一種利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法
【專利摘要】利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，包括：1)建立初始速度模型，并進(jìn)行深度偏移得到反射系數(shù)；2)利用反偏移算子從背景速度場(chǎng)中獲取反射波信息；3)利用動(dòng)態(tài)圖像校正方法計(jì)算反射波旅行時(shí)差；4)計(jì)算伴隨源并求取反射波路徑，將伴隨源沿反射波路徑反傳，得到多炮梯度；5)確定迭代步長(zhǎng)并更新速度場(chǎng)；6)重復(fù)1)至5)步，通過判定迭代收斂條件最終得到反演結(jié)果。本發(fā)明能夠利用平滑速度場(chǎng)進(jìn)行反偏移得到模擬反射波，從而構(gòu)建反射波路徑來反演背景速度場(chǎng)，為全波形反演提供很好的初始速度模型，所求取的反射波旅行時(shí)差舍棄了人工拾取過程，避免了陷入局部極值，提高了反演的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)地震勘探中自動(dòng)化速度建模過程。
【專利說明】一種利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣勘探地震資料處理領(lǐng)域，具體涉及一種能有效的利用反射波信息 來反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，層析反演主要是在折射波（初至波）基礎(chǔ)上做的，主要目的是為了解決近地 表的靜校正問題，難以做到中深層速度建模。而全波形反演（FWI)是一種基于波動(dòng)方程的 波形匹配反演方法，其波形信息包括走時(shí)信息及振幅信息。但是應(yīng)用中存在一些問題：地震 數(shù)據(jù)缺乏低頻及大偏移距反射波；地震波振幅信息跟模型低波數(shù)成分呈較強(qiáng)的非線性；模 擬地震數(shù)據(jù)中地震波振幅具有不確定性?？傊Ｒ?guī)的波形反演利用折射波數(shù)據(jù)取得一些 應(yīng)用效果，恢復(fù)一些淺層信息，對(duì)中深層的反演效果較差。對(duì)于透射波和折射波，其具有較 大的入射角孔徑，可以用來恢復(fù)速度模型中的長(zhǎng)波長(zhǎng)分量；但是對(duì)于反射波，由于較小的反 射角孔徑，通常用于恢復(fù)速度場(chǎng)短波長(zhǎng)分量。當(dāng)初始模型與真實(shí)模型偏離較大時(shí)FWI通常 會(huì)陷入局部極值，目標(biāo)泛函很難收斂到全局極小值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，以克 服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：
[0005] 由于基于波動(dòng)方程的旅行時(shí)反演兼顧了射線反演與波形反演的優(yōu)點(diǎn)，將波動(dòng)方程 旅行時(shí)反演應(yīng)用到反射波，能夠?qū)崿F(xiàn)中深層低頻信息的反演。本發(fā)明利用偏移與反偏移算 子從背景速度場(chǎng)中獲取反射波信息，構(gòu)建了反射波路徑，進(jìn)而建立波動(dòng)方程反射層析的梯 度公式。通過優(yōu)化合成地震記錄和實(shí)際數(shù)據(jù)之間反射波走時(shí)殘差，實(shí)現(xiàn)了利用反射波信息 來反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的過程。相比振幅信息，旅行時(shí)反演提供了更加可靠的時(shí)間信 息。因此波動(dòng)方程反射旅行時(shí)反演，降低了其對(duì)波動(dòng)方程的依賴程度，為提高中深層全波形 反演精度奠定基礎(chǔ)。
[0006] -種利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，包括：
[0007] 0.獲得預(yù)處理后的地震觀測(cè)反射波場(chǎng)pQ ;
