地震压缩采样数据的重构方法和装置与流程

本公开涉及地球物理勘探，尤其涉及一种地震压缩采样数据的重构方法和装置。

背景技术：

1、在油气勘探过程中，通常基于地震波来对地质结构进行勘探，利用地震波在地质结构中的传播和回波来分析得到地质物理结构以及特征，需要在预设的炮点位置、接收位置布设对应的仪器设备。

2、一般地震信号的采集是基于香农采样定理，需要设置信号的采样率至少等于信号带宽的2倍，这对于勘探采样设备的硬件要求非常高，对应的存储和数据处理的成本也随之提升。为了解决这个问题，业内提出采用压缩感知地震勘探技术来进行采样和数据重构。

3、压缩感知地震勘探技术是基于稀疏域约束反演的数据重构技术，该技术基于待处理的数据在某个变换域是稀疏的或者可压缩的，通过构建约束项，利用最优化方法将非规则数据恢复出来。

技术实现思路

1、为了解决或者至少部分地解决以下发现的技术问题：针对数据地震数据实际采样点和期望重构网格点位置存在偏差的情况而言，目前的数据重构技术进行缺失、偏差数据恢复的效果仍有待于提升，此外，一些重构算法的计算过程非常耗时，重构计算效率低下；本公开的实施例提供了一种地震压缩采样数据的重构方法和装置。

2、第一方面，本公开的实施例提供了一种地震压缩采样数据的重构方法。上述重构方法包括：基于观测系统，对采集的地震压缩采样数据进行加载，得到观测信息，上述观测信息包括：真实采样位置和在上述真实采样位置上的采样数据；确定上述真实采样位置在上述观测系统的标准网格上对应的目标采样位置以及采样矩阵；构建表征上述标准网格中的目标采样位置映射至上述真实采样位置的非均一化程度的非均一重构因子；根据上述非均一重构因子、所述采样矩阵和上述采样数据进行迭代求解，得到关于上述地震压缩采样数据的重构采样数据。

3、根据本公开的实施例，确定上述真实采样位置在上述观测系统的标准网格上对应的目标采样位置，包括：构建关于上述真实采样位置和观测系统的标准网格对应的标准采样点位置之间映射关系的优化问题；对上述优化问题进行求解，得到上述真实采样位置在上述标准网格上对应的目标采样位置。

4、根据本公开的一些实施例，上述优化问题满足以下表达式：

5、

6、其中，sj表示真实采样位置pj与观测系统的标准网格上n个标准采样点位置ls的距离最小时对应的目标采样位置的位置序号；表示定义符号；j表示m个真实采样位置pj的序号，j的取值为1～m，m≤n；s表示标准采样点位置ls的位置序号，s的取值为1～n；argmin()表示使得括号里面的函数取值最小时对应的变量取值。

7、根据本公开的实施例，上述非均一重构因子满足以下表达式：

8、

9、

10、其中，表示非均一重构因子，为m行n列的矩阵形式；、表示非均一重构因子的矩阵元素，i表示单位矩阵，其中，表示第1个真实采样位置对应n个标准采样点位置的非均一重构向量；表示第m个真实采样位置对应n个标准采样点位置的非均一重构向量；k表示用户给定的预设值，k的取值为0～3；i表示非均一重构向量在标准网格对应的列维度上的遍历序号，i的取值为1～n；h表示在列维度上与i取值不相同的遍历序号；表示目标采样位置，表示标准网格中与目标采样位置近邻h个网格间距的采样位置点；表示标准网格中与目标采样位置近邻i个网格间距的采样位置点。

11、根据本公开的实施例，根据上述非均一重构因子、上述采样矩阵和上述采样数据进行迭代求解，得到关于上述地震压缩采样数据的重构采样数据，包括：

12、根据非均一重构因子采样矩阵r和采样数据b，确定数据重构过程的目标函数和对应的约束条件：重构问题表示为：u表示重构采样数据；重构过程的目标函数和约束条件为：min||x||1s.t.x表示待求重构采样数据在稀疏域下的表征系数，τ为可容忍的残差大小，|| ||1表示l1范数，为矩阵中每个元素的绝对值的和；d表示稀疏变换操作的矩阵；dh表示与d对应的逆变换；上述采样矩阵根据上述观测信息确定；

