三维地震照明分析并行实现方法
【专利摘要】本发明提供了一种三维地震照明分析并行实现方法，该方法通过建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵解决了炮检关系频繁检索耗时问题，通过照明能量计算的向量重构，解决了炮检对的双向照明能量计算耗费大量I/O时间的问题，从而减少了数据用磁盘缓冲带来的耗时问题，因此，本发明可实现地震照明的快速分析，从而提高了地震照明分析的效率。
【专利说明】三维地震照明分析并行实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震勘探【技术领域】，尤其是涉及一种三维地震照明分析并行实现方 法。
【背景技术】
[0002] 地震照明分析是研究地震波能量在复杂构造中传播的有效手段。地震照明分析结 果可用于指导地震勘探观测系统设计，从而可以提高野外数据采集和最终地震成像质量。
[0003] 在地震照明分析中，由于需要计算每个炮检对的单双向照明能量数据，而地震勘 探观测系统通常具有多达上亿个炮检对，而且通常目的层多且埋藏较深。按照传统的计算 方法：把观测系统中布设的所有检波点的照明能量，从地表到最深目的层的都计算出来并 按每检波点一个文件存放在磁盘中，然后计算每个炮点的照明能量，按排列关系搜索检点， 读取对应检波点的能量数据，累加在一起，再与炮点能量相乘，得到该炮的双向照明能量 值。这种计算方法耗费大量的I/O时间，以及炮检关系的检索时间。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种三维地震照明分析并行实现方法，以实现地震照明的 快速分析，提高分析效率。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供了一种三维地震照明分析并行实现方法，包括以下 步骤：
[0006] S1、建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵；
[0007] S2、将所述三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分 成若干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应 的炮检关系矩阵中的对应项相关联；
[0008] S3、根据所述计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有 检波点在本波场层的波场值矩阵；
[0009] S4、根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场 值矩阵并行计算该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的 波场能量值矩阵；
[0010] S5、将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵与其对应所有检波点在本波场层的波 场能量值矩阵相乘求得该炮点在本波场层的照明能量值；
[0011] S6、循环上述步骤S3?S5获取所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的 照明能量值；
[0012] S7、将所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值累加得到所述 三维地震观测系统中所有炮点在本波场层的照明能量总值；
[0013] S8、循环上述步骤S3?S7从地表至目的层逐层计算出每一波场层的照明能量总 值；
[0014] S9、将所述每一波场层的照明能量总值累加得到所述三维空间波场的照明能量总 值。
[0015] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述建立三维地震观测系统中每个炮 点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵，具体包括：
[0016] 建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标映射 表；
[0017] 扫描预先定义的炮检物理关系，根据所述网格坐标映射表对所述预先定义的炮检 物理关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。
[0018] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，在所述构造出每个炮点与其所属所有 检波点的炮检关系矩阵后，剔除期中重复的炮检关系矩阵。
[0019] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述根据一个炮点与其对应所有检波 点的炮检关系矩阵获取该炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层 的波场值矩阵，具体包括：
[0020] 根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播至本波 场层的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时域地震 波通过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波；
[0021] 对所述频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的 频域波场值矩阵；
[0022] 将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反变换， 获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。
[0023] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，在所述获得该炮点及其所属所有检波 点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还包括：
[0024] 对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对 应修正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。
[0025] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述根据该炮点在本波场层的波场值 矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵获取该炮点在本波场层的波场能量值 矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵，具体包括：
[0026] 将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩 阵分别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵；
[0027] 构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵：
[0028] 将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波点的 复指数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本 波场层的波场能量值矩阵。
[0029] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述离散傅里叶变换为快速傅里叶变 换 FFT。
[0030] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述快速傅里叶变换具体包括：
[0031] 使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用 不同的缓冲区，并将输出进行转置存放；
