000072
可以表示为：
Figure BDA0002321969920000073
其中E为E
Figure BDA0002321969920000074
其与目标点位置x′无关，f(ω)表示由地震源生成的源子波(例如，雷克子波)，以及G(y，ω；x)为格林函数，其表示由于位置x处的脉冲源而在位置y处观察到的波场。不必确定Δτ，因为做所描述的方法中，如早先所讨论的，忽略振幅改变(换言之，Ad(x，ω；xs)＝Ap(x，ω；xs))以及d(x，ω；xs)为p(x，ω；xs)的时移版本，即p(x，ω；xs)＝eiωΔτd(x，ω；xs)。因此，公式(9)变为如下：
Figure BDA0002321969920000075
其中E为E(x，xs)＝∫(-ω2)p*(x，ω；xs)p(x，ω；xs)dω。在一些实施方式中，可以使用有限差分方法或其他方法通过式(8)和式(10)来计算梯度。
注意，新残差可以表示为
Figure BDA0002321969920000076
式(11)通过求和自动地识别(honors)Δτ，并且清楚地指示速度误差信息。Δτ或式(11)的符号表示估计速度是高于真实速度还是低于真实速度。请注意，式(8)中的梯度无法从以下式(12)和式(13)中的常规公式中获得，其中幅度和相位信息无法在时域中明确分离：
Figure BDA0002321969920000077
Figure BDA0002321969920000078
总之，对于每个点位置x′，梯度g(x′)可以使用式(8)和式(10)。例如，如果目标区域具有2013个点，则计算2013个梯度。
在块214，使用最速下降法更新每个点处的速度，如式(14)中所示
vk+1(x′)＝vk(x′)+αkγk(x′)， (14)
其中vk(x′)为点x′在第k迭代中的估计速度，γk(x′)＝-g(x′)是式(1)中目标式的最速下降方向，以及αk是第k迭代中的步长并可以通过线搜索法或其他方法来获得。
在块216，迭代计数器k增加一，并且方法200返回到块206，使用在最近迭代中获得的估计速度来计算合成数据轨迹以迭代地更新速度。
在块218，在已找到最终速度之后，可以通过包括代表目标区域的指定点处的最终速度来生成3D速度模型。在某些情况下，可以使用3D速度模型来生成目标区域的地震图像。地震图像可以指示地下地质特征并可以用于有效的石油和天然气勘探，比如识别油气井的潜在位置并确定油气井的钻井参数。地震图像和钻井参数可以显示在用户界面上。
图3示出了根据一些实施方式的真实速度模型300。使用所述方法已进行了数值实验。在数值实验中使用一个源302和一个接收器304的简单模型。实验中的二维目标区域长2km、宽2km。使用10m的间距，目标区域可以被划分为201x201个网格并由201x201个点来表示。图3中的横轴和纵轴分别表示在x方向和y方向上的网格索引。源302在(0.1km，1.0km)的位置处，并且接收器304在(1.9km，1.0km)的位置处。条306描绘了灰度颜色与速度值的连续范围之间的映射。速度模型300是恒定速度模型，其中速度为2000米/秒。
图4A至图4B示出了根据一些实施方式的计算出的梯度400a和400b。使用式(8)为图3中所示的目标区域、源和接收器计算梯度400a和400b。梯度400a和400b分别说明了初始估计速度低于或高于真实速度时目标区域中201x201个点的梯度。在图4A和4B中，白色区域402表示负梯度，而黑色区域404表示正梯度。由于图4A中的初始估计速度低于真实速度，而图4B中的初始估计速度高于真实速度，因此两个相反的梯度符号正确地指示相反的速度误差。
图5A至图5C示出了根据一些实施方式在高斯模型上使用所描述的方法。二维目标区域长3公里、深3公里。在数值测试中，使用10m的间距将目标区域划分为301x301个网格。图5A至图5C中的横轴和纵轴表示相应方向上的网格索引。条506描绘了灰度颜色与速度值的连续范围之间的映射。在该测试中，31次爆破均匀分布在顶部上。对于每次爆破，301个接收器放置在底部。爆破间隔和接收器间隔分别为100m和10m。雷克子波用作主频率为10Hz的源波形。图5A示出了包括恒定速度2km/s的初始速度模型500a。图5C示出了真实速度模型500c，真实速度模型500c包括均匀的背景速度2km/s和具有平均速度1.7km/s的低速异常502。图5B示出了通过所述的方法获得的最终速度模型，其中异常504在中心被大致恢复。
图6是示出了根据一些实施方式的示例计算机系统600的框图，示例计算机系统600用于提供与本公开中描述的算法、方法、功能、处理、流程和过程相关联的计算功能。示出的计算机602旨在包括任意计算设备，比如服务器、台式计算机、膝上型/笔记本计算机、无线数据端口、智能电话、个人数字助理(PDA)、平板计算设备、或者这些设备内的一个或多个处理器(包括计算设备的物理或虚拟实例(或者，两者))。附加地，计算机602可以包括计算机，该计算机包括输入设备(比如，可以接受用户信息的键区、键盘或触摸屏)以及可以传达与计算机602的操作相关联的信息(例如，在图形用户界面(GUI)上传达数字数据、视觉或音频信息(或信息的组合))的输出设备。
计算机602可以用作执行本公开中描述的主题的客户端、网络组件、服务器、数据库或它们的组合。示出的计算机602可通信地与网络630耦接。在一些实施方式中，计算机602的一个或多个组件可以被配置为在包括基于云计算、局部、全局在内的环境中或环境的组合中操作。
从高层面来看，计算机602是可操作用于接收、发送、处理、存储或管理与所描述的主题相关联的数据和信息的电子计算设备。根据一些实施方式，计算机602还可以包括或可通信地耦接到应用服务器、电子邮件服务器、web服务器、缓存服务器、流传输数据服务器、或服务器的组合。