[0008] 1.建立初始深度域地震速度模型（速度場(chǎng)），并利用該速度模型進(jìn)行深度偏移，得 到偏移剖面，在此選擇逆時(shí)偏移方法進(jìn)行成像，得到反射系數(shù)；
[0009] 2.根據(jù)步驟1得到的反射系數(shù)以及深度域地震速度模型，利用反偏移方法進(jìn)行反 偏移，得到模擬反射波場(chǎng)；
[0010] 所述的反偏移方法是通過入射波場(chǎng)與成像值的互相關(guān)產(chǎn)生所需要的反射波，反偏 移過程如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，包括：
0. 獲得預(yù)處理后的地震觀測(cè)反射波場(chǎng)Po;
1. 建立初始深度域地震速度模型（速度場(chǎng)），并利用該速度模型進(jìn)行深度偏移，得到偏 移剖面，在此選擇逆時(shí)偏移方法進(jìn)行成像，得到反射系數(shù)；
2. 根據(jù)步驟1得到的反射系數(shù)以及深度域地震速度模型，利用反偏移方法進(jìn)行反偏 移，得到模擬反射波場(chǎng)； 所述的反偏移方法是通過入射波場(chǎng)與成像值的互相關(guān)產(chǎn)生所需要的反射波，反偏移過 程如下：
其中：P是反射波場(chǎng)，q是背景波場(chǎng)，V是平滑的背景速度場(chǎng)，s是震源函數(shù)，t是地震波 傳播旅行時(shí)間，I是疊加成像值，通常也稱為反射系數(shù)； (2)式左邊項(xiàng)中的反射波場(chǎng)p是由右邊項(xiàng)作為震源產(chǎn)生的；（1)式與（2)式兩個(gè)解耦方 程得到反射波場(chǎng)P，從而降低了傳統(tǒng)全波形反演的周波跳躍現(xiàn)象； 其特征在于還包括以下步驟：
3. 利用動(dòng)態(tài)圖像校正方法計(jì)算模擬反射波場(chǎng)與觀測(cè)反射波場(chǎng)的走時(shí)殘差： 兩道地震記錄f(i)與g(i)，分別對(duì)應(yīng)模擬波場(chǎng)和觀測(cè)反射波場(chǎng)的一道數(shù)據(jù)，兩道地震 合成記錄之間存在時(shí)移函數(shù)s (i)，定義時(shí)差匹配面板： e[i,l] = (f[i]-g[i+l])2 (3) 其中：i是時(shí)間采樣點(diǎn)序號(hào)，1是延遲變量，e是兩道之間的匹配誤差； 將提取準(zhǔn)確時(shí)移量u[0:N-l]的問題分以下兩步來實(shí)現(xiàn)： 通過對(duì)時(shí)差匹配面板（3)的雙向平滑處理和對(duì)其反向追蹤準(zhǔn)確時(shí)移量?jī)蓚€(gè)步驟來實(shí) 現(xiàn)兩道記錄f(i)與g(i)的最佳匹配； 雙向平滑如下：
其中：i是時(shí)間采樣點(diǎn)序號(hào)，1是延遲變量，N是時(shí)間采樣點(diǎn)數(shù)，^是正向平滑后的時(shí)差 匹配面板，i是反向平滑后的時(shí)差匹配面板，[是雙向平滑后的時(shí)差匹配面板； 用雙向平滑處理，從后往前追蹤準(zhǔn)確時(shí)移量，首先計(jì)算第N個(gè)準(zhǔn)確時(shí)移量u [N-1]，逐次 向前計(jì)算。
采用動(dòng)態(tài)圖像校正方法，即通過優(yōu)化下列非線性問題來求取模擬反射波場(chǎng)P與觀測(cè)反 射波場(chǎng)Po的多道準(zhǔn)確時(shí)移量τ :
滿足線性約束條件
其中：1是延遲變量，τ是兩個(gè)反射波場(chǎng)間存在的多道準(zhǔn)確時(shí)移量，t，^，Xs分別代表時(shí) 間方向、檢波點(diǎn)方向、激發(fā)點(diǎn)方向； 約束條件（10)式控制著估計(jì)的時(shí)差在時(shí)間t、接收點(diǎn)激發(fā)點(diǎn)Xs三個(gè)方向上的變化 率，進(jìn)而保證了其平滑度；
4. 求取反射波路徑： 對(duì)于散射波，建立介質(zhì)散射模型，該模型分為光滑的背景模型與模型擾動(dòng)的和 m = m〇+ δ m (11) 其中：m是地球介質(zhì)參數(shù)，這里指速度，Hitl代表背景速度模型，Sm代表速度擾動(dòng)； 由此可以導(dǎo)出基于一階Born近似的擾動(dòng)場(chǎng)
