一种变偏VSP炮记录加密重构方法及系统与流程

本发明涉及vsp勘探采集和处理技术领域，特别涉及一种变偏vsp炮记录加密重构方法及系统。

背景技术：

在地震勘探中，变偏vsp资料存在炮点少、炮间距大、采集成本高、覆盖次数少、成像精度低等问题。目前通过室内vsp数据处理，重构加密炮记录，使炮间距缩小，可以节省采集成本，加快采集周期，提高数据成像精度，改善资料横向分辨率；通过加密重构变偏vsp炮记录可以增加固定排列内炮数量，增加叠加次数，改善剖面质量。但是由于加密重构炮记录并不能通过两相邻炮的简单插值实现，尤其对于炮分布不规则、炮间距不满足shannon/nyquist采样定理的情况，加密重构炮记录更难实现，也未查阅到vsp炮记录间加密重构的相关文献。

近年来出现的压缩感知(compressedsensing，简称cs)理论是一种介于数学和信息科学之间的全新信号采集、编解码理论。该理论突破了传统信号采集必须满足shannon/nyquist采样定理的限制，可以用远少于传统采样定理所需的采样点数或观测点数高质量重构出满足采样定理的原信号或图像。运用到地震勘探中，可用于解决不完整地震数据规则化问题，也为变偏vsp炮记录加密重构提供一种新手段。

基于现有技术手段，需要一种更简单的方法及系统来实现对实际采集的变偏vsp炮记录进行加密重构，以增加炮记录数，使观测系统排列内数据点更密集、更规则。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变偏vsp炮记录加密重构方法及系统，其针对变偏vsp资料存在炮点少，炮间距大，采集成本高，覆盖次数少，成像精度低问题，应用新近出现的压缩感知理论，提出vsp炮记录加密重构方法，对实际采集的变偏vsp炮记录进行加密重构，增加炮记录数，使观测系统排列内数据点更密集、更均匀。

本发明的一方面提供一种变偏vsp炮记录加密重构方法，包括以下步骤：

步骤1：对变偏vsp炮记录进行高程校正和能量均衡；

步骤2：将经过高程校正和能量均衡的变偏vsp炮记录转换成共深度点道集；

步骤3：基于压缩感知方法对所述共深度点道集进行加密重构，获得加密重构道集；

步骤4：将所述加密重构道集重新排列，获得加密重构变偏vsp炮记录。

优选地，所述步骤3中，通过在所述共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道进行所述加密重构。

优选地，所述步骤3中，通过曲波变换实现所述压缩感知方法中的信号稀疏表达。

优选地，所述步骤3中，通过规则采样方法实现所述压缩感知方法中的随机测量矩阵的设计。

优选地，所述步骤3中，通过谱投影梯度算法在所述共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道。

本发明的另一方面提供一种变偏vsp炮记录加密重构系统，包括：

校正模块，用于对各实际变偏vsp炮记录进行高程校正和能量均衡；

转换模块，用于将经过高程校正和能量均衡的变偏vsp炮记录转换成共深度点道集；

感知重构模块，用于基于压缩感知方法对所述共深度点道集进行加密重构，获得加密重构道集；

排列模块，用于将所述加密重构道集重新排列，获得加密重构变偏vsp炮记录。

优选地，所述感知重构模块通过在所述共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道进行所述加密重构。

优选地，所述感知重构模块通过曲波变换实现所述压缩感知方法中的信号稀疏表达。

优选地，所述感知重构模块通过规则采样方法实现所述压缩感知方法中的随机测量矩阵的设计。

优选地，所述感知重构模块通过谱投影梯度算法在所述共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道。

本发明的有益效果在于：(1)所采用的压缩感知方法突破了传统的shannon-nyqiust采样定理的限制，用采集的少量地震炮/道数据重构完整数据，可用于解决不完整地震数据规则化问题；(2)对变偏vsp炮记录进行加密重构，增加炮记录数，使观测系统排列内数据点更密集、更均匀，极大地节省采集时间与成本，增加了叠加次数；(3)通过室内数据规则化处理重构加密炮记录，使勘探区域满足密集且规则的覆盖次数，可以提高变偏vsp资料的横向分辨率。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出了根据示例性实施例的变偏vsp炮记录加密重构方法的流程图；

