全波場反演中小波估計和多次波預(yù)測的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種小波估計方法，其利用數(shù)據(jù)中的一次和多次反射波，對地震數(shù)據(jù)的全波場反演（“FWI”）是尤其有利的。本發(fā)明方法使用FWI算法以在多次反射波第一次到達之前（101）從淺層的一次反射波產(chǎn)生地下模型(101)。然后該模型用于模擬多次波（102）。所述小波隨后經(jīng)修改（104）以便模擬的多次波接近匹配真實的記錄多次波（103）。然后可從測量的數(shù)據(jù)中減去該模擬的多次波（105）由此創(chuàng)造基本上沒有多次波的更深頂層的數(shù)據(jù)，且然后可重復(fù)所述方法以拓展所述地下模型至更大的深度（106）。
【專利說明】全波場反演中小波估計和多次波預(yù)測的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2011年3月31日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/470，237的優(yōu)先權(quán)，該申請名稱為 Method of Wavelet Estimation and Multiple Prediction in FullWavefield Inversion (全波場反演中小波估計和多次波預(yù)測的方法),其通過引用包括在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般涉及地球物理勘探領(lǐng)域，更具體地涉及地震數(shù)據(jù)處理。特別地，本發(fā)明是一種地震數(shù)據(jù)的全波場反演中小波估計和多次波預(yù)測的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]全波場反演(full waveform inversion, “FWI”)是將地震數(shù)據(jù)反演來推導(dǎo)影響地震波傳播的地球地表下/次地表性質(zhì)的方法。它的正演建模引擎(forward modelingengine)利用有限差或其他的計算方法來建模通過地球次地表模型的聲音或彈性地震波的傳播。FWI尋求最優(yōu)的次地表模型以便所模擬的地震波形匹配在接收器位置處現(xiàn)場記錄的地震波形。FWI理論最初是由Tarantola (1989)開發(fā)的。在過去的十年里在勘探地球物理中對FWI的研究和應(yīng)用十分活躍，這得益于計算能力的大幅提升。
[0005]眾所周知，當(dāng)線性的聲波或彈性波等式被用于建模地震波傳播時，模擬的波形線性地依賴于輸入源小波。實際上，源小波的精確估計在FWI中起著關(guān)鍵的作用。Delprat-Jannaud和Lailly (2005)指出精確的小波測量對于FWI中阻抗坡面的聲音重塑似乎是一個重要挑戰(zhàn)。他們認為震源小波中的小誤差導(dǎo)致已反演模型(inverted model)更深部分中的強干擾，這是由于多次反射的不匹配。他們得出如下結(jié)論:“通過最小化一次反射波形的能量來估計小波的經(jīng)典方法不可能提供所要求的精度，除非是非常特殊的情形。”
[0006]事實上，在沒有井控(well control)的情況下的一次反射波的反演在估計小波時面臨著基本非唯一性。例如，較大的反射事件可由較大的阻抗對比或較強的震源引起。對于小波相位和功率譜而言沒有相似的模糊性。井?dāng)?shù)據(jù)通常用于限制小波強度和相位。但是井日志不是總能獲得的，特別是在早期勘探設(shè)置中或淺次地表情形下。
[0007]在地球物理著作中已對小波估計有廣泛的研究。特別地，Wang等人(2009)討論了關(guān)于FWI的小波特征的反演且參考書目在此。然而，這些方法都隱含依賴直達波或折射波用于小波估計。因為這些傳輸?shù)哪Ｊ窖刂鴰缀跛降纳渚€路徑傳播，所以會受到不影響幾乎垂直的反射射線路徑的效應(yīng)(例如輻射型、與自由面的復(fù)雜相互作用)的影響。這樣的效應(yīng)常常難于精確地描述和模擬。因此，需要為垂直傳播的能量估計小波，且這對于反射主導(dǎo)的應(yīng)用(例如深水獲取、更深目標(biāo)的成像)是特別相關(guān)的。
