CN114428318A - 一种初至层析近地表速度高效建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种初至层析近地表速度高效建模方法，采用十字走廊区域内的数据进行层析反演，在付出较小的精度损失的前提下显著提高计算效率。包括如下几个主要步骤：⑴输入定义十字走廊区域的参数，⑵确定沿x轴方向的矩形区域和沿y轴方向的矩形区域以构成十字走廊区域,⑶确定参与正演的速度模型的平面范围,⑷提取属于十字走廊区域内的接收点子集,⑸构造参与正演的速度模型并进行射线追踪以获得射线路径和旅行时。本发明提供的初至层析近地表速度高效建模方法在付出较小的初至层析近地表速度建模精度损失的情况下，效率得到明显提升。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘探领域，具体涉及一种初至层析近地表速度高效建模方法及系统。
背景技术
地震勘探中的初至层析近地表速度建模技术是利用初至时间反演近地表速度模型的技术，在地震资料处理过程中得到广泛应用。初至层析近地表速度建模技术是一个迭代过程，每一次迭代运算都包含正演和反演2个基本步骤。正演步骤是利用射线追踪技术计算在各个炮点上激发的，经给定的初始速度模型传播后，到达各个接收点的地震波所经历的射线路径和旅行时；反演是依据正演获得的旅行时与实际资料拾取的初至时间的差异、结合正演所得的射线路径数据计算对初始速度模型的修改量。对初始速度模型应用反演过程计算的初始速度模型修改量后得到的速度模型，作为下一次迭代的初始速度模型，进入下一次的迭代。
正演过程是初至层析近地表速度建模技术耗费CPU计算时间最多的步骤，尽管有不同的射线追踪技术可用，但射线追踪所耗费的CPU计算时间都和射线追踪过程中为计算射线路径所用到的速度模型范围有关，所用到的速度模型范围越大所耗费CPU运算时间越多，且所耗费CPU运算时间的增加比例大于所用到的速度模型范围的增加比例。被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围,是确定正演过程所用到的速度模型范围的重要因素，速度模型在平面上的范围至少不应小于接收点所涵盖的范围。地震勘探资料采集之后，观测系统(炮点和接收点的相对关系)就是确定的了。现有技术多是以炮点为中心，用圆形区域或者长方形区域来圈定被用于初至层析近地表建模的每一炮数据的接收点范围，该接收点范围决定了对应炮点的参与正演的速度模型的平面范围。实际参与正演的速度模型是从对应整个工区的整体速度模型中截取参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型构成的。决定效率的一个重要因素是参与正演的速度模型范围。理论上，被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围越大，对提高反演近地表速度模型的精度越有利。把炮点所对应的所有接收点都用于初至层析近地表速度建模，即使用观测系统所包含的全部炮检距(炮点到接收点的距离)和全部炮检方位角(炮点到接收点连线的方位角)的数据，对提高反演近地表速度模型的精度最有利。但太大的接收点范围在正演过程中需要较大的速度模型范围，会增加耗费CPU运算时间，导致初至层析近地表速度建模效率的下降。同时，被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围越大，反演步骤所涉及到的数据量也越大，炮点数较大的勘探工区也会增加反演步骤实现的难度和计算资源的耗费。
影响初至层析近地表速度建模精度的因素主要有2个，一个是算法，一个是所使用的初至数据范围。初至数据对建模精度的影响可分解成2个方面，一个是炮检距的分布，一个是炮检方位角的分布。炮检距分布方面，近炮检距数据贡献浅层速度模型的精度，远炮检距数据主要贡献相对深层速度模型的精度，即初至层析近地表速度建模在深度方向的速度模型精度主要受炮检距分布的影响。理想的炮检距分布要求有从小炮检距到大炮检距的尽可能大的范围、分布尽可能均匀、密度足够大。炮检方位角分布主要贡献沿不同方位角的速度模型精度，理想的炮检方位角分布要求是0到360度全方位的、分布尽可能均匀、密度足够大。
初至层析近地表速度建模技术建立的近地表速度模型，是真实近地表速度模型变化趋势的表达，目前主要用于静校正量的计算，也用于叠前深度偏移初始速度模型的建立。在这样的应用场景中，初至层析建立的近地表速度模型的精度越高固然越好，但是，兼顾精度和效率的平衡也非常重要。有必要采用一些提高效率的方法，只要建立的近地表速度模型可以把握住真实近地表速度模型的变化趋势即可，因为初至层析近地表速度建模技术建立的近地表速度模型与真实速度模型之间的差异可以利用现有的各种高频时间校正等方法加以弥补。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种初至层析近地表速度高效建模方法，包括步骤：