图2(a)示出了根据示例性实施例的观测系统示意图，图2(b)示出了根据示例性实施例的地面距井口120m处采集炮z分量记录；

图3(a)示出了根据示例性实施例的采集炮在深度930m处点z分量高程校正前道集，图3(b)为采集炮在深度930m处点z分量高程校正后道集；

图4(a)示出了根据示例性实施例的采集炮在深度930m处点z分量道集，图4(b)为采集炮在深度740m处点z分量道集，图4(c)为采集炮在深度540m处点z分量道集，图4(d)为采集炮在深度340m处点z分量道集；

图5(a)示出了根据示例性实施例的采集炮在深度740m处点z分量能量均衡前道集，图5(b)为采集炮在深度740m处点z分量能量均衡后道集；

图6(a)示出了根据示例性实施例的采集炮在深度930m处点z分量加密重构后的道集，图6(b)为采集炮在深度780m处点z分量加密重构后的道集，图6(c)为采集炮在深度740m处点z分量加密重构后的道集；

图7(a)示出了根据示例性实施例的地面距井口40m处采集炮z分量记录，图7(b)为地面距井口60m处通过压缩感知方法重构炮z分量记录，图7(c)为地面距井口80m处采集炮z分量记录。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，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。

在地震勘探中，变偏vsp资料存在炮点少、炮间距大、采集成本高、覆盖次数少、成像精度低等问题。目前通过室内vsp数据处理，重构加密炮记录，使炮间距缩小，可以节省采集成本，加快采集周期，提高数据成像精度，改善资料横向分辨率；通过加密重构变偏vsp炮记录可以增加固定排列内炮数量，增加叠加次数，改善剖面质量。但是由于加密重构炮记录并不能通过两相邻炮的简单插值实现，尤其对于炮分布不规则、炮间距不满足shannon/nyquist采样定理的情况，加密重构炮记录更难实现，也未查阅到vsp炮记录间加密重构的相关文献。

针对上述问题，本发明一方面提出一种变偏vsp炮记录加密重构方法，应用新近出现的压缩感知理论，提出vsp炮记录加密重构方法，对实际采集的变偏vsp炮记录进行加密重构，增加炮记录数，使观测系统排列内数据点更密集、更规则。

图1示出了根据示例性实施例的变偏vsp炮记录加密重构方法的流程图，其包括以下步骤：

步骤1：对变偏vsp炮记录进行高程校正和能量均衡。

可应用现有软件对变偏vsp炮记录进行高程校正和能量均衡。通过高程校正可以将炮点位置校正到同一海平面上，消除炮点受地表起伏影响产生的高程差，从而可以解决道集波形起跳点不同，波组特征不一致，相邻数据相关性差的问题，便于炮记录加密重构。通过能量均衡可以消除每一次放炮引起的能量差异，使相邻炮能量保持在一个合理的数量级上，便于利用相邻道重构中间插值道。进行能量均衡可以解决不同共深度道集上能量差异明显，影响重构效果的问题，使能量显示均衡，便于加密重构。

步骤2：将经过高程校正和能量均衡的变偏vsp炮记录转换成共深度点道集，以便于进行加密重构。

步骤3：基于压缩感知方法对所述共深度点道集进行加密重构。

具体来说，可以通过曲波变换实现压缩感知方法中的信号稀疏表达，通过规则采样方法实现压缩感知方法中的随机测量矩阵的设计，通过基于谱投影梯度算法实现压缩感知方法中的高效恢复算法，进而在共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道，获取经过加密的重构道集。

