三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，該方法通過建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣解決了炮檢關(guān)系頻繁檢索耗時問題，通過照明能量計算的向量重構(gòu)，解決了炮檢對的雙向照明能量計算耗費(fèi)大量I/O時間的問題，從而減少了數(shù)據(jù)用磁盤緩沖帶來的耗時問題，因此，本發(fā)明可實現(xiàn)地震照明的快速分析，從而提高了地震照明分析的效率。
【專利說明】三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種三維地震照明分析并行實現(xiàn)方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地震照明分析是研究地震波能量在復(fù)雜構(gòu)造中傳播的有效手段。地震照明分析結(jié) 果可用于指導(dǎo)地震勘探觀測系統(tǒng)設(shè)計，從而可以提高野外數(shù)據(jù)采集和最終地震成像質(zhì)量。
[0003] 在地震照明分析中，由于需要計算每個炮檢對的單雙向照明能量數(shù)據(jù)，而地震勘 探觀測系統(tǒng)通常具有多達(dá)上億個炮檢對，而且通常目的層多且埋藏較深。按照傳統(tǒng)的計算 方法：把觀測系統(tǒng)中布設(shè)的所有檢波點的照明能量，從地表到最深目的層的都計算出來并 按每檢波點一個文件存放在磁盤中，然后計算每個炮點的照明能量，按排列關(guān)系搜索檢點， 讀取對應(yīng)檢波點的能量數(shù)據(jù)，累加在一起，再與炮點能量相乘，得到該炮的雙向照明能量 值。這種計算方法耗費(fèi)大量的I/O時間，以及炮檢關(guān)系的檢索時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)地震照明的 快速分析，提高分析效率。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，包括以下 步驟：
[0006] S1、建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣；
[0007] S2、將所述三維地震觀測系統(tǒng)的三維空間波場按照深度方向從地表至目的層劃分 成若干波場層，在每層中，劃分XY二維平面內(nèi)每炮及其所屬檢波點的計算矩陣，并與對應(yīng) 的炮檢關(guān)系矩陣中的對應(yīng)項相關(guān)聯(lián)；
[0008] S3、根據(jù)所述計算矩陣并行計算一個炮點在一波場層的波場值矩陣及其所屬所有 檢波點在本波場層的波場值矩陣；
[0009] S4、根據(jù)該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場 值矩陣并行計算該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的 波場能量值矩陣；
[0010] S5、將該炮點在本波場層的波場能量值矩陣與其對應(yīng)所有檢波點在本波場層的波 場能量值矩陣相乘求得該炮點在本波場層的照明能量值；
[0011] S6、循環(huán)上述步驟S3?S5獲取所述三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點在本波場層的 照明能量值；
[0012] S7、將所述三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點在本波場層的照明能量值累加得到所述 三維地震觀測系統(tǒng)中所有炮點在本波場層的照明能量總值；
[0013] S8、循環(huán)上述步驟S3?S7從地表至目的層逐層計算出每一波場層的照明能量總 值；
[0014] S9、將所述每一波場層的照明能量總值累加得到所述三維空間波場的照明能量總 值。
[0015] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮 點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣，具體包括：
[0016] 建立三維地震觀測系統(tǒng)的炮點和檢波點的邏輯編碼與物理位置的網(wǎng)格坐標(biāo)映射 表；
[0017] 掃描預(yù)先定義的炮檢物理關(guān)系，根據(jù)所述網(wǎng)格坐標(biāo)映射表對所述預(yù)先定義的炮檢 物理關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)格化，構(gòu)造出每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣。
[0018] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，在所述構(gòu)造出每個炮點與其所屬所有 檢波點的炮檢關(guān)系矩陣后，剔除期中重復(fù)的炮檢關(guān)系矩陣。
[0019] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述根據(jù)一個炮點與其對應(yīng)所有檢波 點的炮檢關(guān)系矩陣獲取該炮點在一波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層 的波場值矩陣，具體包括：
[0020] 根據(jù)一個炮點與其對應(yīng)所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣，對該炮點激發(fā)后傳播至本波 場層的二維時域地震波及與其對應(yīng)所有檢波點接收到的返回至本波場層的二維時域地震 波通過離散傅里葉變換變換成對應(yīng)的頻域地震波；
[0021] 對所述頻域地震波進(jìn)行向量計算獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的 頻域波場值矩陣；
[0022] 將該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的頻域波場值矩陣進(jìn)行傅里葉反變換， 獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。
[0023] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，在所述獲得該炮點及其所屬所有檢波 點在本波場層的時域波場值矩陣之后，還包括：
[0024] 對該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣進(jìn)行寬角校正，以對 應(yīng)修正該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。