[0032] 使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使 用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的输出。
[0033] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，所述使用一维FFT变换所述二维时域 地震波的所有的行的变换，以及使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列的变换 均采用以2为基底的8点蝶形结构实现。
[0034] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，对该炮点及其所属所有检波点在本波 场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，具体包括：
[0035] 通过并行循环消减法沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波 场层的时域波场值矩阵的对角矩阵线性方程组。
[0036] 本发明的三维地震照明分析并行实现方法，通过建立三维地震观测系统中每个炮 点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵解决了炮检关系频繁检索耗时问题，通过照明能量 计算的向量重构，解决了炮检对的双向照明能量计算耗费大量I/O时间的问题，从而减少 了数据用磁盘缓冲带来的耗时问题，因此，本发明可实现地震照明的快速分析，从而提高了 地震照明分析的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0038] 图1为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法的流程图；
[0039] 图2为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中炮检关系矩阵示意图；
[0040] 图3为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中对角矩阵线性方程组 示意图；
[0041] 图4为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中照明角度矩阵计算示 意图；
[0042] 图5为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中炮点波场能量值计算 示意图；
[0043] 图6为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中一炮点所对应的所有 检波点照明能量值矩阵示意图；
[0044] 图7为本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法中一炮点的照明能量值 的计算示意图。
【具体实施方式】
[0045] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本 发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作 为对本发明的限定。
[0046] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0047] 参考图1所示，本发明实施例的三维地震照明分析并行实现方法包括以下步骤：
[0048] S1、建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。具 体的：
[0049] 首先，建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标 映射表；
[0050] 然后，扫描预先定义的炮检物理关系，根据网格坐标映射表对预先定义的炮检物 理关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵（例如图2所 示），其中，炮检关系矩阵中每个元素是一个检波点的逻辑编码，矩阵中每个元素的位置就 是检波点照明能量存放位置，从而为照明能量计算时快速检索提供了便利。
[0051] 由此可见，本发明实施例对三维地震观测系统进行了矩阵化处理，合并了系统中 的共享排列，缩短了炮点与其对应所有检波点炮检点的检索时间，从而压缩炮检关系。在实 际的三维地震施工中，一般要放多炮后才滚动一次排列，所以可以把这些炮使用的相同排 列称为共享排列，本发明实施例能够压缩为一个排列来描述，减少了内存空间，缩小了检索 时间。
[0052] 此外，在构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵后，还可以剔除期 中重复的炮检关系矩阵，以修正炮点的关系映射，避免炮点共享的炮检关系矩阵被置空而 造成炮检关系丢失。
[0053] S2、将三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分成若 干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应的炮 检关系矩阵中的对应项相关联。本发明实施例是针对三维空间波场的计算，该波场在相同 频率下，在深度方向的波场是下层依赖上层波场，所以目的层的波场，就需要从地表开始计 算每层的波场直至目的层。在每个波场层内，把水平面X和Y方向的波场计算合并成一个 二维波场计算来完成。
[0054] S3、根据计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波 点在本波场层的波场值矩阵。具体的：
[0055] 首先，根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播 至本波场层的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时 域地震波通过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波；
[0056] 其次，对频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的 频域波场值矩阵；
[0057] 最后，将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反 变换，获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。
[0058] 其中，离散傅里叶变换可以采用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation，FFT)。本发明实施例把二维FFT变换进行了分解：先使用一维FFT变换二 维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用不同的缓冲区，并将输出进行转置 存放；再使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使用一 维FFT变换二维时域地震波的所有的行的输出，其中，使用一维FFT变换二维时域地震波的 所有的行的变换，以及使用一维FFT变换二维时域地震波的所有的列的变换均采用以2为 基底的8点蝶形结构实现，该结构能更好的分解算法中的向量大小，且能适应计算机多核 的分布结构。每个炮点及其所属所有检波点的二维时域地震波的FFT变换可以同时进行， 从而达到一个一维FFT变换的并行化，提高了变换性能。
[0059] 此外，在获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还 包括：
[0060] 对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对 应修正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。其中，所谓的宽角校正 主要是沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵 的对角矩阵线性方程组，其矩阵结构如图3所示，例如可以通过并行循环消减法沿水平面 二维方向求解。