步骤4：将加密重构道集重新排列，获得加密重构变偏vsp炮记录，可以得到更密集、更规则的炮点记录。

经过步骤1至3，已经对共深度点道集进行了加密重构，在本步骤中，对加密重构道集进行分选，重新抽取成各炮点记录，从而获得加密重构变偏vsp炮记录。

进一步地，在步骤3中，可以通过在共深度点道集的两道之间增加至少一个重构道进行加密重构，转换成炮记录就是两炮之间增加了至少一炮，即增加了炮密度。

进一步地，在步骤3中，可以通过曲波变换实现压缩感知方法中的信号稀疏表达，也可以通过如复氏变换等方式实现，可以根据实际情况选取合适的方法。

进一步地，在步骤3中，压缩感知方法可以采用规则采样方法实现随机测量矩阵的设计，也可以采用不规则随机采样等方法实现，可以根据实际情况选取合适的方法。

进一步地，在步骤3中，通过基于谱投影梯度算法的压缩感知方法对共深度点道集进行加密重构，获得加密重构道集，也可以根据实际情况选取其他快速重构算法。

根据上述方法，可以对实际变偏vsp炮记录进行加密重构处理，实现了变偏vsp炮记录加密重构，获取了加密重构炮记录，极大地节省采集时间与成本，增加了叠加次数，改善资料横向分辨率，为获取均匀、密集的变偏vsp炮记录提出了一种高效的室内处理方法。

本发明还提供一种变偏vsp炮记录加密重构系统，根据示例性实施例的变偏vsp炮记录加密重构系统包括：

校正模块，用于对各实际变偏vsp炮记录进行高程校正和能量均衡；

转换模块，用于将经过高程校正和能量均衡的变偏vsp炮记录转换成共深度点道集；

感知重构模块，用于基于压缩感知方法对所述共深度点道集进行加密重构，获得加密重构道集；

排列模块，用于将所述加密重构道集重新排列，获得加密重构变偏vsp炮记录。

实施例

图2(a)示出了根据示例性实施例的观测系统示意图，图2(b)示出了根据示例性实施例的地面距井口120m处采集炮z分量记录。

在该实施例中，实际变偏vsp资料地面放25炮，井中埋置64个检波器。炮间距40m，检波点距10m，最近的检波点距地面300m，炮记录长度2s，采样间距0.5ms，采样点数4001个。

由于vsp资料炮点位于地面，各炮记录高程不同且各炮能量不均衡，在做炮记录加密前需要进行高程校正和能量均衡，并将其转换成共深度点道集。

图3(a)为采集炮在深度930m处点z分量高程校正前道集，图3(b)为采集炮在深度930m处点z分量高程校正后道集。对比图3(a)与图3(b)可以看出，高程校正前道集波形起跳点不同，波组特征不一致，相邻数据相关性差，高程校正后道集波形起跳点一致，波组特征一致性、相关性得到明显改善，便于炮记录加密重构。

图4(a)～图4(d)分别显示应用示例中采集炮在深度930m、740m、540m和340m处点z分量道集。通过图4(a)～图4(d)可以看出，不同共深度道集上能量差异明显，影响重构效果，因此对数据做均衡处理，使能量显示均衡，便于加密重构。

图5(a)和图5(b)分别显示实施例中的采集炮在深度740m处点z分量能量均衡前道集和采集炮在深度740m处点z分量能量均衡后道集，通过对比图形可以看出，均衡后的道集更均衡，能量差异已不明显，可以使重构效果更好。

在该实施例中，对各深度点道集应用压缩感知方法进行加密重构，其中，通过曲波变换实现压缩感知方法中的信号稀疏表达，通过规则采样方法实现压缩感知方法中的随机测量矩阵的设计，通过基于谱投影梯度算法实现压缩感知方法中的高效恢复算法，对共深度点道集进行加密重构。

在共深度点道集的2道之间增加1个重构道，转换成炮记录就是2炮之间的增加1炮，部分加密重构后的共深度点道集z分量处理结果如图6(a)～图6(c)所示，其中，图6(a)为采集炮在深度930m处点z分量加密重构后的道集，图6(b)为采集炮在深度780m处点z分量加密重构后的道集，图6(c)为采集炮在深度740m处点z分量加密重构后的道集。

将各深度点加密重构道集重新排列组成重构炮记录，并获得加密重构变偏vsp炮记录。图7(a)为地面距井口40m处采集炮z分量记录，图7(b)为地面距井口60m处通过压缩感知方法重构炮z分量记录，图7(c)为地面距井口80m处采集炮z分量记录。

本发明的实际数据试验结果表明，根据示例性实施例的变偏vsp炮记录加密重构方法，有效解决了不同共深度道集上道集波形起跳点不同，波组特征不一致，相邻数据相关性差，能量差异明显等因素对加密重构的影响，实现了变偏vsp炮记录加密重构，极大地节省采集时间与成本，增加了叠加次数，改善资料横向分辨率，为获取均匀、密集的变偏vsp炮记录提出了一种高效的室内处理方法。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。