[0025] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述根據(jù)該炮點在本波場層的波場值 矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場值矩陣獲取該炮點在本波場層的波場能量值 矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場能量值矩陣，具體包括：
[0026] 將該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場值矩 陣分別與高斯矩陣相乘，對應(yīng)獲得該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣；
[0027] 構(gòu)造該炮點及其所屬所有檢波點的復(fù)指數(shù)矩陣：
[0028] 將該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣與該炮點及其所屬所有檢波點的 復(fù)指數(shù)矩陣相乘對應(yīng)獲得該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本 波場層的波場能量值矩陣。
[0029] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述離散傅里葉變換為快速傅里葉變 換 FFT。
[0030] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述快速傅里葉變換具體包括：
[0031] 使用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的行，本步驟中的輸入輸出分別用 不同的緩沖區(qū)，并將輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)置存放；
[0032] 使用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的列，本步驟中的輸入為上一步使 用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的行的輸出。
[0033] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，所述使用一維FFT變換所述二維時域 地震波的所有的行的變換，以及使用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的列的變換 均采用以2為基底的8點蝶形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
[0034] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，對該炮點及其所屬所有檢波點在本波 場層的時域波場值矩陣進(jìn)行寬角校正，具體包括：
[0035] 通過并行循環(huán)消減法沿水平面二維方向求解該炮點及其所屬所有檢波點在本波 場層的時域波場值矩陣的對角矩陣線性方程組。
[0036] 本發(fā)明的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，通過建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮 點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣解決了炮檢關(guān)系頻繁檢索耗時問題，通過照明能量 計算的向量重構(gòu)，解決了炮檢對的雙向照明能量計算耗費(fèi)大量I/O時間的問題，從而減少 了數(shù)據(jù)用磁盤緩沖帶來的耗時問題，因此，本發(fā)明可實現(xiàn)地震照明的快速分析，從而提高了 地震照明分析的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0038] 圖1為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法的流程圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中炮檢關(guān)系矩陣示意圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中對角矩陣線性方程組 示意圖；
[0041] 圖4為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中照明角度矩陣計算示 意圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中炮點波場能量值計算 示意圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中一炮點所對應(yīng)的所有 檢波點照明能量值矩陣示意圖；
[0044] 圖7為本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法中一炮點的照明能量值 的計算示意圖。

【具體實施方式】
[0045] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本 發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作 為對本發(fā)明的限定。
[0046] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0047] 參考圖1所示，本發(fā)明實施例的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法包括以下步驟：
[0048] S1、建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣。具 體的：
[0049] 首先，建立三維地震觀測系統(tǒng)的炮點和檢波點的邏輯編碼與物理位置的網(wǎng)格坐標(biāo) 映射表；
[0050] 然后，掃描預(yù)先定義的炮檢物理關(guān)系，根據(jù)網(wǎng)格坐標(biāo)映射表對預(yù)先定義的炮檢物 理關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)格化，構(gòu)造出每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣（例如圖2所 示），其中，炮檢關(guān)系矩陣中每個元素是一個檢波點的邏輯編碼，矩陣中每個元素的位置就 是檢波點照明能量存放位置，從而為照明能量計算時快速檢索提供了便利。
