分方位旅行时层析反演方法及装置与流程

1.本发明涉及石油勘探技术领域，尤其是涉及一种分方位旅行时层析反演方法及装置。


背景技术：

2.目前随着勘探目标的不断深入，工区越来越复杂，在表层厚黄土堆积和地形起伏较大、变化明显的区域或者大偏移距、宽方位数据的各向异性表现得尤为突出。在新疆南缘山前低速砾石层所覆盖的工区都具有明显的特点：远排列线初至时间异常分散，沿东西方向明显大于沿南北方向。不同方位初至计算的静校正量存在明显的差异。近地表各向异性对三维地震资料中浅层成像影响很大。因此如何解决各向异性问题对近地表速度调查的影响，以及如何在原始数据中消除表层各向异性影响，是亟需解决的问题。而在近地表速度建模方面，目前常规的初至波层析反演均未考虑各向异性，也没有成熟可用的解决各向异性的技术与方法。而各向异性建模技术主要针对中深层速度模型。在对近地表速度模型的解决并未有较好的应用。从而直接影响静校正效果。截止目前，尚未形成可实际应用的近地表各向异性反演技术。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种分方位旅行时层析反演方法及装置，对初至波可以进行较准确的各向异性刻画与分析，进而对层析反演过程进行优化，得到精度更高的表层速度模型，以便提高静校正质量，从而改善由静校正影响的成像效果。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种分方位旅行时层析反演方法，该方法包括：获取初始速度模型；所述初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立；利用目标函数计算所述目标炮的初至的各向异性参数，并根据所述各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数；根据所述第一方向参数和所述第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据；利用所述初始速度模型和所述第一旅行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用所述初始速度模型和所述第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型；利用所述第一方向参数、所述第二方向参数、所述第一速度模型和所述第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。
5.第二方面，本发明实施例还提供一种分方位旅行时层析反演装置，该装置包括：获取模块，用于获取初始速度模型；所述初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立；参数模块，用于利用目标函数计算所述目标炮的初至的各向异性参数，并根据所述各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数；确定模块，用于根据所述第一方向参数和所述第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据；计算模块，用于利用所述初始速度模型和所述第一旅行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用所述初始速度模型和所述第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型；结果模块，用于利用所述第一方向参数、所述第二方向参数、所述第一速度模型和所述第二速度模型生成分方位旅行时层
析反演结果。
6.第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述分方位旅行时层析反演方法。
7.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述分方位旅行时层析反演方法的计算机程序。
8.本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种分方位旅行时层析反演方案，该方案包括：获取初始速度模型；所述初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立；利用目标函数计算所述目标炮的初至的各向异性参数，并根据所述各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数；根据所述第一方向参数和所述第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据；利用所述初始速度模型和所述第一旅行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用所述初始速度模型和所述第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型；利用所述第一方向参数、所述第二方向参数、所述第一速度模型和所述第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。本发明实施例对初至波可以进行较准确的各向异性刻画与分析，进而对层析反演过程进行优化，得到精度更高的表层速度模型，以便提高静校正质量，从而改善由静校正影响的成像效果。
9.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
10.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本发明实施例提供的分方位旅行时层析反演方法流程图；
13.图2为本发明实施例提供的分方位旅行时层析反演装置结构框图；
14.图3为本发明实施例提供的结果模块结构框图；
15.图4为本发明实施例提供的炮点与检波点位置关系示意图；
16.图5为本发明实施例提供的均匀介质旅行时特点示意图；