计算机602可以通过网络630从客户端应用(例如，在另一计算机602上执行的应用)接收请求，并通过使用适当的软件应用处理所接受的请求来响应所接收的请求。此外，还可以从内部用户(例如，从命令控制台)、外部或第三方、其它自动化应用以及任何其它适当的实体、个人、系统或计算机向计算机602发送请求。
计算机602的每个组件可以使用系统总线603进行通信。在一些实施方式中，计算机602的任意或所有组件(硬件和/或软件(或者，硬件和软件的组合))可以使用应用编程接口(API)612或服务层613(或者，API 612和服务层613的组合)，通过系统总线603彼此交互或与接口604(或者，两者的组合)交互。API 612可以包括针对例程、数据结构和对象类的规范。API 612可以是独立于或依赖于计算机语言，并且指的是完整的接口、单个功能或甚至是一组API。服务层613向计算机602或可通信地耦接到计算机602的其它组件(无论是否被示出)提供软件服务。计算机602的功能可以对于使用该服务层的所有服务消费者是可访问的。软件服务(比如，由服务层613提供的软件服务)通过定义的接口提供可重用的、定义的功能。例如，接口可以是以JAVA、C++、或者以可扩展标记语言(XML)格式提供数据的计算语言的组合或格式的组合编写的软件。尽管被示为计算机602的集成组件，但是备选实施方式可以将API 612或服务层613示作为相对于计算机602的其它组件或可通信地耦接到计算机602的其它组件(无论是否被示出)的独立组件。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，API612或服务层613的任意或所有部分可以被实现为另一软件模块、企业应用或硬件模块的子模块或副模块。
计算机602包括接口604。尽管在图6中被示为单个接口604，但是可以根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式而使用两个或更多个接口604。接口604由计算机602用于与分布式环境中的连接到网络630的其它系统(无论是否示出)通信。通常，接口604包括以软件或硬件(或软件和硬件的组合)编码的逻辑，并且可操作用于与网络630通信。更具体地，接口604可以包括支持与通信相关联的一个或多个通信协议的软件，使得网络630或接口的硬件可操作用于在所示出的计算机602内部和外部传送物理信号。
计算机602包括处理器605。尽管在图6中被示为单个处理器605，但是可以根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式而使用两个或更多个处理器。通常，处理器605执行指令并操纵数据，以执行计算机602的操作以及如本公开中所描述的任何算法、方法、功能、处理、流程和过程。
计算机602还包括数据库606，数据库606保存用于计算机602或可以连接到网络630的其它组件(无论是否示出)(或两者的组合)的数据。例如，数据库606可以是存储与本公开一致的数据的存储中数据库或常规数据库。在一些实施方式中，根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式和所描述的功能，数据库606可以是两个或更多个不同数据库类型(例如，混合的内部存储器和常规数据库)的组合。尽管在图6中被示出为单个数据库606，但是根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式和所描述的功能，可以使用(相同或组合的类型的)两个或更多个数据库。虽然数据库606被示出为计算机602的集成组件，但是在备选实施方式中，数据库606可以在计算机602的外部。例如，数据库606可以保存地震数据。
计算机602还包括存储器607，存储器607保存用于计算机602或可以连接到网络630的其它组件(无论是否示出)(或两者的组合)的数据。例如，存储器607可以是存储与本公开一致的数据的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光存储器、磁存储器等。在一些实施方式中，根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式和所描述的功能，存储器607可以是两个或更多个不同类型的存储器的组合(例如，RAM和磁存储器的组合)。尽管在图6中被示出为单个存储器607，但是根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式和所描述的功能，可以使用(相同或组合的类型的)两个或更多个存储器607。虽然存储器607被示为计算机602的集成组件，但是在备选实施方式中，存储器607可以在计算机602的外部。
应用608是根据计算机602的特定需要、期望或特定实施方式提供功能(尤其是关于本公开中描述的功能)的算法软件引擎。例如，应用608可以用作一个或多个组件、模块、应用等。此外，尽管被示为单个应用608，但是应用608可以被实现为计算机602上的多个应用608。此外，尽管被示出为与计算机602集成在一起，但是在备选实施方式中，应用608可以在计算机602的外部。
可以存在与包含计算机602的计算机系统相关联或在其外部的任意数量的计算机602，每个计算机602通过网络630进行通信。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，术语“客户端”、“用户”和其它适当的术语可以适当地互换使用。此外，本公开包含许多用户可以使用一个计算机602，或者一个用户可以使用多个计算机602。
所描述的主题的实施方式可以单独或组合地包括一个或多个特征。