其中，Xs，&分別為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置，δ G是基于一階Born近似的擾動(dòng)場(chǎng)，ω是圓頻 率，V代表地球介質(zhì)體，δ m是速度擾動(dòng)，G代表格林函數(shù)； 利用下列擾動(dòng)波場(chǎng)S G對(duì)背景模型參數(shù)Hitl的FMchet導(dǎo)數(shù)計(jì)算出反射波路徑
其中，Xs，&分別為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置，ω是圓頻率，Sm是速度擾動(dòng)，G代表格林函數(shù)， 5G(x<，ω ;xs)，ω ;χ')分別是一階Born近似下，由模型擾動(dòng)引起的反射波場(chǎng)；
5. 根據(jù)步驟3求取的多道準(zhǔn)確時(shí)移量及其步驟4得到的反射波路徑計(jì)算伴隨源；基于 多道準(zhǔn)確時(shí)移量構(gòu)建如下目標(biāo)函數(shù)
C Μ) 其中：Xs，&分別為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置，多道準(zhǔn)確時(shí)移量τ是兩個(gè)反射波場(chǎng)間存在的時(shí) 差，Et是走時(shí)殘差目標(biāo)函數(shù)； 該目標(biāo)泛函對(duì)背景模型參數(shù)Hltl的梯度
其中：1?是背景模型參數(shù)，這里指速度；S，r代表炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)；T代表矩陣的轉(zhuǎn)置； 根據(jù)波動(dòng)方程旅行時(shí)反演中求取伴隨源的方法，可以得到梯度公式
其中，fatU稱為伴隨源，具有如下形式
其中：Ptl是觀測(cè)波場(chǎng)，τ是兩個(gè)反射波場(chǎng)間存在的時(shí)差； (16)式中的
即為（13)式所求取的反射波路徑
其中：Xs，&分別為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置，β代表格林函數(shù)對(duì)時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)，δ G(x，t ; xs)，δ GU10 t ;x)分別是一階Born近似下，由模型擾動(dòng)引起的反射波場(chǎng)；
6. 聯(lián)合（16)、（17)、（18)兩式便得到了波動(dòng)方程反射旅行時(shí)層析的梯度公式；
7. 計(jì)算迭代步長(zhǎng) 即按照常規(guī)方法計(jì)算步驟6得到的梯度公式的步長(zhǎng)；
8. 根據(jù)梯度方向和步長(zhǎng)計(jì)算速度模型中低波數(shù)成分的更新量，更新步驟1建立的速度 模型并檢查迭代收斂條件，如果滿足收斂條件則停止迭代并輸出速度模型，否則繼續(xù)上述 步驟1-7,直到滿足收斂條件為止，并輸出結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，其特征在于 上述步驟3中，選
分別為三個(gè) 方向的米樣間隔。
3. 如權(quán)利要求1所述的利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，其特征在于 上述步驟7的步長(zhǎng)為固定的小步長(zhǎng)，所述的固定的小步長(zhǎng)是以上述背景速度場(chǎng)V的數(shù)值除 以步驟6得到的梯度后乘以1%。
4. 如權(quán)利要求1所述的利用反射波信息反演速度場(chǎng)中低波數(shù)成分的方法，其特征在于 上述步驟8所述的收斂條件是：相鄰的前后兩次迭代的更新量小于1%。即可認(rèn)為收斂。
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK104391323SQ201410675717
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】張凱, 李振春, 付繼有, 呂宇玲, 張偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)