13、上述目标函数的解表示为：

14、

15、其中，uc+1表示第c+1次迭代时的重构解；tλ表示阈值函数，λ表示设定的约束阈值；uc表示第c次迭代时的重构解；表示的逆变换。

16、根据本公开的实施例，当横测线方向采样点满足三维曲波变换要求时，上述稀疏变换操作包括三维曲波变换；当横测线方向采样点较少，不满足三维曲波变换要求时，上述稀疏变换操作包括二维曲波变换和一维快速傅里叶变换。

17、根据本公开的实施例，基于以下加速算法对目标函数进行迭代计算求解：

18、

19、

20、其中，tc表示第c次迭代时的迭代步长，初始迭代时的迭代步长t0为给定值，i表示单位矩阵。

21、根据本公开的实施例，在对采集的地震压缩采样数据进行加载时，对上述地震压缩采样数据进行预处理，得到的上述采样数据为经过预处理后的采样数据；上述预处理包括以下至少一种：去噪、静校正、振幅补偿、反褶积。

22、根据本公开的实施例，上述地震压缩采样数据为以下至少一种样点分布非均一的情况：包含真实采样位置偏离标准网格上标准采样点位置的数据点；包含真实采样位置相较于标准网格上标准采样点位置缺失的数据点；其中，当一维采样方向上存在样点分布非均一的情况时，上述非均一重构因子为一维，当二维采样方向上样点的分布都是非均一的情况时，上述非均一重构因子为二维。

23、第二方面，本公开的实施例提供了一种地震压缩采样数据的重构装置。上述重构装置包括：加载模块、位置映射关系计算模块、非均一重构因子构建模块和迭代求解模块。上述加载模块用于基于观测系统，对采集的地震压缩采样数据进行加载，得到观测信息，上述观测信息包括：真实采样位置和在上述真实采样位置上的采样数据。上述位置映射关系计算模块用于确定上述真实采样位置在上述观测系统的标准网格上对应的目标采样位置以及采样矩阵。上述非均一重构因子构建模块用于构建表征上述标准网格中的目标采样位置映射至上述真实采样位置的非均一化程度的非均一重构因子。上述迭代求解模块用于根据上述非均一重构因子、上述采样矩阵和上述采样数据进行迭代求解，得到关于上述地震压缩采样数据的重构采样数据。

24、第三方面，本公开的实施例提供了一种电子设备。上述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如上所述的地震压缩采样数据的重构方法。

25、第四方面，本公开的实施例提供了一种计算机可读存储介质。上述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的地震压缩采样数据的重构方法。

26、本公开实施例提供的一些技术方案至少具有如下优点的部分或全部：

27、通过确定真实采样位置在观测系统的标准网格上对应的目标采样位置；以及构建表征上述标准网格中的目标采样位置映射至上述真实采样位置的非均一化程度的非均一重构因子；基于上述非均一重构因子、上述采样矩阵和上述采样数据进行重构迭代求解，能够有效提升偏差采样位置、缺失采样位置等炮检点非均一分布情况下的重构精度，提升重构算法的稳定性。

28、本公开实施例提供的一些技术方案至少具有如下优点的部分或全部：

29、在选用稀疏变换操作时，根据不同的适用条件来确定采用并行三维(3d)曲波变换(横测线方向采样点满足3d曲波变换要求时)或并行二维(2d)曲波变换+一维(1d)快速傅里叶变换(横测线方向采样点较少，不满足3d曲波变换要求时)的方式，能够应对处理海量非规则数据计算耗时的挑战，提高算法的计算效率。

30、本公开实施例提供的一些技术方案至少具有如下优点的部分或全部：

31、通过基于加速算法对目标函数进行迭代计算求解，能够有效减少算法的迭代次数，提升收敛速度，从而提高重构过程的计算效率。