[0008]在傳統(tǒng)的地震處理中多次波被認為是噪聲，因為它們常常污染一次反射波且使解譯更困難。另一方面，已知多次波可以對于限制次地表性質(zhì)和地震源小波也有用。Verschuur等人(1989、1992)提出地表相關(guān)多次波消除(SRME)的方法，通過該方法在多次波消除的同時可實施小波估計。SRME的主要原理已被G.J.A van Groenestijn等人(2009)拓展到反演機制中以重塑失去的近偏移一次波和小波。但是不清楚對于SRME最優(yōu)的小波是否對于FWI也是最優(yōu)的。諸如van Groenesti jn和Verschuur的論文在時域中實施多次波建模和小波估計，即沒有次地表模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個實施例中，本發(fā)明是由計算機實施的地震處理方法，其包括產(chǎn)生且同時優(yōu)化震源小波和次地表模型到可延伸的深度，其中一次反射波和多次反射波的模擬波形是從深度域中的震源小波和次地表模型產(chǎn)生的且然后進行比較，用于匹配在地震接收器位置記錄的波形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參考下面的詳細描述和附圖將更好地理解本發(fā)明和它的優(yōu)勢，其中:
[0011]圖1是示出本發(fā)明方法的基本步驟的流程圖；
[0012]圖2示出在利用源SI和接收器/檢波點Rl的震波采集中的多次反射波的圖解描述；
[0013]圖3示出深水地震數(shù)據(jù)的炮點道集，其示出在感興趣的多次波之前到達的淺一次波，這些多次波是水面相關(guān)的的多次波；
[0014]圖4示出來自圖3中的淺一次波的反演淺次地表(inverted shallow subsurfacemodel)模型；
[0015]圖5示出記錄的炮點道集、基于圖4中反演淺地下/次地表模型的模擬炮點道集和它們的數(shù)據(jù)殘留；
[0016]圖6不出具有深一次波和多次波、基于圖4中淺次地表模型的模擬多次波和從記錄數(shù)據(jù)中減去模擬多次波的記錄數(shù)據(jù)；
[0017]圖7示出圖6 (3.8s到4.5s)的放大以清楚地展示多次波預(yù)測的質(zhì)量,其中巾貞示出被選擇以執(zhí)行小波估計的數(shù)據(jù)；
[0018]圖8示出多次波建模，其中將30度相位旋轉(zhuǎn)應(yīng)用到最優(yōu)小波:(從左邊起)記錄數(shù)據(jù)、基于已旋轉(zhuǎn)小波和反演次地表模型的模擬多次波以及它們的數(shù)據(jù)殘留；
[0019]圖9示出基于具有不正確功率譜(與最優(yōu)小波相比，在低頻中豐富)的小波的多次波建模的結(jié)果:(從左邊起)記錄數(shù)據(jù)、基于低頻小波的模擬多次波和它們的數(shù)據(jù)殘留；
[0020]圖10示出記錄多次波的功率譜和模擬多次波的功率譜，其用于設(shè)計本發(fā)明的整形濾波器；
[0021]圖11示出記錄多次波的功率譜和在應(yīng)用所述整形濾波器到圖9和10中所用的小波后模擬多次波的功率譜；
[0022]圖12示出圖1的步驟103中所作的決定在步驟106中是怎樣有可能改變的；以及
[0023]圖13示出本發(fā)明方法從淺到深的遞歸。
[0024]將結(jié)合示例實施例描述本發(fā)明。但是，就下面的詳細描述專用于特定實施例或本發(fā)明的特殊使用來說，這意圖僅僅是示例性的，并且不解釋為限制本發(fā)明的范圍。相反，意圖覆蓋所有的替代、修改和等同情況，它們可包括在權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到在本發(fā)明方法的實際應(yīng)用中，必須在合適編程的計算機上執(zhí)行它。【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明是針對FWI應(yīng)用的小波估計方法，其利用數(shù)據(jù)中的一次反射波和多次反射波。本發(fā)明方法使用FWI算法以從一次反射波產(chǎn)生次地表模型。該模型然后用于模擬多次反射波。所述小波后來經(jīng)修正以便模擬的多次波接近匹配真實的記錄多次波。
[0026]除了提供精確的小波估計外，這個方法提供一些好處作為多次波消除策略。具體地，它不需要使用密集的交叉線抽樣來在3D中建模多次波:一旦使用FWI建立了淺次地表模型，則對于任何采集配置建模多次波是簡單的。還有，因為該方法是基于模型的且不依賴于一次波/多次波時差分離性(primary/multiple moveout separability),所以它自然提供對一次波的好的保護。