例如，在第一实施方式中，一种方法包括接收与区域相关联的地震数据。该区域包括一个或多个由多个点表示的地球地下层，并且每个点与地震速度相关联。通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定多个点处的地震速度，其中每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定。基于确定的地震速度显示一个或多个地球地下层的地震图像。
前述和其他所述实施方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个：
第一特征，可与任何以下特征组合，其中该方法还包括基于NMO速度来确定每个点处的初始地震速度。
第二特征，可与任何先前或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括基于根据最近迭代确定的多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据。
第三特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数为
Figure BDA0002321969920000121
其中
Figure BDA0002321969920000122
d(x，ω；xs)表示源位置xs处和接收器位置x处的接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，以及ω是角频率。
第四特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括：如果所述目标函数的值小于预定阈值则停止迭代。
第五特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中使用最速下降法迭代地更新地震速度。
第六特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数的梯度与地震数据相对于点的位置的幅度变化无关。
在第二实施方式中，一种系统包括计算机存储器和与该计算机存储器可互操作地耦接的一个或多个硬件处理器。所述一个或多个硬件处理器被配置为执行包括接收与区域相关联的地震数据。该区域包括一个或多个由多个点表示的地球地下层，并且每个点与地震速度相关联。通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定多个点处的地震速度，其中每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定。基于确定的地震速度显示一个或多个地球地下层的地震图像。
前述和其他所述实施方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个：
第一特征，可与任何以下特征组合，其中操作还包括基于NMO速度确定每个点处的初始地震速度。
第二特征，可与任何先前或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括基于根据最近迭代确定的多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据。
第三特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数为
Figure BDA0002321969920000131
其中
Figure BDA0002321969920000132
d(x，ω；xs)表示源位置xs处和接收器位置x处的接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，以及ω是角频率。
第四特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括如果所述目标函数的值小于预定阈值则停止迭代。
第五特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中使用最速下降法迭代地更新地震速度。
第六特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数的梯度与地震数据相对于点的位置的幅度变化无关。
在第三实施方式中，非暂时性计算机可读介质存储一个多个指令，所述指令可由计算机系统执行以执行包括接收与区域相关联的地震数据的操作。该区域包括一个或多个由多个点表示的地球地下层，并且每个点与地震速度相关联。通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定多个点处的地震速度，其中每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定。基于确定的地震速度显示一个或多个地球地下层的地震图像。
前述和其他所述实施方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个：
第一特征，可与任何以下特征组合，其中操作还包括基于NMO速度确定每个点处的初始地震速度。
第二特征，可与任何先前或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括基于根据最近迭代确定的多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据。
第三特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数为
Figure BDA0002321969920000141
其中
Figure BDA0002321969920000142
d(x，ω；xs)表示源位置xs处和接收器位置x处的接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，以及ω是角频率。
