CN115826038A - 一种vti介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统，包括：1)获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件；2)计算单炮的理论走时场，并确定单炮目标函数和单炮的伴随场；3)计算VTI介质的单炮多参数梯度；4)计算单炮的预条件照明补偿算子；5)根据所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果；否则，进入步骤6)；6)得到更新后的速度和各向异性参数模型，本发明可以广泛应用于近地表各向异性参数建模领域中。

Description

一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统

技术领域

本发明涉及近地表各向异性参数建模领域，特别是关于一种VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统。

背景技术

地下岩层普遍存在各向异性特征，介质的各向异性对地震波传播的运动学和动力学特性均有严重的影响，因此，构建各向异性参数模型对于地震数据处理和地震成像至关重要。近年来，随着“两宽一高”以及海底节点(OBN)、海地地震仪(OBS)等地震勘探观测方法的发展，在大偏移距的地震数据中，各向异性对地震数据的影响尤为突出。初至波在近地表介质的传播过程中携带了丰富的地下速度和各向异性参数信息，因此，利用初至波信息建立地下速度参数和VTI各向异性模型是地震勘探中的常用方法，其中，初至波信息中的走时信息最为稳健、对初始模型依赖较低，使得走时层析方法常被用于建立地下长波长的速度和VTI各向异性参数模型。

基于不同的正演引擎，产生了主要的三大类走时层析方法，包括基于射线追踪的射线层析方法，基于波动方程模拟的波动方程走时层析或有限频走时层析方法，以及基于程函方程计算走时的伴随状态法走时层析方法，这三类走时层析方法在VTI介质多参数反演时，均面临着一个与各向同性介质中初至走时单个速度参数反演不同的问题，就是走时信息对不同参数的敏感性随角度变化，即走时信息对多参数角度照明不相同，这个问题直接影响了VTI介质多参数走时反演的迭代更新。

在射线层析和波动方程的VTI介质走时多参数反演中，已经有学者对角度照明问题进行了初步研究。在基于射线追踪的VTI介质走时多参数反演方法中，研究人员从Christoffel矩阵出发，率先推导出了刚度系数对相速度和群速度的一阶导数，这从理论上揭示了初至波走时信息对VTI介质中多个参数的敏感性随角度变化的特征，提供了VTI介质中qP、qSH、qSV三种类型的初至波走时信息对多参数敏感性随角度变化的理论解析解。基于qP波群速度或其近似表达式，也可得到qP波走时信息对VTI介质多参数敏感核随角度变化的渐进近似解。基于VTI介质中的拟声qP波波动方程，可以得到VTI介质中qP波有限频或波动方程走时反演多参数敏感核的表达式，然后通过设计不同透射角度的观测方式，数值计算并分析多个参数的敏感性在不同透射角上的照明情况。虽然上述方法已经揭示了角度照明不均匀的问题，但是该问题对反演的不利影响以及如何进行角度照明补偿进而提高反演的精度还未被深入研究。不同于射线层析和波动方程走时层析方法，AST方法(基于伴随状态法的走时多参数层析成像方法)无需射线追踪和Fréchet导数矩阵的计算，内存需求低，特别适合于并行计算，已经被应用于透射和反射联合速度建模、区域速度建模和VTI介质多参数建模中。

然而，传统的AST方法均是基于面积分来定义目标函数，得到的伴随方程依赖于地表法向，导致检波器只能定义在模型的表面而无法定义在模型内部。这导致AST方法无法适用于井间、海底OBS和垂直地震剖面(VSP)观测数据等检波器被布置于模型内部的多种观测数据。在VTI介质中，数值计算多参数的敏感核也需要将检波器置于模型内部，因此，在VTI介质中，传统的AST方法也无法进行角度照明分析，更无法进行照明补偿。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够进行角度照明分析和照明补偿的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：第一方面，提供一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，包括：