[0051] 由此可見，本發(fā)明實施例對三維地震觀測系統(tǒng)進(jìn)行了矩陣化處理，合并了系統(tǒng)中 的共享排列，縮短了炮點與其對應(yīng)所有檢波點炮檢點的檢索時間，從而壓縮炮檢關(guān)系。在實 際的三維地震施工中，一般要放多炮后才滾動一次排列，所以可以把這些炮使用的相同排 列稱為共享排列，本發(fā)明實施例能夠壓縮為一個排列來描述，減少了內(nèi)存空間，縮小了檢索 時間。
[0052] 此外，在構(gòu)造出每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣后，還可以剔除期 中重復(fù)的炮檢關(guān)系矩陣，以修正炮點的關(guān)系映射，避免炮點共享的炮檢關(guān)系矩陣被置空而 造成炮檢關(guān)系丟失。
[0053] S2、將三維地震觀測系統(tǒng)的三維空間波場按照深度方向從地表至目的層劃分成若 干波場層，在每層中，劃分XY二維平面內(nèi)每炮及其所屬檢波點的計算矩陣，并與對應(yīng)的炮 檢關(guān)系矩陣中的對應(yīng)項相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明實施例是針對三維空間波場的計算，該波場在相同 頻率下，在深度方向的波場是下層依賴上層波場，所以目的層的波場，就需要從地表開始計 算每層的波場直至目的層。在每個波場層內(nèi)，把水平面X和Y方向的波場計算合并成一個 二維波場計算來完成。
[0054] S3、根據(jù)計算矩陣并行計算一個炮點在一波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波 點在本波場層的波場值矩陣。具體的：
[0055] 首先，根據(jù)一個炮點與其對應(yīng)所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣，對該炮點激發(fā)后傳播 至本波場層的二維時域地震波及與其對應(yīng)所有檢波點接收到的返回至本波場層的二維時 域地震波通過離散傅里葉變換變換成對應(yīng)的頻域地震波；
[0056] 其次，對頻域地震波進(jìn)行向量計算獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的 頻域波場值矩陣；
[0057] 最后，將該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的頻域波場值矩陣進(jìn)行傅里葉反 變換，獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。
[0058] 其中，離散傅里葉變換可以采用快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT)。本發(fā)明實施例把二維FFT變換進(jìn)行了分解：先使用一維FFT變換二 維時域地震波的所有的行，本步驟中的輸入輸出分別用不同的緩沖區(qū)，并將輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)置 存放；再使用一維FFT變換二維時域地震波的所有的列，本步驟中的輸入為上一步使用一 維FFT變換二維時域地震波的所有的行的輸出，其中，使用一維FFT變換二維時域地震波的 所有的行的變換，以及使用一維FFT變換二維時域地震波的所有的列的變換均采用以2為 基底的8點蝶形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)能更好的分解算法中的向量大小，且能適應(yīng)計算機(jī)多核 的分布結(jié)構(gòu)。每個炮點及其所屬所有檢波點的二維時域地震波的FFT變換可以同時進(jìn)行， 從而達(dá)到一個一維FFT變換的并行化，提高了變換性能。
[0059] 此外，在獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣之后，還 包括：
[0060] 對該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣進(jìn)行寬角校正，以對 應(yīng)修正該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。其中，所謂的寬角校正 主要是沿水平面二維方向求解該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣 的對角矩陣線性方程組，其矩陣結(jié)構(gòu)如圖3所示，例如可以通過并行循環(huán)消減法沿水平面 二維方向求解。
[0061] S4、根據(jù)該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場 值矩并行計算取該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的 波場能量值矩陣。具體的：
[0062] 首先，將該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場 值矩陣分別與高斯矩陣相乘，對應(yīng)獲得該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣，如圖4 所示；
[0063] 其次，構(gòu)造該炮點及其所屬所有檢波點的復(fù)指數(shù)矩陣，該復(fù)指數(shù)矩陣為該炮點其 所屬所有檢波點在XY二維平面上，沿X方向和沿Y方向的頻率響應(yīng)復(fù)數(shù)值。
[0064] 最后，將該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣與該炮點及其所屬所有檢波 點的復(fù)指數(shù)矩陣相乘對應(yīng)獲得該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點 在本波場層的波場能量值矩陣，如圖5所示。
[0065] S5、將該炮點在本波場層的波場能量值矩陣SE與其對應(yīng)所有檢波點在本波場層

【權(quán)利要求】