第四特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中迭代地更新地震速度还包括如果所述目标函数的值小于预定阈值则停止迭代。
第五特征，可与任何先前特征或以下特征组合，其中目标函数的梯度与地震数据相对于点的位置的幅度变化无关。
在本说明书中描述的主题和功能操作的实施可以实现在下述形式中：数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、计算机硬件，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物、或它们中的一个或多个的组合。在本说明书中描述的主题的实施方式可以实现为一个或多个计算机程序，即，在有形的非暂时性计算机可读计算机存储介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，以用于被数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。备选地或附加地，程序指令可以编码在人工生成的传播信号(例如，机器生成的电、光或电磁信号)中/上，该信号被生成为对信息进行编码，传输给合适的接收机装置，供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或计算机存储介质的组合。
术语“实时”、“实时(快速)(RFT)”、“接近实时(NRT)”、“准实时”或类似术语(如本领域的普通技术人员所理解的)意味着动作和响应在时间上接近，使得个人感知动作和响应基本上同时发生。例如，在个人做出了访问数据的动作之后对数据显示的响应的时间差(或用于启动显示)可以小于1ms、小于1s或小于5s。尽管所请求的数据不需要被即时显示(或启动以显示)，但是考虑到所描述的计算系统的处理限制和例如收集、精确测量、分析、处理、存储或传输所需的时间，在没有任何有意的延迟的情况下显示(或启动以显示)该数据。
术语“数据处理装置”、“计算机”或“电子计算机设备”(或本领域普通技术人员所理解的等同物)是指数据处理硬件，并且包括用于处理数据的各种装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。所述装置还可以是专用逻辑电路或还可以包括专用逻辑电路，例如，中央处理单元(CPU)、FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。在一些实施方式中，数据处理装置或专用逻辑电路(或数据处理装置或专用逻辑电路的组合)可以基于硬件或基于软件(或基于硬件和基于软件的组合)。可选地，装置可以包括为计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者执行环境的组合的代码。本公开考虑具有或不具有常规操作系统(例如，LINUX、UNIX、WINDOWS、MAC OS、ANDROID、IOS、或操作系统的组合)的数据处理装置的使用。
计算机程序，也被描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码，该计算机程序可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解译语言、或者声明性或程序语言。可以以任何形式来部署计算机程序，包括部署为独立的程序或者部署为适合于用于计算环境中的模块、组件、子例程、或者其它单元。计算机程序可以但不是必须与文件系统中的文件相对应。程序可以存储在保持其它程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的一部分的文件)。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或者在位于一个站点或分布在多个站点并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。尽管各图中所示的程序的部分被示为通过各种对象、方法或其他过程实现各种特征和功能的各个模块，但是视情况程序可以替代地包括多个子模块、第三方服务、组件、库等。相反，各种组件的特征和功能可以视情况组合成单个组件。可以统计地、动态地或者统计地且动态地确定用于进行计算确定的阈值。
本说明书中描述的方法、过程或逻辑流可以由一个或多个可编程计算机来执行，所述一个或多个可编程计算机执行一个或多个计算机程序以通过操作输入数据并且产生输出来执行功能。方法、处理或逻辑流也可以由专用逻辑电路(例如，CPU、FPGA或ASIC)来执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路(例如，CPU、FPGA或ASIC)。
适合于执行计算机程序的计算机可以基于通用或专用微处理器。通常，CPU将从只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或者这二者接收指令和数据。计算机的必不可少的元件是用于执行指令的CPU和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个和或更多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或者可操作耦接以便从所述一个或更多个大容量存储设备接收或向其发送数据。然而，计算机不需要具有这些设备。此外，计算机可以嵌入在另一设备中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收机或者便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，这仅是举几个例子。