[0027]遵循示出本發(fā)明的一個實施例中基本步驟的圖1流程圖，使用深水地震數(shù)據(jù)作為例子來展示本發(fā)明方法。首先注意小波估計和水面相關(guān)的多次波的建模，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解相似的方法可應(yīng)用于其他類型多次波，其中的一個實例在圖2中示出。
[0028]圖2示出在利用源SI和檢波點Rl的地震采集中多次反射波的圖解描述。在該圖中，多次波可被認為是在任何次地表邊界Ai和任何次地表邊界Bi之間被不止一次反射的信號。事實上，存在至少一個強反射器來制造感興趣的場景。假設(shè)圖中Al是強反射器，其可是海洋數(shù)據(jù)中的水空氣界面或陸地采集中空氣地球界面或鹽邊界或任何高對比度次地表?，F(xiàn)在將感興趣的多次波定義為在Al和Bi的任何一個之間被不止一次反射的信號。術(shù)語淺一次波意味著在感興趣的多次波第一次到達之前到達的信號。因此，深一次波被定義成在感興趣的多次波第一次到達之后到達的一次反射波。
[0029]在圖1的步驟101中，從淺一次波反演淺次地表模型。圖3示出該深水地震數(shù)據(jù)集的一個炮點道集。在該情形下，淺一次波7指代在3.7s之前的到達波，因為水面相關(guān)的多次波是在3.7s之后到達的。我們能夠識別水面相關(guān)的多次波，因為根據(jù)定義這些多次波的最早到達時間是水底反射時間的兩倍。那約為3.7s。(在圖3縱坐標(biāo)上顯示時間，時間向下增加。)感興趣的多次波是水面相關(guān)的多次波。回來參考圖2，Al現(xiàn)在是水空氣界面且BI表示水底。用于反演淺次地表模型的“淺一次波”是在幀7內(nèi)，其在水底多次波8之前到達。
[0030]現(xiàn)在，使用標(biāo)準(zhǔn)速率建模工具，從上面提到的淺一次波構(gòu)建深度域內(nèi)的P波速率模型。應(yīng)用聲波FWI到淺一次波給出圖4中的淺聲波阻抗，其是在深度-公共深度點域(depth-cdp domain)中。由此，圖4示出來自圖3中“淺一次波”的反演淺次地表模型。用9表示水面位置且用10表示水底。注意，可在該步驟中可應(yīng)用彈性FWI或更復(fù)雜的物理學(xué)以更精確地捕獲達到更長偏移的波形。
[0031]圖5示出記錄的炮點道集11(其僅僅是來自圖3的區(qū)域7，按時間軸放大)，基于圖4的次地表模型的模擬炮點道集12以及在13中示出11和12之差。圖4中的反演淺地球模型很好地解釋了測量的數(shù)據(jù)，如通過小數(shù)據(jù)殘留13明顯看出的。注意，通過在模型中具有空氣水界面來模擬表面相關(guān)的多次波，盡管在3.7s之前不存在表面相關(guān)的多次波，且因此不在圖5中示出。
[0032]在步驟102中，使用通過步驟101中的反演獲得的淺次地表速率模型和假設(shè)的地震小波模擬，即建模多次反射波。通過將模擬時間延長到5.5s，我們能夠基于圖4中的次地表模型模擬水面相關(guān)的多次波。在圖6中，14示出在Ikm公共偏移域內(nèi)的記錄的地震數(shù)據(jù)，其包括深一次波和從淺次地表產(chǎn)生的水面相關(guān)的多次波；15示出基于圖4中的淺次地表模型的模擬水面相關(guān)的多次波；以及16是從14中減去15，且因此16是所估計的深一次波。
[0033]在步驟103中，在所選的窗口中將模擬的多次波和記錄的數(shù)據(jù)相比較以確定不匹配度。圖7示出圖6 (3.8s到4.5s)的放大以清晰展示多次波預(yù)測的質(zhì)量。在記錄的數(shù)據(jù)中選擇窗口 17，嘗試最小化多次和一次反射波之間的重疊。在模擬的多次波中用18表示相應(yīng)的窗口。窗口 17和18中的數(shù)據(jù)被選擇以執(zhí)行小波估計。小波估計的目標(biāo)是最小化記錄的數(shù)據(jù)17和模擬的多次波18之間的差，因為選擇窗口是為了避免在數(shù)據(jù)中包含強的深一次波。19中示出從最優(yōu)小波所得的差。
[0034]如果在步驟103中模擬的多次波和記錄的數(shù)據(jù)之間的匹配不是令人滿意的，那么可在步驟104中通過改正用于估計小波的3個小波性質(zhì)，即小波振幅、相位和功率譜的任何一個或更多個，可對用于模擬多次波的小波進行調(diào)整。18中模擬的多次波將不匹配17中記錄的多次波，除非實現(xiàn)最優(yōu)小波估計。當(dāng)最優(yōu)小波估計被用于產(chǎn)生圖4中的次地表模型時，19示出17和18之間的差。在下面更詳細討論該3個小波調(diào)整。