17.图6为本发明实施例提供的各项异性介质旅行时特点示意图；
18.图7为本发明实施例提供的椭圆拟合后的参数确定示意图；
19.图8为本发明实施例提供的按照椭圆形态抽取检波点方式示意图；
20.图9为本发明实施例提供的工区内所有炮的椭圆形态示意图；
21.图10为本发明实施例提供的最快方向旅行时层析反演得到的第一速度模型示意图；
22.图11为本发明实施例提供的最慢方向旅行时层析反演得到的第二速度模型示意
图；
23.图12本发明实施例提供的计算机设备结构框图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.针对近地表初至波各向异性导致浅层速度不准、静校正效果不佳的问题，本发明实施例提供的一种分方位旅行时层析反演方法及装置，该方法主要使用在三维石油地震勘探中的宽方位、大偏移距和高密度数据，该方法能填补解决初至旅行时各向异性手段的空白，具有方法原理正确，易实现，计算精度较高的特点，从而得到精度更高的速度模型，为高精度成像打下坚实的基础。
26.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种分方位旅行时层析反演方法进行详细介绍。
27.本发明实施例提供了一种分方位旅行时层析反演方法，参见图1所示的一种分方位旅行时层析反演方法流程图，该方法包括以下步骤：
28.步骤s102，获取初始速度模型。
29.在本发明实施例中，初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立。目标炮是根据实际需求选择的炮点。预先利用插值法将目标炮对应的所有旅行时初至进行速度模型建立，得到反演所需的初始速度模型。
30.需要说明的是，需要预先进行计算的数据包括旅行时初至信息和初始速度模型信息。其中旅行时初至信息主要包括炮点的坐标与高程信息，以及每一炮对应的接收点坐标与高程信息。初始速度模型文件是预先以旅行时初至中炮检点坐标信息确定模型范围大小以及高程信息，根据旅行时分布确定深度方向上的速度变化，再通过插值等算法预设定各个方向上网格大小可得到整个工区范围内的速度分布信息。
31.参见图4，初始速度模型是指利用旅行时文件中所有炮检点坐标与高程插值形成的文件，二维模型是在x和z方向上具有一定网格数量的平面文件。三维模型是在x、y、z三个方向上具有一定网格数量的体文件。三维炮集分布，一炮有若干条接收线，每一接收线上有若干接收点进行接收。三维的速度模型与旅行时场为一个体数据。
32.步骤s104，利用目标函数计算目标炮的初至的各向异性参数，并根据各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数。
33.在本发明实施例中，统计目标炮的旅行时初至时间，采用目标函数进行计算后可得到该炮的初至的各项异性参数信息。根据各项异性参数将最快方向的相关参数作为第一方向参数，将最慢方向的相关参数作为第二方向参数。
34.步骤s106，根据第一方向参数和第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据。
35.在本发明实施例中，用记录的第一方向参数和第二方向参数对目标炮对应的检波点进行抽取，基于抽取到的检波点确定第一旅行时数据和第二旅行时数据。
36.需要说明的是，可以将基于第一方向参数抽取的检波点确定的旅行时数据作为第一旅行时数据，将基于第二方向参数抽取的检波点确定的旅行时数据作为第二旅行时数据。
37.步骤s108，利用初始速度模型和第一旅行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用初始速度模型和第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型。
38.在本发明实施例中，在得到两个方向对应的旅行时数据之后，将初始速度模型分别与第一旅行时数据和第二旅行时数据结合，进行层析反演计算，可得到两个反演后的速度模型。
39.需要说明的是，第一速度模型和第二速度模型的大小完全一致，只有每个位置上的速度值不同。
40.步骤s110，利用第一方向参数、第二方向参数、第一速度模型和第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。
41.在本发明实施例中，在得到第一方向参数、第二方向参数、第一速度模型和第二速度模型之后，利用这些信息进行分析计算，将得到的新的速度模型作为分方位旅行时层析反演结果。
42.本发明实施例提供了一种分方位旅行时层析反演方案，该方案包括：获取初始速度模型；所述初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立；利用目标函数计算所述目标炮的初至的各向异性参数，并根据所述各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数；根据所述第一方向参数和所述第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据；利用所述初始速度模型和所述第一旅行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用所述初始速度模型和所述第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型；利用所述第一方向参数、所述第二方向参数、所述第一速度模型和所述第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。本发明实施例对初至波可以进行较准确的各向异性刻画与分析，进而对层析反演过程进行优化，得到精度更高的表层速度模型，以便提高静校正质量，从而改善由静校正影响的成像效果。
43.在一个实施例中，根据第一方向参数和第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据，可以按照如下步骤执行：