适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质(适当时为暂时性或非暂时性)包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，例如包括半导体存储设备(例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪存设备)、磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)、磁光盘和光存储设备(例如，CD-ROM、DVD+/-R、DVD-RAM和DVD-ROM磁盘)。存储器可以存储各种对象或数据，包括：高速缓存区、类(class)、框架、应用、备份数据、工作、网页、网页模板、数据库表格、存储动态信息的知识库、以及包括任意参数、变量、算法、指令、规则、约束、对其的引用在内的任意其它适当的信息。此外，存储器可以包含其他适当的数据，比如日志、策略、安全或访问数据、或报告文件。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或者并入到专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题可以实现在计算机上，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)、LED(发光二极管)或等离子监视器)和用户可以向计算机提供输入的键盘和指点设备(例如，鼠标、轨迹球或轨迹板)。还可以使用触摸屏(比如，具有压敏性的平板计算机表面或使用电容或电感测的多点触摸屏)向计算机提供输入。其它类型的设备也可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；以及可以以任意形式(包括声音、语音或触觉输入)来接收来自用户的输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从该设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从用户客户端设备上的网络浏览器接收到的请求而向所述网络浏览器发送网页，来与用户交互。
术语“图形用户界面”或GUI可以以单数或复数形式使用，以描述一个或更多个图形用户界面以及特定图形用户界面的每一次显示。因此，GUI可以表示任意图形用户界面，包括但不限于web浏览器、触摸屏或过程信息并且有效地向用户呈现信息结果的命令行界面(CLI)。通常，GUI可以包括多个用户界面(UI)元素，其中一些或全部与web浏览器相关联，比如交互式域、下拉列表和按钮。这些和其它UI要素可以与web浏览器的功能相关或表示web浏览器的功能。
本说明书中描述的主题的实施可以实现在计算系统中，该计算系统包括后端组件(例如，数据服务器)、或包括中间件组件(例如，应用服务器)、或者包括前端组件(例如，具有用户通过其可以与本说明书中描述的主题的实现进行交互的图形用户界面或者web浏览器的客户端计算机)、或者一个或更多个此类后端组件、中间件组件或前端组件的任意组合。系统的组件可以通过有线或无线数字数据通信(或数据通信的组合)的介质或任意形式(例如通信网络)互相连接。通信网络的示例包括局域网(LAN)、无线电接入网络(RAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全球微波接入互操作性(WIMAX)、使用例如802.11a/b/g/n或802.20(或802.11x和802.20的组合或与本公开一致的其它协议)的无线局域网(WLAN)、互联网的全部或一部分、或者通信网络的组合。网络可以在网络地址之间通信数据，例如、互联网协议(IP)数据包、帧中继帧、异步传输模式(ATM)信元、语音或视频。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般相互远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系通过在相应计算机上运行并且相互具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。
尽管本说明书包含许多具体的实现细节，但是这些不应该被解释为对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以特定于特定构思的特定实施方式的的特征的描述。在单个实施方式中，还可以组合实现本说明书中在独立实施方式的上下文中描述的特定特征。反之，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中分开地或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管前述特征可以被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
已描述了本主题的特定实施方式。对于本领域技术人员显而易见的是，所描述的实施方式的其它实现、改变和置换在所附权利要求的范围内。尽管在附图和权利要求中以特定顺序描述了操作，但这不应被理解为：为了实现期望的结果，要求按所示的特定顺序或按相继的顺序来执行这些操作，或者要求执行所有所示的操作(一些操作可以看作是可选的)。在一些情况下，多任务或并行处理(或者，多任务和并行处理的组合)可以是有利的并视情况来执行。
此外，在先前描述的实施方式中的各种系统模块和组件的分离或集成不应该被理解为在所有实施方式中都需要这种分离或集成。应当理解，通常可以将所描述的程序组件和系统一起集成到单个软件产品中或打包成多个软件产品。