S10、通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n 为取自2至8的自然数；
S20、根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
S30、提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
S40、根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
其中，在所述S10步骤中，所述n为4，所述预设区域由沿接收线方向的第一矩形区域和沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成。
其中，所述第一矩形区域的宽度大于相邻两条接收线的距离；所述第二矩形区域的宽度大于相邻两个接收点的距离；所述第一矩形区域和第二矩形区域的长度的一半为所述被使用的最大炮检距。
其中，所述步骤S20中，所述第一矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第一矩形区域的基础上分别在第一矩形区域的长度方向和宽度方向向外扩展给定距离后的范围；所述第二矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第二矩形区域的基础上分别在第二矩形区域的宽度方向和长度方向向外扩展给定距离后的范围。
其中，所述步骤S30中，所述接收点子集包括将第一矩形区域内的接收点子集1和第二矩形区域内的接收点子集2叠加后剔除重复数据构成的接收点子集。
其中，所述步骤S40包括：分别计算从所述炮点到属于第一矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时和从所述炮点到属于第二矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时并剔除重复数据。
本发明还提供一种初至层析近地表速度高效建模系统，包括：
预设区域确定单元：通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n为取自2至8的自然数；
参与正演的速度模型的平面范围确定单元：根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
接收点子集提取单元：提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
接收点的射线路径和旅行时计算单元：根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
其中，所述n为4，所述预设区域由沿接收线方向的第一矩形区域和沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成。
其中，所述第一矩形区域的宽度大于相邻两条接收线的距离；所述第二矩形区域的宽度大于相邻两个接收点的距离；所述第一矩形区域和第二矩形区域的长度的一半为所述被使用的最大炮检距。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时上述初至层析近地表速度高效建模方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的初至层析近地表速度高效建模方法，以十字走廊区域圈定被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围，在有效减少正演步骤所用到的速度模型范围从而提高初至层析近地表速度建模效率同时，又不会对近地表建模精度造成明显损失。
本发明提供的初至层析近地表速度高效建模方法在付出较小的初至层析近地表速度建模精度损失的情况下，效率得到明显提升。
附图说明
图1为本发明提供的十字走廊区域示意图
图2为本发明提供的理论模型的工区炮点、接收点分布图
图3为本发明提供的理论模型的整个工区的整体速度模型平面分布图及3 条速度质控线(AB、CD、EF)
图4为本发明提供的理论模型一个炮点的观测系统图
图5为本发明提供的理论模型一个炮点的十字走廊区域及其接收点
图6为本发明提供的理论模型对应图3的3条速度质控线位置的速度剖面 (从上到下分别对应图3中的EF、CD、AB线位置)
图7为本发明提供的采用全方位角、全炮检距数据层析反演的速度模型对应图3的3条速度质控线位置的速度剖面(从上到下分别对应图3中的EF、CD、 AB线位置)
图8为本发明提供的采用十字走廊区域数据层析反演的速度模型对应图3 的3条速度质控线位置的速度剖面(从上到下分别对应图3中的EF、CD、AB 线位置)
图9为本发明实施例2的步骤流程图
图10为本发明实施例2的结构构成图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
