一種基于格林函數(shù)表征的全波形反演梯度算子的提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油地震勘探速度建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于格林函數(shù)表征的 全波形反演梯度算子的提取方法
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣勘探的不斷深入，人們越來越希望由地震資料獲得更多的巖石物性信 息，而地震波形反演的目的正是獲取一個預(yù)測地震記錄與實(shí)測地震記錄擬合最佳的地質(zhì)模 型。與其他反演方法相比，波形反演利用的是整個或部分地震記錄波形，此波形不僅包含 地震波記錄震相的運(yùn)動學(xué)特征（如旅行時(shí)、波速等），還包含地震波動力學(xué)特征（如振動方 向、振幅、周期、相位等），可以有效的排除偶然因素的影響，從而提高了計(jì)算的可靠性和穩(wěn) 定性，有效地提高反演的精度和分辨率。地震波形反演利用地震波場反演介質(zhì)的彈性性質(zhì)， 即在利用波動方程描述地震波傳播過程的基礎(chǔ)上，從地震波形包含的信息中獲取介質(zhì)的性 質(zhì)。全波形反演方法能利用疊前地震波場的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)信息，重建地下速度結(jié)構(gòu)，具有 揭示復(fù)雜地質(zhì)背景下構(gòu)造與巖性細(xì)節(jié)信息的潛力。波形反演參數(shù)模型更新量的梯度可以用 梯度算子來表示，它是波形反演的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用梯度算子和海瑟矩陣得到參數(shù)模型 修正量，通過迭代來修正模型，從而建立滿足觀測數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的最佳匹配的地下地質(zhì) 模型。
[0003] 上世紀(jì)80年代Tarantola等人提出了基于廣義最小二乘反演理論的時(shí)間域全波 形反演方法，對近20多年多維地震反演理論的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。該方法使用理論波 場與實(shí)際波場誤差的L2泛函作為反演的目標(biāo)函數(shù)，對模型進(jìn)行網(wǎng)格離散化并利用雙程波 動方程數(shù)值模擬方法(如有限差分法、偽譜法等）模擬波場傳播過程，通過梯度尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)模 型參數(shù)迭代更新。該方法可適用于井間地震、VSP、廣角地震、反射地震等多種觀測系統(tǒng)，反 演時(shí)能夠充分利用多種波形信息，而不局限于只利用反射波信息。為提高計(jì)算效率，80年代 末90年代初Pratt等人將全波形反演理論推廣到頻率域，形成了頻率域全波形反演方法， 也稱波形層析成像方法。為了避免反演陷入局部極小，全波形反演方法對初始模型精度要 求嚴(yán)格。針對地震數(shù)據(jù)頻帶寬度有限、反演初始速度模型獲取困難等問題，Shin提出利用阻 尼波場零頻分量反演低頻模型作為頻率域波形反演的初始模型，即Laplace域全波形反演 方法，為全波形反演理論與應(yīng)用研究注入了新的活力。近幾年來國內(nèi)外全波形反演方法應(yīng) 用研究發(fā)展迅速，例如Bunksetal. (1995)研究了時(shí)間域內(nèi)的多尺度波形反演。Prattet al. (1990)發(fā)展了全波形反演成像的并進(jìn)行油氣開發(fā)C02流體注入前面破裂的監(jiān)測應(yīng)用， Smithymanetal. (2009)使用波形層析成像進(jìn)行了近地表探測，Opertoetal. (2006)進(jìn) 行全波形反演處理多次覆蓋的海洋數(shù)據(jù)得到地殼尺度的結(jié)構(gòu)。這些研究為區(qū)域深部構(gòu)造及 演化分析、淺表層環(huán)境調(diào)查、宏觀速度場建模與成像、巖性參數(shù)反演提供了新的有力手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提高全波形反演梯度算子的計(jì)算精度，本發(fā)明提供了基于格林函數(shù)表征的全 波形反演梯度算子的提取方法，并利用優(yōu)化有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算虛震源波場和波場誤差，該 方法可以提高全波形反演的計(jì)算精度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 基于格林函數(shù)表征的全波形反演梯度算子的提取方法，其特征在于包括如下步 驟：