因此，前述示例实施方式不限定或限制本公开。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，还可以存在其它改变、替换和变化。
此外，任何要求保护的实现被视为适用于至少计算机实现的方法，存储计算机可读指令以执行所述计算机实现的方法的非暂时性计算机可读介质，以及计算机系统，该计算机系统包括与硬件处理器可操作地耦接的计算机存储器，所述硬件处理器被配置为执行所述计算机实现的方法或存储在所述非暂时性计算机可读介质上的指令。

Claims (11)

1.一种方法，包括：
接收与区域相关联的地震数据，其中，所述区域包括由多个点表示的一个或多个地球地下层，并且每个点与地震速度相关联；
通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定所述多个点处的地震速度；
基于根据最近迭代确定的所述多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据，其中，每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定，并且其中：
所述目标函数为
Figure FDA0003572884120000011
其中，
Figure FDA0003572884120000012
d(x，ω；xs)表示由于源位置xs处的源的激活在接收器位置x处接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，ω是角频率，并且所述目标函数的梯度与所述地震数据相对于所述点的位置的幅度变化无关；以及
基于确定的地震速度来显示所述一个或多个地球地下层的地震图像。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于动校正(NMO)速度来确定每个点处的初始地震速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代地更新所述地震速度还包括：如果所述目标函数的值小于预定阈值则停止迭代。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用最速下降法迭代地更新所述地震速度。
5.一种系统，包括：
计算机存储器；以及
一个或多个处理器，与所述计算机存储器可互操作地耦接，并被配置为执行包括以下项的操作：
接收与区域相关联的地震数据，其中，所述区域包括由多个点表示的一个或多个地球地下层，并且每个点与地震速度相关联；
通过基于多个梯度值迭代地更新所述地震速度来确定所述多个点处的地震速度；
基于根据最近迭代确定的所述多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据，其中，每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定，并且其中：
所述目标函数为
Figure FDA0003572884120000021
其中，
Figure FDA0003572884120000023
d(x，ω；xs)表示由于源位置xs处的源的激活在接收器位置x处接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，ω是角频率，并且所述目标函数的梯度与所述地震数据相对于所述点的位置的幅度变化无关；以及
基于确定的地震速度来显示所述一个或多个地球地下层的地震图像。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述操作还包括：基于动校正(NMO)速度来确定每个点处的初始地震速度。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，迭代地更新所述地震速度还包括：如果所述目标函数的值小于预定阈值，则停止迭代。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，使用最速下降法迭代地更新所述地震速度。
9.一种存储一个或多个指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令能够由计算机系统执行，以执行包括以下项的操作：
接收与区域相关联的地震数据，其中，所述区域包括由多个点表示的一个或多个地球地下层，并且每个点与地震速度相关联；
通过基于多个梯度值迭代地更新地震速度来确定所述多个点处的地震速度；
基于根据最近迭代确定的所述多个点处的地震速度来确定要在迭代中使用的合成地震数据，其中，每个梯度值对应于一个点并通过评估目标函数在所述点的位置处的梯度来确定，并且其中：
所述目标函数为
Figure FDA0003572884120000022
其中，
Figure FDA0003572884120000024
d(x，ω；xs)表示由于源位置xs处的源的激活在接收器位置x处接收到的地震数据，p(x，ω；xs)表示所述合成地震数据，*表示共轭运算，ω是角频率，并且所述目标函数的梯度与所述地震数据相对于所述点的位置的幅度变化无关；以及
基于确定的地震速度来显示所述一个或多个地球地下层的地震图像。
10.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述操作还包括：基于动校正(NMO)速度来确定每个点处的初始地震速度。
11.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中，迭代地更新所述地震速度还包括：如果所述目标函数的值小于预定阈值，则停止迭代。
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