初至层析近地表速度建模技术中，炮检方位角分布主要贡献沿不同方位角的速度模型精度，理想的炮检方位角分布要求是0到360度全方位的，具体实施过程中可以选取2到8个方位角进行接收点数据采集。
采用十字走廊区域圈定被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围的方法，即在方位角分布方面仅用到0、90、180、270度4个方位角附近的接收点数据，而在炮检距分布方面采用了从0炮检距到给定的被使用的最大炮检距范围内的所有接收点数据。如图1所示即为该方法采用的十字走廊区域示意图。这样从对应整个工区的整体速度模型中截取的参与正演的速度模型的平面范围仅仅是十字走廊区域范围内的，减少了参与正演的速度模型范围。实践证明，这种方法在有效减少正演步骤所用到的速度模型范围从而提高初至层析近地表速度建模效率的同时，不会对建立的近地表速度模型精度造成明显的损失。
实施例1
如图9所示为本实施例提供的一种初至层析近地表速度高效建模方法，包括步骤：
S10、通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n 为取自2至8的自然数；
确定坐标系,以所述炮点为坐标原点，x轴选择在沿接收线方向或者沿垂直接收线方向，所述n为4，所述方位角选择0度、90度、180度和270度4个方位角，所述预设区域由长度沿接收线方向的第一矩形区域和长度沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成。
所述第一矩形区域的半边宽大于相邻两条接收线的距离即接收线距的一半；第二矩形区域的半边宽大于接收线上2个接收点之间的间距即道间距的一半。两个矩形区域的长度的半边长为被使用的最大炮检距。
被使用的最大炮检距是一个小于等于实际采集数据的最大炮检距的参数，以试验的方式确定。选择处理工区有代表性的一部分，从实际采集数据的最大炮检距作为测试炮检距开始，逐渐减小测试炮检距进行初至层析近地表速度建模，从结果中选择能满足近地表速度建模精度要求的最小的测试炮检距确定为被使用的最大炮检距，作为最终初至层析近地表速度建模的被使用的最大炮检距参数，即两个矩形区域的长度的半边长。
在非宽方位采集的观测系统中，沿接收线方向的最大炮检距(即炮点与接收点之间在沿接收线方向的坐标轴上的坐标差的绝对值的最大值)大于垂直接收线方向的最大炮检距(即炮点与接收点之间在沿垂直接收线方向的坐标轴上的坐标差的绝对值的最大值)，上述测试所得的被使用的最大炮检距可能大于采集观测系统的垂直接收线方向的最大炮检距，这时以测试所得的炮检距为被使用的最大炮检距，作为沿接收线方向的第一矩形区域的半边长，以采集观测系统的垂直接收线方向的最大炮检距为沿垂直接收线方向的第二矩形区域的半边长。
S20、根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
所述第一矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第一矩形区域的基础上分别在x轴方向和y轴方向向外扩展给定距离后的范围；所述第二矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第二矩形区域的基础上分别在x方向和y方向向外扩展给定距离后的范围。
S30、提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
所述接收点子集是指将第一矩形区域内的接收点子集1和第二矩形区域内的接收点子集2叠加后剔除重复数据构成的接收点子集。
S40、根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，即从对应整个工区的整体速度模型中截取所述参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型,构成参与正演的速度模型，然后利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时；
分别计算从所述炮点到属于第一矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时和从所述炮点到属于第二矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时并剔除重复数据。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行初至层析近地表速度高效建模方法中的步骤。
实施例2
如图1所示，本发明实施例2提供采用十字走廊区域圈定被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围，考虑到正演步骤所耗费CPU运算时间的增加比例大于所用到的速度模型范围的增加比例，为提高效率，把十字走廊区域进一步分解成沿x轴方向的矩形区域和沿y轴方向的矩形区域进行处理然后再合并。