44.根据第一方向参数确定检波点的第一抽取范围，在第一抽取范围抽取第一检波点；根据第一检波点确定第一旅行时数据；根据第二方向参数确定检波点的第二抽取范围，在第二抽取范围抽取第二检波点；根据第二检波点确定第二旅行时数据。
45.在本发明实施例中，用记录的方向参数对每一炮对应的检波点进行抽取，例如最快方向为50
°
(与x轴增大方向)那么抽取的检波点范围为50
°‑
45
°
到50
°
45
°
，则最慢方向为140
°
，那么抽取的检波点范围为140
°‑
45
°
到140
°
45
°
，抽取完所有炮后，将各自方向的数据合在一起，这样可以得到两个(最快与最慢方向)旅行时数据，最快方向数据表示为m，最慢方向数据表示为n。
46.在一个实施例中，利用第一方向参数、第二方向参数、第一速度模型和第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果，可以按照如下步骤执行：
47.利用第一方向参数和第二方向参数确定第一权值和第二权值；利用第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。
48.在一个实施例中，利用第一方向参数和第二方向参数按照如下公式确定第一权值和第二权值：wa wb＝1；wa/wb＝c；其中，wa为第一权值，wb为第二权值，c为第一方向参数和第二方向参数的比值。
49.在本发明实施例中，设每炮数据内最快方向，即第一方向参数a抽取数据对应的权值为wa，最慢方向，即第二方向参数b抽取的数据对应的权值为wb，c为a与b的比值。
50.在一个实施例中，利用第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型按照如下公式生成分方位旅行时层析反演结果：z＝wa
×
a wb
×
b；其中，wa为第一权值，wb为第二权值，a为第一速度模型，b为第二速度模型，z为分方位旅行时层析反演结果。
51.在本发明实施例中，对抽取后得到的两个方向旅行时数据与初始速度模型分别进行层析反演计算，可以得到两个反演后的速度模型。其中将按照最快方向抽取的旅行时反演得到的速度模型为a，将最慢方向抽取的旅行时反演得到的速度模型为b。
52.在一个实施例中，该方案还可以执行如下步骤：
53.计算第一速度模型中目标位置的炮点权值；利用炮点权值、第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型生成目标分方位旅行时层析反演结果。
54.在生成最终速度模型时，可能需要考虑多个炮点的信息。考虑到同一个检波点可能对应不同的炮点，因此，将某一个检波点的位置作为目标位置，基于该检波点对应的炮点的个数确定该目标位置各个炮点的权值，再将炮点权值用于优化分方位旅行时层析反演结果得到目标分方位旅行时层析反演结果。
55.在一个实施例中，根据目标位置接收到的炮点的个数，利用反距离加权法计算第一速度模型中目标位置的炮点权值。
56.在本发明实施例中，反距离加权法主要依赖于反距离的幂值，幂参数可基于距输出点的距离来控制已知点对内插值的影响。幂参数是一个正实数，默认值为2。(一般0.5到3的值可获得最合理的结果)。通过定义更高的幂值，可进一步强调最近点。
57.在一个实施例中，利用炮点权值、所第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型按照如下公式生成目标分方位旅行时层析反演结果：za＝waa
×
wa
×
a waa
×
wb
×
b；其中，waa为炮点权值，wa为第一权值，wb为第二权值，a为第一速度模型，b为第二速度模型，za为目标分方位旅行时层析反演结果。
58.在一个实施例中，目标函数为二维变差函数。
59.在本发明实施例中，变差函数是描述随机场和随机过程空间相关性的统计量，被定义为空间内两空间点之差的方差。
60.下面以一个具体实施例对该方法的实施过程进行介绍。
61.(1)将得到的所有旅行时初至进行速度模型建立，得到反演所需的初始模型。
62.(2)对任意一炮旅行时的位置关系如图4所示，图中黑色圆点是炮点位置，每一个黑色圆点周边的点是检波点位置，代表该位置上记录的炮点激发信号到此记录的时间信息。统计该炮的旅行时初至时间，并采用二维变差函数进行计算后可得到该炮的初至的各项异性描述。如果地层介质均匀，那么所有点记录的时间信息均匀，通过二维变差函数计算得到的值呈圆形，如图5所示；如果非均匀，那么存在速度快慢方向，通过二维变差函数计算得到的值呈椭圆特点，如图6所示。对计算后的数据进行椭圆算法拟合可以统计可以得到拟合的椭圆参数，如图7所示，其中可以直接确定出最快方向a(短轴)与最慢方向b(长轴)与比
值c(长短轴比值)并进行记录。
63.(3)对每一炮内部而言，用记录的方向对炮内的检波点进行抽取，参见图8，可以将炮内的检波点数据分为两类：例如最慢方向为120
°
(与x轴增大方向)那么抽取的检波点范围为120
°‑
45
°
到120
°
45
°
和对角区域，则最快方向为30
°
，那么抽取的检波点范围为30
°‑
45
°
到30
°
45
°
和对角区域。然后对每一炮都可以进行如此操作，参见图9，抽取完所有炮后，将各自方向的数据合在一起，这样可以得到两个(最快与最慢方向)旅行时数据，最快方向数据表示为m，最慢方向数据表示为n。
64.(4)对抽取后得到的两个方向旅行时数据与步骤(1)得到的速度模型分别进行层析反演计算，可以得到两个反演后的速度模型。其中将按照最快方向抽取的旅行时反演得到的速度模型为a，见图10，将最慢方向抽取的旅行时反演得到的速度模型为b，见图11，两个速度模型大小完全一致，只有每个位置上的速度值不同。
65.(5)设每炮数据内最快方向a抽取数据对应的权值为wa，最慢方向b抽取的数据对应的权值为wb，则有下面公式可以计算出来各自数据对应的权系数：
66.wa wb＝1；
67.wa/wb＝c。
68.(6)最终的速度模型为z，则z＝wa
×
a wb
×