[0061] S4、根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场 值矩并行计算取该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的 波场能量值矩阵。具体的：
[0062] 首先，将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场 值矩阵分别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵，如图4 所示；
[0063] 其次，构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵，该复指数矩阵为该炮点其 所属所有检波点在XY二维平面上，沿X方向和沿Y方向的频率响应复数值。
[0064] 最后，将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波 点的复指数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点 在本波场层的波场能量值矩阵，如图5所示。
[0065] S5、将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵SE与其对应所有检波点在本波场层
【权利要求】
1. 一种三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 建立三维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵； 52、 将所述三维地震观测系统的三维空间波场按照深度方向从地表至目的层划分成若 干波场层，在每层中，划分XY二维平面内每炮及其所属检波点的计算矩阵，并与对应的炮 检关系矩阵中的对应项相关联； 53、 根据所述计算矩阵并行计算一个炮点在一波场层的波场值矩阵及其所属所有检波 点在本波场层的波场值矩阵； 54、 根据该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩 阵并行计算该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场 能量值矩阵； 55、 将该炮点在本波场层的波场能量值矩阵与其对应所有检波点在本波场层的波场能 量值矩阵相乘求得该炮点在本波场层的照明能量值； 56、 循环上述步骤S3?S5获取所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明 能量值； 57、 将所述三维地震观测系统中每个炮点在本波场层的照明能量值累加得到所述三维 地震观测系统中所有炮点在本波场层的照明能量总值； 58、 循环上述步骤S3?S7从地表至目的层逐层计算出每一波场层的照明能量总值； 59、 将所述每一波场层的照明能量总值累加得到所述三维空间波场的照明能量总值。
2. 根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述建立三 维地震观测系统中每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵，具体包括： 建立三维地震观测系统的炮点和检波点的逻辑编码与物理位置的网格坐标映射表； 扫描预先定义的炮检物理关系，根据所述网格坐标映射表对所述预先定义的炮检物理 关系进行网格化，构造出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵。
3. 根据权利要求2所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，在所述构造 出每个炮点与其所属所有检波点的炮检关系矩阵后，剔除期中重复的炮检关系矩阵。
4. 根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述根据一 个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵获取该炮点在一波场层的波场值矩阵及其所 属所有检波点在本波场层的波场值矩阵，具体包括： 根据一个炮点与其对应所有检波点的炮检关系矩阵，对该炮点激发后传播至本波场层 的二维时域地震波及与其对应所有检波点接收到的返回至本波场层的二维时域地震波通 过离散傅里叶变换变换成对应的频域地震波； 对所述频域地震波进行向量计算获得该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域 波场值矩阵； 将该炮点及其所属所有检波点在本波场层的频域波场值矩阵进行傅里叶反变换，获得 该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。
5. 根据权利要求4所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，在所述获得 该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵之后，还包括： 对该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，以对应修 正该炮点及其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵。
6. 根据权利要求1所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述根据该 炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵获取该炮点 在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场能量值矩阵，具体包 括： 将该炮点在本波场层的波场值矩阵及其所属所有检波点在本波场层的波场值矩阵分 别与高斯矩阵相乘，对应获得该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵； 构造该炮点及其所属所有检波点的复指数矩阵： 将该炮点及其所属所有检波点的照明角度矩阵与该炮点及其所属所有检波点的复指 数矩阵相乘对应获得该炮点在本波场层的波场能量值矩阵及其所属所有检波点在本波场 层的波场能量值矩阵。
7. 根据权利要求4所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述离散傅 里叶变换为快速傅里叶变换FFT。
8. 根据权利要求7所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述快速傅 里叶变换具体包括： 使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行，本步骤中的输入输出分别用不同 的缓冲区，并将输出进行转置存放； 使用一维FFT变换所述二维时域地震波的所有的列，本步骤中的输入为上一步使用一 维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的输出。
9. 根据权利要求8所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，所述使用一 维FFT变换所述二维时域地震波的所有的行的变换，以及使用一维FFT变换所述二维时域 地震波的所有的列的变换均采用以2为基底的8点蝶形结构实现。
10. 根据权利要求5所述的三维地震照明分析并行实现方法，其特征在于，对该炮点及 其所属所有检波点在本波场层的时域波场值矩阵进行宽角校正，具体包括： 通过并行循环消减法沿水平面二维方向求解该炮点及其所属所有检波点在本波场层 的时域波场值矩阵的对角矩阵线性方程组。
【文档编号】G01V1/30GK104407383SQ201410748418
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】黄兴贵, 隆波, 姜绍辉 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司