1)获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件；

2)根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场；

3)根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度；

4)根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子；

5)将所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子进行累加求和，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果；否则，进入步骤6)；

6)根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求。

进一步地，所述步骤2)中根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场，包括：

采用快速扫描算法，根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场；

基于观测系统文件，根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮目标函数；

根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮的伴随场。

进一步地，所述单炮的理论走时场T(x)基于下述程函方程计算：

其中，F(v₀,ε,δ,T)为控制方程；x和z分别为地下空间点的横纵坐标；v₀为速度；ε和δ为Thomsen各向异性参数。

进一步地，所述基于观测系统文件，根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮目标函数，包括：

计算单炮的观测初至走时与理论走时场之间的走时差；

基于观测系统文件，根据单炮的走时差，得到单炮目标函数J(v₀,ε,δ)：

其中，r_i表示第i个检波点的位置；x表示计算区域Ω′内任意位置，使用δ函数

控制区域Ω′内检波点处目标函数的计算；T(v₀,ε,δ,x)为理论计算的初至走时。

进一步地，采用下述伴随状态方程，将单炮的走时差反向投影至地下多参数模型空间中，得到单炮的伴随场λ(x)：

其中，N(x)为伴随场λ(x)的系数矩阵。

进一步地，所述步骤4)中根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子，包括：

将单炮的走时差设置为固定常数；

基于固定常数，对检波点位置的伴随场进行初始化，注入反传源；

采用快速扫描法，将检波点位置处的伴随场传播至地下模型中，在不同方向上进行扫描，计算整个地下模型空间各点处的伴随场，得到单炮的预条件照明补偿算子。

进一步地，所述步骤6)中根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求，包括：

根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，对原始多参数梯度进行照明补偿，得到照明补偿后的梯度；

根据照明补偿后的梯度，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求，得到最终的VTI多参数层析成像结果。

第二方面，提供一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像系统，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件；

理论走时场计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场；

梯度计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度；

照明补偿算子计算模块，用于根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子；

判断模块，用于根据所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果；

照明补偿模块，用于根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型。

第三方面，提供一种处理设备，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现上述VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的步骤。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的步骤。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明计算量小，计算效率高，无需进行波动方程正演模拟，也无需进行射线追踪和Fréchet导数矩阵的计算，每一次迭代仅需一次Eikonal方程(程函方程)的求解和伴随方程的计算。

2、本发明内存占用少，计算快，易并行，本发明首先在求解Eikonal方程时相对于波动方程模拟节省了大量计算时间，内存占用少，单炮循环容易实现并行计算。

3、本发明可以方便地施加预条件，仅增加了一次伴随方程的计算，即可得到预条件算子从而进行角度照明补偿，克服传统方法中多参数照明不均的问题，反演精度大幅度提高。

本发明可以广泛应用于近地表各向异性参数建模领域中。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的方法流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的真实VTI多参数模型示意图，其中，图2(a)为参数V0模型示意图，图2(b)为参数ε模型示意图，图2(c)为参数δ模型示意图；

图3是本发明一实施例提供的采用传统方法反演的VTI多参数模型示意图，其中，图3(a)为参数v₀模型示意图，图3(b)为参数ε模型示意图，图3(c)为参数δ模型示意图；

图4是本发明一实施例提供的采用本发明反演的VTI多参数模型示意图，其中，图4(a)为参数v₀模型示意图，图4(b)为参数ε模型示意图，图4(c)为参数δ模型示意图；

图5是本发明一实施例提供的采用本发明反演的x＝7km处的VTI多参数剖面示意图，其中，图5(a)为参数v₀模型示意图，图5(b)为参数ε模型示意图，图5(c)为参数δ模型示意图；

图6是本发明一实施例提供的采用本发明反演得到的抽线示意图，其中，图6(a)为速度模型抽线示意图，图6(b)为反演ε模型抽线示意图；

图7是本发明一实施例提供的初始模型和本发明PAST反演模型RTM成像结果示意图，其中，图7(a)为初始模型示意图，图7(b)为本发明PAST反演模型RTM成像结果示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