b。但由于在模型上面同一个位置有不同炮点对应的检波点，例如模型a上任意一个位置上的检波点对应了不同炮点激发得到的旅行时，因此权值有多个，这里需要给每个权值计算不同炮点对应的权值wwa，该权值可以按照反距离加权的方式得到，计算的个数为该位置检波点能接收到所有炮点的个数。最终的速度模型z就等于a模型上任意点的值乘以该点对应每一炮的权值wa在乘以wwa之和加上b模型上任意点的值乘以该点对应每一炮的权值wb再乘以wwa之和。
69.本发明提供了一种分方位旅行时层析反演方法及装置，该方法主要对每一炮旅行时初至时间进行各向异性统计与分析，可以得到并记录变化的最快方向与最慢方向，以及得到最快方向与最慢方向的比值。在每一炮内根据记录的最快方向与最慢方向分别抽取旅行时对应的检波点，再根据两个方向的旅行时分别进行层析反演计算，从而得到各自的反演速度模型，再根据前面每一炮两个方向的比值作为权值，最后通过加权得到最终的速度模型。该方法可较为准确的刻画每一炮的初至旅行时各向异性特点，并将快慢方向进行分离，从而分别进行层析反演得到不同方向的速度分布，再通过加权合并的方法得到最终的速度模型。该方法得到的速度模型对速度的快慢分布有更合理的描述，能更好的解决近地表速度描述不准的问题，从而增强山地静校正技术的处理手段，提高实际资料的浅层成像能力。
70.本发明实施例中还提供了一种分方位旅行时层析反演装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与分方位旅行时层析反演方法相似，因此该装置的实施可以参见分方位旅行时层析反演方法的实施，重复之处不再赘述。参见图2所示的分方位旅行时层析反演装置结构框图，该装置包括：
71.获取模块21，用于获取初始速度模型；初始速度模型根据目标炮的初至旅行时建立；参数模块22，用于利用目标函数计算目标炮的初至的各向异性参数，并根据各项异性参数确定第一方向参数和第二方向参数；确定模块23，用于根据第一方向参数和第二方向参数确定第一旅行时数据和第二旅行时数据；计算模块24，用于利用初始速度模型和第一旅
行时数据进行层析反演计算，得到第一速度模型，利用初始速度模型和第二旅行时数据进行层析反演计算，得到第二速度模型；结果模块25，用于利用第一方向参数、第二方向参数、第一速度模型和第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。
72.在一个实施例中，确定模块，具体用于：根据第一方向参数确定检波点的第一抽取范围，在第一抽取范围抽取第一检波点；根据第一检波点确定第一旅行时数据；根据第二方向参数确定检波点的第二抽取范围，在第二抽取范围抽取第二检波点；根据第二检波点确定第二旅行时数据。
73.在一个实施例中，参见图3所示的结果模块结构框图，结果模块，包括：权值单元251，用于利用第一方向参数和第二方向参数确定第一权值和第二权值；生成单元252，用于利用第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型生成分方位旅行时层析反演结果。
74.在一个实施例中，权值单元，具体用于：利用第一方向参数和第二方向参数按照如下公式确定第一权值和第二权值：wa wb＝1；wa/wb＝c；其中，wa为第一权值，wb为第二权值，c为第一方向参数和第二方向参数的比值。
75.在一个实施例中，生成单元，具体用于：利用第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型按照如下公式生成分方位旅行时层析反演结果：z＝wa
×
a wb
×
b；其中，wa为第一权值，wb为第二权值，a为第一速度模型，b为第二速度模型，z为分方位旅行时层析反演结果。
76.在一个实施例中，结果模块，还用于：计算第一速度模型中目标位置的炮点权值；利用炮点权值、第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型生成目标分方位旅行时层析反演结果。
77.在一个实施例中，结果模块，还用于：根据目标位置接收到的炮点的个数，利用反距离加权法计算第一速度模型中目标位置的炮点权值。
78.在一个实施例中，结果模块，还用于：利用炮点权值、第一权值、第二权值第一速度模型和第二速度模型按照如下公式生成目标分方位旅行时层析反演结果：za＝waa
×
wa
×
a waa
×
wb
×
b；其中，waa为炮点权值，wa为第一权值，wb为第二权值，a为第一速度模型，b为第二速度模型，za为目标分方位旅行时层析反演结果。
79.在一个实施例中，目标函数为二维变差函数。
80.本发明实施例还提供一种计算机设备，参见图12所示的计算机设备结构示意框图，该计算机设备包括存储器81、处理器82及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一种分方位旅行时层析反演方法的步骤。
81.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的计算机设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
82.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述任一种分方位旅行时层析反演方法的计算机程序。
83.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
84.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。
85.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。
86.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。
87.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。