初至层析近地表速度建模的正演过程是逐炮计算炮点到接收点的射线路径和旅行时，十字走廊区域被圈定为用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据的接收点范围，在正演过程中需要为每一炮特别考虑下列步骤。
步骤1，确定由沿x轴方向的矩形区域和沿y轴方向的矩形区域构成的十字走廊区域。约定一个炮点数据的坐标轴，以炮点为原点，x轴方向在沿接收线方向与沿垂直接收线方向之中二选一，即既可以取沿接收线方向为x轴方向，也可以取沿垂直接收线方向为x轴方向，通常取沿接收线方向为x轴方向。4个参数定义十字走廊区域，XLIMIT_h,YLIMIT_h，XLIMIT_v,YLIMIT_v，其中前2个参数定义十字走廊区域沿x轴方向的矩形区域(图1中矩形ABCD)，后2个参数定义十字走廊区域沿y轴方向的矩形区域(图1中矩形EFGH)。XLIMIT_h是沿x 轴方向矩形区域的x轴方向的半边长(即AD长度等于XLIMIT_h的2倍)， YLIMIT_h是沿x轴方向矩形区域的y轴方向的半边长(即AB长度等于YLIMIT_h 的2倍)。XLIMIT_v是沿y轴方向矩形区域的x轴方向的半边长(即EF长度等于XLIMIT_v的2倍)，YLIMIT_v是沿y轴方向矩形区域的y轴方向的半边长(即FG长度等于YLIMIT_v的2倍)。沿x轴方向的矩形区域和沿y轴方向的矩形区域一起构成十字走廊区域。XLIMIT_h、YLIMIT_v决定了被用于初至层析近地表速度建模的每一炮数据中沿x轴方向和沿y轴方向的矩形区域的最大炮检距。 YLIMIT_h与XLIMIT_v分别是十字走廊区域中沿x轴方向矩形区域和沿y轴方向矩形区域的宽度。定义十字走廊区域的参数间关系应符合XLIMIT_v<XLIMIT_h， YLIMIT_v>YLIMIT_h。
定义十字走廊区域的4个参数的进一步说明。当取沿接收线的方向为x轴方向时，YLIMIT_h一般取大于等于接收线的线间距，能保证在沿x轴方向矩形区域中至少含有2条接收线的接收点，YLIMIT_h越大，沿x轴方向矩形区域中可能含有越多的接收线，层析反演结果的精度相对会越高但效率相对会低些。当YLIMIT_h等于接收线的线间距时，沿x轴方向矩形区域中刚好含有2条接收线的接收点。当YLIMIT_h小于接收线的线间距但大于等于接收线的线间距的一半时，沿x轴方向矩形区域中将含有一条接收线。当YLIMIT_h小于接收线的线间距的一半时，沿x轴方向矩形区域中最多只含一条接收线，也可能不含任何一条接收线。YLIMIT_h必须大于接收线的线间距的一半，才能保证沿x轴方向矩形区域中至少含有1条接收线的接收点。XLIMIT_h是参与反演的当前炮数据在x方向的最大炮检距(即被使用的最大炮检距)，依据所要反演的近地表速度模型的特征及深度,通过试验的方法决定，取实际采集数据的最大炮检距可保证包含在沿x轴方向矩形区域中的所有接收线的所有接收点数据都被用于初至层析近地表速度建模，同样该值越大层析反演结果的精度相对会越高但效率相对会低些。定义沿y轴方向矩形区域的参数XLIMIT_v与YLIMIT_v可以依据观测系统选取，XLIMIT_v大于道间距才能保证沿y轴方向矩形区域中每条接收线上至少有2个接收点被用于初至层析反演。同样XLIMIT_v必须大于道间距的一半，才能保证沿y轴方向矩形区域中每条接收线上至少有1个接收点被用于初至层析反演。一般取XLIMIT_v＝YLIMIT_h，YLIMIT_v＝XLIMIT_h即可。当取垂直接收线方向为x轴方向时，道理是一样的，仅需将XLIMIT_h、YLIMIT_h所代表的意义与XLIMIT_v、YLIMIT_v所代表的意义互换。
步骤2，根据十字走廊区域确定参与正演的速度模型的平面范围，包含沿x 轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围和沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围。
沿x轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围是在刚好包含沿x 轴方向的矩形区域的基础上分别在x方向和y方向向外扩展给定距离DX_LMT和 DY_LMT后的范围。
沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围是在刚好包含沿y 轴方向的矩形区域的基础上分别在x方向和y方向向外扩展给定距离DX_LMT和 DY_LMT后的范围。
一般情况下，在x方向和y方向向外扩展的给定距离DX_LMT＝DY_LMT＝0，只有当探区近地表速度模型存在非常显著的横向变化时,才有必要使用DX_LMT>0 和DY_LMT>0。
步骤3，提取当前炮数据中位于十字走廊区域内的接收点子集。根据十字走廊区域提取属于十字走廊区域内的接收点子集，包含当前炮数据中位于沿x轴方向的矩形区域内的接收点子集和位于沿y轴方向的矩形区域内的接收点子集。