各向异性特征普遍存在于地下岩层中，介质的各向异性对地震波传播的运动学和动力学特性均有严重的影响，其中，由于沉积压实等地质作用而形成的具有垂直对称轴的横向各向同性特征的VTI介质是最典型的一类各向异性介质。VTI介质普遍存在于近地表介质中，对地表地震勘探的大偏移距的地震数据的影响尤其突出，VTI介质多参数走时反演面临敏感性角度依赖性的问题，这种VTI介质中多参数走时反演中的角度照明不均问题，严重阻碍了多个参数的同时有效更新，降低了各向异性多参数反演的精度。

本发明提供的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法及系统，首先基于体积分重新定义AST方法的目标函数，突破了传统AST方法伴随方程依赖于地表法向量、只能将检波器定义于模型表面的限制，可以适用于地表、井间、海底和VSP等多种观测方式的地震数据。在此基础上，本发明揭示了VTI介质中AST多参数同时反演中存在的角度照明不均(优势反演区域)、射线密度照明不均和梯度奇异值等弊端，针对角度照明问题，通过对梯度施加Hessian对角线元素近似预条件算子进行照明补偿，从而实现了多参数角度照明补偿和深部射线密度补偿，消除了原梯度中的奇异值，提高了VTI介质中初至波走时各向异性多参数反演的精度。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，包括以下步骤：

1)设置循环迭代次数LOOP。

2)数据预处理：获取原始地震数据的观测初至走时T^obs，确定初始速度和各向异性参数模型(v₀,ε,δ)以及观测系统文件，其中，v₀为速度，ε和δ为Thomsen各向异性参数，观测系统文件包括总炮数和检波器数以及各炮点和检波点的位置坐标和观测初至走时T^obs。

3)令LOOP＝1，进入炮循环，采用快速扫描算法，根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场。

具体地，以单炮为单位，基于下述程函方程(1)，计算单炮的理论走时场T(x)：

其中，F(v₀,ε,δ,T)为控制方程，即Eikonal方程；x和z分别为地下空间点的横纵坐标。

4)基于观测系统文件，根据观测初至走时T^obs和单炮的理论走时场，确定单炮目标函数，具体为：

4.1)计算单炮的观测初至走时T^obs(x)与理论走时场T(x)之间的走时差T(x)-T^obs(x)。

4.2)基于观测系统文件，根据单炮的走时差T(x)-T^obs(x)，得到单炮目标函数J(v₀,ε,δ)：

其中，r_i表示第i个检波点的位置(共有N个检波点)；x表示计算区域Ω′内任意位置，使用δ函数

控制区域Ω′内检波点处目标函数的计算；T(v₀,ε,δ,x)为理论计算的初至走时。

5)采用伴随状态方程，根据观测初至走时T^obs和单炮的理论走时场，确定单炮的伴随场λ(x)。

具体地，采用伴随状态方程(3)和(4)，将单炮的走时差T(x)-T^obs(x)反向投影至地下多参数模型空间中，得到单炮的伴随场λ(x)：

其中，N(x)为伴随场λ(x)的系数矩阵，且：

6)根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度

具体地，通过VTI介质中的多参数梯度公式计算VTI介质的单炮多参数梯度

7)采用伴随状态方程，根据观测初至走时T^obs和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子，具体为：

7.1)在单炮循环内，将单炮的走时差T(x)-T^obs(x)设置为固定常数T^const，例如设置的常数为1。

7.2)基于固定常数T^const，对检波点位置的伴随场λ^p(x)进行初始化，注入反传源。

具体地，利用下式对检波点位置的伴随场λ^p(x)进行初始化的数值计算：

7.3)采用快速扫描法，将检波点位置的伴随场λ^p(x)传播至地下模型中，在不同方向上进行扫描，计算整个地下模型空间各点处的伴随场λ^p(x)，即单炮的预条件照明补偿算子λ^p(x)：