1. 一種三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 建立三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣； 52、 將所述三維地震觀測系統(tǒng)的三維空間波場按照深度方向從地表至目的層劃分成若 干波場層，在每層中，劃分XY二維平面內(nèi)每炮及其所屬檢波點的計算矩陣，并與對應(yīng)的炮 檢關(guān)系矩陣中的對應(yīng)項相關(guān)聯(lián)； 53、 根據(jù)所述計算矩陣并行計算一個炮點在一波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波 點在本波場層的波場值矩陣； 54、 根據(jù)該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場值矩 陣并行計算該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場 能量值矩陣； 55、 將該炮點在本波場層的波場能量值矩陣與其對應(yīng)所有檢波點在本波場層的波場能 量值矩陣相乘求得該炮點在本波場層的照明能量值； 56、 循環(huán)上述步驟S3?S5獲取所述三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點在本波場層的照明 能量值； 57、 將所述三維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點在本波場層的照明能量值累加得到所述三維 地震觀測系統(tǒng)中所有炮點在本波場層的照明能量總值； 58、 循環(huán)上述步驟S3?S7從地表至目的層逐層計算出每一波場層的照明能量總值； 59、 將所述每一波場層的照明能量總值累加得到所述三維空間波場的照明能量總值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述建立三 維地震觀測系統(tǒng)中每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣，具體包括： 建立三維地震觀測系統(tǒng)的炮點和檢波點的邏輯編碼與物理位置的網(wǎng)格坐標(biāo)映射表； 掃描預(yù)先定義的炮檢物理關(guān)系，根據(jù)所述網(wǎng)格坐標(biāo)映射表對所述預(yù)先定義的炮檢物理 關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)格化，構(gòu)造出每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述構(gòu)造 出每個炮點與其所屬所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣后，剔除期中重復(fù)的炮檢關(guān)系矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)一 個炮點與其對應(yīng)所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣獲取該炮點在一波場層的波場值矩陣及其所 屬所有檢波點在本波場層的波場值矩陣，具體包括： 根據(jù)一個炮點與其對應(yīng)所有檢波點的炮檢關(guān)系矩陣，對該炮點激發(fā)后傳播至本波場層 的二維時域地震波及與其對應(yīng)所有檢波點接收到的返回至本波場層的二維時域地震波通 過離散傅里葉變換變換成對應(yīng)的頻域地震波； 對所述頻域地震波進(jìn)行向量計算獲得該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的頻域 波場值矩陣； 將該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的頻域波場值矩陣進(jìn)行傅里葉反變換，獲得 該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述獲得 該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣之后，還包括： 對該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣進(jìn)行寬角校正，以對應(yīng)修 正該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)該 炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場值矩陣獲取該炮點 在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場能量值矩陣，具體包 括： 將該炮點在本波場層的波場值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場層的波場值矩陣分 別與高斯矩陣相乘，對應(yīng)獲得該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣； 構(gòu)造該炮點及其所屬所有檢波點的復(fù)指數(shù)矩陣： 將該炮點及其所屬所有檢波點的照明角度矩陣與該炮點及其所屬所有檢波點的復(fù)指 數(shù)矩陣相乘對應(yīng)獲得該炮點在本波場層的波場能量值矩陣及其所屬所有檢波點在本波場 層的波場能量值矩陣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述離散傅 里葉變換為快速傅里葉變換FFT。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述快速傅 里葉變換具體包括： 使用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的行，本步驟中的輸入輸出分別用不同 的緩沖區(qū)，并將輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)置存放； 使用一維FFT變換所述二維時域地震波的所有的列，本步驟中的輸入為上一步使用一 維FFT變換所述二維時域地震波的所有的行的輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，所述使用一 維FFT變換所述二維時域地震波的所有的行的變換，以及使用一維FFT變換所述二維時域 地震波的所有的列的變換均采用以2為基底的8點蝶形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維地震照明分析并行實現(xiàn)方法，其特征在于，對該炮點及 其所屬所有檢波點在本波場層的時域波場值矩陣進(jìn)行寬角校正，具體包括： 通過并行循環(huán)消減法沿水平面二維方向求解該炮點及其所屬所有檢波點在本波場層 的時域波場值矩陣的對角矩陣線性方程組。
【文檔編號】G01V1/30GK104407383SQ201410748418
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】黃興貴, 隆波, 姜紹輝 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司