当前炮数据中位于沿x轴方向的矩形区域内的接收点构成属于沿x轴方向的矩形区域的接收点子集。当前炮数据中位于沿y轴方向的矩形区域内的接收点(除外已经出现在属于沿x轴方向的矩形区域的接收点子集内的接收点)构成属于沿y轴方向的矩形区域的接收点子集。
步骤4，从对应整个工区的整体速度模型中截取由步骤2确定的参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到由步骤3提取的属于十字走廊区域的接收点子集的各个接收点的射线路径和旅行时。由如下3个子步骤实现：
步骤4-1，截取由步骤2确定的沿x轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到由步骤3提取的属于沿x轴方向的矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
步骤4-2，截取由步骤2确定的沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到由步骤3提取的属于沿y轴方向的矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
步骤4-3，合并步骤4-1和步骤4-2获得的从炮点到各个接收点的射线路径和旅行时，得到从炮点到属于十字走廊区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
实施例3
下面对上述初至层析近地表速度高效建模的方法进行进一步详细描述：
⑴主要参数输入
确定炮点局部坐标系x轴方向，可以在沿接收线方向或者沿垂直接收线方向中二选一。
通过参数输入单元输入十字走廊区域中沿x轴方向的矩形区域的半边长 XLIMIT_h、半边宽YLIMIT_h，沿y轴方向的矩形区域的半边宽XLIMIT_v,半边长YLIMIT_v。
参与正演的速度模型的平面范围在x方向和y方向向外扩展的距离DX_LMT 和DY_LMT。
⑵确定十字走廊区域
以炮点为局部坐标系的原点，以输入的炮点坐标系x轴方向为局部坐标系x 轴方向，将当前炮数据的炮点和接收点坐标转换成炮点局部坐标系中的坐标。
依据沿x轴方向的矩形的半边长和半边宽参数定义沿x轴方向的矩形区域，依据沿y轴方向的矩形的半边长和半边宽参数定义沿y轴方向的矩形区域，沿x 轴方向的矩形区域和沿y轴方向的矩形区域共同构成一个十字走廊区域。
⑶确定参与正演的速度模型的平面范围
根据十字走廊区域确定参与正演的速度模型的平面范围，包含沿x轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围和沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围。
沿x轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围是在刚好包含沿x 轴方向的矩形区域的基础上分别在x方向和y方向向外扩展给定距离DX_LMT和 DY_LMT后的范围。
沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围是在刚好包含沿y 轴方向的矩形区域的基础上分别在x方向和y方向向外扩展给定距离DX_LMT和 DY_LMT后的范围。
⑷通过接收点子集提取单元提取属于十字走廊区域内的接收点子集
根据十字走廊区域提取属于十字走廊区域内的接收点子集，包含当前炮数据中位于沿x轴方向的矩形区域内的接收点子集和位于沿y轴方向的矩形区域内的接收点子集。
当前炮数据中位于沿x轴方向的矩形区域内的接收点构成属于沿x轴方向的矩形区域的接收点子集。
当前炮数据中位于沿y轴方向的矩形区域内的接收点(除去已经出现在属于沿x轴方向的矩形区域的接收点子集内的接收点)构成属于沿y轴方向的矩形区域的接收点子集。
⑸通过射线追踪单元构造参与正演的速度模型并进行射线追踪
从对应整个工区的整体速度模型中截取参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到属于十字走廊区域的接收点子集的各个接收点的射线路径和旅行时。可以分解成如下3个子步骤：
子步骤1，截取沿x轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到属于沿x 轴方向的矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
子步骤2，截取沿y轴方向的矩形区域参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型，构成参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到属于沿y 轴方向的矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
子步骤3，合并子步骤1和子步骤2获得的从炮点到各个接收点的射线路径和旅行时并剔除重复数据，得到从炮点到属于十字走廊区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