8)单炮循环结束，将所有炮的VTI多参数层析成像结果进行累加求和规约，得到VTI多参数层析成像结果，即目标函数值、多参数梯度以及预条件照明补偿算子

9)判断本次迭代的目标函数值是否满足要求，若不满足，则进入步骤10)；若满足，结束迭代，输出VTI多参数层析成像结果。

具体地，判断本次迭代的目标函数值相对于上一次迭代的目标函数值是否下降，若下降，则进入步骤10)；否则，结束迭代。

10)根据单炮的伴随场λ(x)和所有炮的预条件照明补偿算子，对步骤6)中得到的原始多参数梯度

进行照明补偿，得到照明补偿后的梯度

11)根据照明补偿后的梯度，得到更新后的速度和各向异性参数模型，令LOOP自加1，进入步骤3)直至目标函数值满足要求，得到最终的VTI多参数层析成像结果。

通过采用本发明的方法，相对于传统的伴随状态法更具有优势，下面以二维VTI-BP 2007理论模型作为真实模型为具体实施例详细说明本发明的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法：

如图2所示，为二维VTI-BP 2007理论模型示意图，其中，v₀、ε、δ三个参数的真实模型分别如图2(a)、图2(b)和图2(c)，初始速度模型v₀为常梯度速度模型，初始异性参数模型ε、δ的值均为0，可见，三个参数的初始模型距离真实模型均较远。网格数nx＝801，nz＝116，网格间距dx＝dz＝20m。地表均匀布设满401个炮点和801个检波器，炮点和检波点的水平间距分别为40m和20m，最大偏移距为6km，在采用本发明方法的同时，传统的AST方法也同时被应用，以对比突出本发明的有效性和优越性。

如图3所示，为传统的AST方法的反演结果，可以看出，传统的AST方法存在以下几个方面的问题：(1)v₀,ε,δ三个参数的优势更新范围不一致，v₀在浅、中部区域得到有效更新，ε在中部更新更加明显，δ只有浅部得到更新。(2)传统的AST方法明显存在中、深部更新不足的问题。(3)δ参数在浅部更新明显过量，深部更新明显不足。(4)由于速度模型中存在低速夹层，导致低速夹层下方的介质v₀、ε均存在过量更新的问题。(5)ε参数的有效更新深度更大。上述反演结果是由于AST多参数反演存在角度照明不均导致三个参数存在优势反演区域问题。

针对以上传统的AST方法反演存在的问题，将本发明方法应用于该模型，得到新的反演结果，如图4所示，其中，反演结果在x＝7km处的VTI多参数剖面如图5所示。相较于传统的AST方法的反演结果，采用本发明方法T的反演结果三个参数均得到了有效更新，更加接近真实模型，能够说明本发明的方法在各向异性介质建模中的有效性。

下面以中国东海采集的实际数据为具体实施例详细说明本发明的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法：

该实际数据共有91个OBS，OBS的分布范围为12km～22km，OBS之间的间距约为100m。在炮检互易后，用于数据集的数据集中共有91炮，每一炮的最大偏移距为12km，检波器的间距为35m。

经过与该工区模型横坐标为18km处的已知测井速度曲线对比，如图6(a)所示，可以发现反演得到的速度值不仅与Vp测井曲线的宏观背景拟合良好，同时与该井处由Vp、Vs和密度通过Backus平均计算得到的Vp值拟合良好。初至波走时反演得到的ε值如图7(b)所示，基本反映了通过Backus平均计算得到的ε理论值的宏观趋势，证明了初至波走时反演得到的Vp和ε参数可信度均较高。

如图7所示，展示了初始模型和采用本发明方法反演的VTI介质模型下的RTM成像结果，对比图7(a)和7(b)两图可以发现，反演模型的成像结果同相轴更加连续，层位更加清晰，深部成像质量也有所改善，这也说明了本发明方法反演得到的VTI各向异性多参数模型更加可靠。