[0035]小波振幅。一次反射波P的振幅是由源小波S、源(檢波點)虛反射Gsrc (Gsm)、次地表反射系數(shù)Ri和幾何擴散因子(geometric spreading factor) Lp決定:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種計算機可實施的地震處理方法，其包括產(chǎn)生和同時優(yōu)化源小波和次地表模型至可延伸的深度，其中一次反射波和多次反射波兩者的模擬波形從深度域中的所述源小波和所述次地表模型產(chǎn)生且然后經(jīng)比較以匹配在地震檢波點位置記錄的波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述地震處理方法是用于反演從次地表區(qū)域測量的地震數(shù)據(jù)以導(dǎo)出影響地震波傳播的物理性質(zhì)的模型的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述產(chǎn)生和同時優(yōu)化包括: (a)選擇所測量的地震數(shù)據(jù)的淺層，其基本上由在強多次反射波第一次到達之前到達的一次反射波組成，“強”是基于預(yù)先選定的反射系數(shù)閾值確定的； (b)使用估計的地震源小波反演所述淺層以產(chǎn)生合成數(shù)據(jù)且優(yōu)化深度域中的淺物理性質(zhì)模型以匹配所述淺窗口中的測量的數(shù)據(jù)； (C)基于所述淺物理性質(zhì)模型和估計的地震源小波模擬多次反射波數(shù)據(jù)； (d)在被選擇而基本上只包含多次反射波數(shù)據(jù)的窗口內(nèi)比較所模擬的多次反射波數(shù)據(jù)和測量的地震數(shù)據(jù)，所述比較確定不匹配度； (e)如有必要調(diào)整估計的地震源小波以降低不匹配且如有必要重復(fù)(b)_Ce)以同時在深度域內(nèi)優(yōu)化所述地震源小波和淺物理性質(zhì)模型；以及 (f)從所述測量的地震數(shù)據(jù)中減去所模擬的多次反射波數(shù)據(jù)，然后將所述淺層延伸到更大的深度，且然后為所延伸的淺層重復(fù)(b)_ (e)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括通過重復(fù)(f)至少一次進一步延伸所述物理性質(zhì)模型的深度范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述調(diào)整估計的地震源小波包括以下中的至少一個: 應(yīng)用相位旋轉(zhuǎn)到所述估計的地震源小波； 應(yīng)用振幅改正因子到所述估計的地震源小波； 應(yīng)用頻譜整形濾波器到所述估計的地震源小波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述振幅改正因子是所述模擬多次反射波數(shù)據(jù)的振幅除以在被選擇而基本上只包含多次反射波數(shù)據(jù)的窗口內(nèi)的所述測量的地震數(shù)據(jù)的振幅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過改變所述源小波的相位以及重復(fù)(b)_(d)以及為水底多次反射波事件或基于多次和一次反射波的分離而選擇的另一個地震反射波事件檢查改變的相位在(d)中的比較上的影響來確定相位旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中至少部分基于(d)中關(guān)于頻率內(nèi)容的所述不匹配的分析設(shè)計所述頻譜整形濾波器。
9.一種計算機程序產(chǎn)品，其包括永久的計算機可用介質(zhì)，該介質(zhì)具有包含在其中的計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀程序代碼適用于經(jīng)執(zhí)行以實施用于利用地震數(shù)據(jù)中的多次反射波從地震數(shù)據(jù)估計源小波以及次地表區(qū)域的物理性質(zhì)模型的方法，所述方法包括: 產(chǎn)生和同時優(yōu)化源小波和次地表模型到可延伸的深度，其中從深度域中的所述源小波和所述次地表模型產(chǎn)生一次反射波和多次反射波的模擬波形，且然后比較這些波形以匹配在地震檢波點位置記錄的波形。
【文檔編號】G01V1/28GK103460074SQ201280016924
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】S·K·拉扎拉托斯, K·王 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>