实施例4
如图10所示为一种初至层析近地表速度高效建模系统，包括：
预设区域确定单元：通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n为取自2至8的自然数；确定坐标系，以所述炮点为坐标原点， x轴选择在沿接收线方向或者沿垂直接收线方向；所述n为4，所述方位角选择 0度、90度、180度、270度4个方位角，所述预设区域由沿接收线方向的第一矩形区域和沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成，所述第一矩形区域的宽度大于相邻两条接收线的距离；所述第二矩形区域的宽度大于相邻两个接收点的距离；所述第一矩形区域和第二矩形区域的长度为所述被使用的最大炮检距。
参与正演的速度模型的平面范围确定单元：根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
接收点子集提取单元：提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
接收点的射线路径和旅行时计算单元：根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，即从对应整个工区的整体速度模型中截取所述参与正演的速度模型的平面范围内的速度模型,构成参与正演的速度模型，然后利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
实施例5
一个理论模型的例子。应用相同的初至层析方法与参数，测试采用十字走廊区域接收点数据的效率和精度。
图2为本实施例的理论模型的炮点接收点分布图。接收线在x方向，接收点距30米，接收线距90米。炮线在y方向，炮点距30米，炮线距90米。炮点与接收线之间在y方向的最小距离为15米，接收点与炮线之间在x方向的最小距离也是15米，即炮点和接收线不重合，接收点与炮线也不重合。
图3为本实施例的理论模型对应整个工区的整体速度模型的平面分布图。以工区中心为界划分成4个速度区域，左上、右下区域为相对低速区，右上、左下区域为相对高速区，各分区之间有180米的速度过渡区以表现速度的横向变化。图上还示出了3条速度质控线的位置即AB、CD、EF。图4为本实施例的其中一个炮点的观测系统图，即一个炮点与对应的接收点的位置关系图。对应一个炮点的接收点范围包含了2430米×2430米的矩形区域，炮点位于中间位置。
图5为本实施例的对应图4的一个炮点的十字走廊区域及其接收点。选择沿接收线方向为炮点局部坐标系的x轴方向。XLIMIT_h＝1215米、YLIMIT_h＝90 米，XLIMIT_v＝YLIMIT_h、YLIMIT_v＝XLIMIT_h，DX_LMT＝DY_LMT＝0。即构成十字走廊区域的沿x轴方向的矩形区域将包含2条接收线的所有接收点，沿y轴方向的矩形区域将包含所有接收线与炮点在x方向的距离最小的6个接收点。
图6为本实施例的理论模型对应图3中的3条速度质控线位置的速度剖面 (从上到下分别对应图3中的EF、CD、AB线位置)，展示了理论模型速度的空间变化。对比层析反演的速度模型与理论模型的速度模型在这3条速度质控线位置的速度剖面，可了解层析反演的精度。
对理论模型数据分别采用全方位角(即全部炮检方位角)、全炮检距数据进行层析反演和如图5所示的十字走廊区域内的数据进行层析反演，采用相同的计算平台，层析反演方法和其它参数完全相同，迭代12次。结果显示，如果把采用十字走廊区域内的数据进行层析反演所耗费的CPU运算时间定义为1个单位的话，那么采用全方位角、全炮检距数据进行层析反演所耗费的CPU运算时间达到11.6个单位。可见采用十字走廊区域内的数据进行层析反演对处理效率的提高非常显著。
对比层析反演的速度模型与理论速度模型，采用十字走廊区域内的数据进行层析反演得到的速度模型相对理论速度模型的平均绝对值误差，在深度小于 100米时为0.76％、深度小于200米时为1.71％、深度小于300米时为2.30％，这种误差的速度模型针对初至层析建模的大多数应用场景(静校正量计算或叠前深度偏移初始速度模型建立)而言精度是足够的。采用全方位角、全炮检距数据进行的层析反演得到的速度模型的精度较采用十字走廊区域内的数据进行层析反演的要高一些，只是需耗费的CPU运算时间成数倍增加。
图7为本实施例的采用全方位角、全炮检距数据层析反演的速度模型对应图3的3条速度质控线位置的速度剖面(从上到下分别对应图3中的EF、CD、 AB线位置)。图8采用对应图5的十字走廊区域数据层析反演的速度模型对应图 3的3条速度质控线位置的速度剖面(从上到下分别对应图3中的EF、CD、AB 线位置)。图7与图8都与图6有很好的一致性。
采用本发明提供的初至层析近地表速度高效建模方法，在付出较小的初至层析速度建模精度损失的情况下，初至层析近地表速度建模效率得到了显著提高。