实施例2

本实施例提供一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像系统，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件。

理论走时场计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场。

梯度计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度。

照明补偿算子计算模块，用于根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子。

判断模块，用于根据所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果。

照明补偿模块，用于根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型。

本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

实施例3

本实施例提供一种与本实施例1所提供的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的处理设备，处理设备可以适用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。

所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在处理设备上运行的计算机程序，处理设备运行计算机程序时执行本实施例1所提供的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法。

在一些实现中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以理解，上述计算设备的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算设备的限定，具体的计算设备可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

实施例4

本实施例提供一种与本实施例1所提供的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，包括：

1)获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件；

2)根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场；

3)根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度；

4)根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子；

5)根据所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果；否则，进入步骤6)；

6)根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求。

2.如权利要求1所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，所述步骤2)中根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场，包括：

采用快速扫描算法，根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场；

基于观测系统文件，根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮目标函数；

根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮的伴随场。

3.如权利要求2所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，所述单炮的理论走时场T(x)基于下述程函方程计算：

其中，F(v₀,ε,δ,T)为控制方程；x和z分别为地下空间点的横纵坐标；v₀为速度；ε和δ为Thomsen各向异性参数。

4.如权利要求2所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，所述基于观测系统文件，根据观测初至走时和单炮的理论走时场，确定单炮目标函数，包括：

计算单炮的观测初至走时与理论走时场之间的走时差；

基于观测系统文件，根据单炮的走时差，得到单炮目标函数J(v₀,ε,δ)：

其中，r_i表示第i个检波点的位置；x表示计算区域Ω′内任意位置，使用δ函数

控制区域Ω′内检波点处目标函数的计算；T(v₀,ε,δ,x)为理论计算的初至走时。

5.如权利要求4所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，采用下述伴随状态方程，将单炮的走时差反向投影至地下多参数模型空间中，得到单炮的伴随场λ(x)：

其中，N(x)为伴随场λ(x)的系数矩阵。

6.如权利要求4所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，所述步骤4)中根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子，包括：

将单炮的走时差设置为固定常数；

基于固定常数，对检波点位置的伴随场进行初始化，注入反传源；

采用快速扫描法，将检波点位置处的伴随场传播至地下模型中，在不同方向上进行扫描，计算整个地下模型空间各点处的伴随场，得到单炮的预条件照明补偿算子。

7.如权利要求1所述的一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法，其特征在于，所述步骤6)中根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求，包括：

根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，对原始多参数梯度进行照明补偿，得到照明补偿后的梯度；

根据照明补偿后的梯度，得到更新后的速度和各向异性参数模型，进入所述步骤2)，直至VTI多参数层析成像结果满足要求，得到最终的VTI多参数层析成像结果。

8.一种VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据的观测初至走时，确定初始速度和各向异性参数模型以及观测系统文件；

理论走时场计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算单炮的理论走时场，并基于观测系统文件，根据观测初至走时，确定单炮目标函数和单炮的伴随场；

梯度计算模块，用于根据速度和各向异性参数模型，计算VTI介质的单炮多参数梯度；

照明补偿算子计算模块，用于根据观测初至走时和单炮的理论走时场，计算单炮的预条件照明补偿算子；

判断模块，用于根据所有炮的目标函数、多参数梯度和预条件照明补偿算子，得到VTI多参数层析成像结果，并判断该VTI多参数层析成像结果是否满足要求，若满足，则输出VTI多参数层析成像结果；

照明补偿模块，用于根据单炮的伴随场和所有炮的预条件照明补偿算子，得到更新后的速度和各向异性参数模型。

9.一种处理设备，其特征在于，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理设备执行时用于实现权利要求1-7中任一项所述的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的步骤。

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上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1-7中任一项所述的VTI介质伴随状态法走时多参数层析成像方法对应的步骤。

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