[0007] 1)建立全波形反演參數(shù)模型；
[0008] 2)采用常規(guī)的疊加前單炮數(shù)據(jù)作為觀測數(shù)據(jù)，建立正反演觀測系統(tǒng)；
[0009] 3)將脈沖點(diǎn)源置于地表原接收點(diǎn)處，利用下式表示優(yōu)化有限差分算法計(jì)算該點(diǎn)源 產(chǎn)生的非均勻介質(zhì)格林函數(shù)波場：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于格林函數(shù)表征的全波形反演梯度算子的提取方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 建立全波形反演參數(shù)模型； 2) 采用常規(guī)的疊加前單炮數(shù)據(jù)作為觀測數(shù)據(jù)，建立正反演觀測系統(tǒng)； 3) 將脈沖點(diǎn)源置于地表原接收點(diǎn)處，利用下式表示優(yōu)化有限差分算法計(jì)算該點(diǎn)源產(chǎn)生 的非均勻介質(zhì)格林函數(shù)波場：
其中G為非均勻介質(zhì)格林函數(shù)波場，q為優(yōu)化有限差分系數(shù)，
，V為介質(zhì)速 度，Ax和Az為空間采樣間隔，At為時(shí)間采樣間隔，i，k為x和z空間坐標(biāo)，n為時(shí)間坐 標(biāo)，S°為脈沖點(diǎn)源，is，ks為點(diǎn)源空間坐標(biāo)； 4) 利用下式表示優(yōu)化有限差分正演模擬算法計(jì)算地下各點(diǎn)的虛震源波場：
其中cm為優(yōu)化有限差分系數(shù)，U為根據(jù)當(dāng)前模型正演模擬的波場，利用該式就可以用有 限差分方法計(jì)算虛震源； 5) 將步驟3)得到的格林函數(shù)波場和步驟4)得到的虛震源波場按照下式進(jìn)行褶積，計(jì) 算波場逆時(shí)傳播算子：
其中J為波場逆時(shí)傳播算子，G為非均勻介質(zhì)格林函數(shù)波場，f'為虛震源波場，U為根 據(jù)當(dāng)前模型正演模擬的波場，V為介質(zhì)速度； 6) 利用步驟4)中所述優(yōu)化有限差分正演模擬算法公式得到疊前單炮合成數(shù)據(jù)，并其 與觀測地震數(shù)據(jù)求差得到波場殘差； 7) 根據(jù)下式提取格林函數(shù)表征的用于全波形反演的梯度算子： 其中：RU-dw是波場殘差。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于格林函數(shù)表征的全波形反演梯度算子的提取方法，通過建立全波形反演參數(shù)模型；采用常規(guī)的疊加前單炮數(shù)據(jù)作為觀測數(shù)據(jù)，建立正反演觀測系統(tǒng)；將脈沖點(diǎn)源置于地表原接收點(diǎn)處，首先將脈沖點(diǎn)源置于地表原接收點(diǎn)處，計(jì)算該點(diǎn)源產(chǎn)生的格林函數(shù)波場；利用優(yōu)化有限差分正演模擬計(jì)算地下各點(diǎn)的虛震源波場；利用格林函數(shù)和虛震源波場褶積，計(jì)算波場對模型參數(shù)的導(dǎo)數(shù)，得到波場逆時(shí)傳播算子；將波場逆時(shí)傳播算子作用于波場誤差，得到全波形反演的梯度算子。本發(fā)明的有益效果是，對格林函數(shù)波場、虛震源波場和波場誤差的模擬精度高，數(shù)值頻散小，可以有效處理邊界反射，效率較高。
【IPC分類】G01V1-28, G01V1-30
【公開號】CN104570082
【申請?zhí)枴緾N201310520113
【發(fā)明人】孟憲軍, 王玉梅, 慎國強(qiáng), 王希萍, 梁鍇, 王振濤, 劉立彬, 張達(dá), 鈕學(xué)民, 張洪, 李燕, 張睿璇, 王蓬
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月29日