Claims (10)
1.一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于，包括步骤：
S10、通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n为取自2至8的自然数；
S20、根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
S30、提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
S40、根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
2.根据权利要求1所述的一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于：在所述S10步骤中，所述n为4，所述预设区域由沿接收线方向的第一矩形区域和沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成。
3.根据权利要求2所述的一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于：所述第一矩形区域的宽度大于相邻两条接收线的距离；所述第二矩形区域的宽度大于相邻两个接收点的距离；所述第一矩形区域和第二矩形区域的长度的一半为所述被使用的最大炮检距。
4.根据权利要求3所述的一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于，所述步骤S20中，所述第一矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第一矩形区域的基础上分别在第一矩形区域的长度方向和宽度方向向外扩展给定距离后的范围；所述第二矩形区域参与正演的速度模型的平面范围包含在所述第二矩形区域的基础上分别在第二矩形区域的宽度方向和长度方向向外扩展给定距离后的范围。
5.根据权利要求3所述的一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于，所述步骤S30中，所述接收点子集包括将第一矩形区域内的接收点子集1和第二矩形区域内的接收点子集2叠加后剔除重复数据构成的接收点子集。
6.根据权利要求3所述的一种初至层析近地表速度高效建模方法，其特征在于，所述步骤S40包括：分别计算从所述炮点到属于第一矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时和从所述炮点到属于第二矩形区域的接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时并剔除重复数据。
7.一种初至层析近地表速度高效建模系统，包括：
预设区域确定单元：通过预设的n个方位角及被使用的最大炮检距确定预设区域，所述n为取自2至8的自然数；
参与正演的速度模型的平面范围确定单元：根据所述预设区域确定参与正演的速度模型的平面范围；
接收点子集提取单元：提取当前炮点的炮数据中位于所述预设区域内的接收点子集；
接收点的射线路径和旅行时计算单元：根据所述参与正演的速度模型的平面范围构造参与正演的速度模型，利用射线追踪技术计算从炮点到所述接收点子集中的各个接收点的射线路径和旅行时。
8.根据权利要求7所述的初至层析近地表速度高效建模系统，其特征在于：所述n为4，所述预设区域由沿接收线方向的第一矩形区域和沿垂直接收线方向的第二矩形区域构成。
9.根据权利要求7所述的初至层析近地表速度高效建模系统，其特征在于：所述第一矩形区域的宽度大于相邻两条接收线的距离；所述第二矩形区域的宽度大于相邻两个接收点的距离；所述第一矩形区域和第二矩形区域的长度的一半为所述被使用的最大炮检距。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行权利要求1-6任一项所述的初至层析近地表速度高效建模方法中的步骤。
Priority Applications (1)
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| CN202011106329.8A CN114428318A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种初至层析近地表速度高效建模方法及系统 |
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| CN114428318A true CN114428318A (zh) | 2022-05-03 |
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2020
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