基于蒙特卡洛反向投影的波束反演的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及用于地震成像和地球建模的方法和系統(tǒng)，并且更具體地涉及最小 化周期跳躍（cycle-skipping)和與相干噪聲的假對齊的影響的方法，所述影響降低先前 公開的行程時間反射層析成像方法的性能。
【背景技術】
[0002] 例如美國專利申請序列號12/606861 ( "所述' 861申請"）中所描述的波束層析成 像利用地震圖像通過發(fā)現(xiàn)改善波束對齊的速度修正來改善對地震速度的估計。所述' 861 申請描述的波束層析成像方法包括確定速度模型修正的步驟，所述速度模型修正改善了由 局部操縱記錄的數(shù)據(jù)而形成的波束與由使用當前速度模型和當前圖像對所述記錄的波束 建模而形成的波束之間的匹配。因此，速度模型更新可以通過最小化記錄的數(shù)據(jù)與由前向 建模計算形成的合成數(shù)據(jù)之間的差異來獲得。
[0003] 所述' 861申請描述了所謂的最大相關移位法（MCS)，所述MCS包括將數(shù)據(jù)和建模 的波束互相關以確定數(shù)據(jù)和建模的波束對之間的定量匹配的步驟。所述波束對中的每一對 均對應于穿過地球的單條射線路徑。完整的射線路徑具有始于震源的一段和終于接收器的 另一段。所述波束是沿著它們關聯(lián)的射線路徑的行程時間的函數(shù)。成一對的兩條波束在行 程時間移位的范圍內(nèi)是互相關的。最大化每個波束對的互相關的時移將被獲得并用作所述 層析成像的數(shù)據(jù)值。為多條射線路徑完成基于互相關的匹配，對當前應用通常是1〇 7的數(shù) 量級。
[0004] 接下來，沿每條射線路徑的速度必須被改變以符合所述數(shù)據(jù)與建模的波束之間測 得的時移。每條射線路徑和對應的時移生成方程，所述方程將沿所述射線路徑的所述速度 改變與測得的行程時間移位線性聯(lián)系起來。對于波束層析成像的MCS實施方法而言，這一 大的稀疏方程組通過大的稀疏矩陣的迭代再加權(quán)的最小二乘反演來求解。用于MSC方法的 輸入數(shù)據(jù)是帶有單個移位值的對齊移位，所述單個移位值代表每個建模的波束和數(shù)據(jù)波束 對的恰當對齊。MCS實施方式的成功依賴于互相關提供波束對之間的未對齊的良好測量。 不幸的是，使得所述互相關歪曲正確對齊的周期跳躍可降低所述測量的質(zhì)量。
[0005] 在某種程度上，周期跳躍可以通過驅(qū)使再加權(quán)的最小二乘解符合L1范數(shù)來容忍， 這更好地處理了由周期跳躍導致的異常數(shù)據(jù)。然而，所述再加權(quán)過程僅能處理很小程度的 周期跳躍，這意味著所述數(shù)據(jù)必須具有低級別的噪聲。
[0006] 圖1A和1B示出了周期跳躍問題的一個例子。圖1A和1B示出了多個建模的波束 和數(shù)據(jù)波束對：深色軌跡是通過局部傾斜堆疊記錄的數(shù)據(jù)而計算出的波束，而淺色軌跡是 通過使用描述地下速度結(jié)構(gòu)的地球模型和描述地下反射體的地震圖像對計算建模而計算 的。淺色和深色軌跡被成對示出，以使得每對波束都對應于穿過地球的一條射線路徑。圖 1A示出了未對齊的軌跡，而圖1B示出了對齊后的軌跡。注意，穿過圖1A和1B中部的水平 線是對應于射線軌跡到達時間的時間線。
[0007] 參考圖1A，每對波束的兩條軌跡均有由地球模型和圖像中的誤差引起的一定量的 未對齊。大多數(shù)軌跡的恰當對齊是明確清晰的并且可通過尋找互相關最大值來容易地測 量。在圖1B中，通過對軌跡移位以獲得淺色與深色軌跡之間的最大互相關來對齊所述軌 跡。圖1B頂部的線條（"移位"）示出了最大化所述互相關所需的時移。然而，注意圖1B 中部附近的中間偏移（mid offsets)。在這里，使用時移的快速變化來對齊軌跡。這些快 速變化由周期跳躍引起，因此最大互相關對齊不同于基于波形的一個或多個周期的正確對 齊。因此，只從數(shù)據(jù)中并不清楚互相關函數(shù)中的哪個局部最大值對應于正確對齊。由于噪 聲或數(shù)值近似，全局最大值可能并不正確。
[0008] 此外，在數(shù)據(jù)包含由如圖2A中的多個反射引起的強相干噪聲的情形中，軌跡可被 移位以形成圖2B中心附近所示的明顯對齊好的事件。然而，互相關最大值可能并不對應于 恰當?shù)能壽E對齊。雖然圖2B中部附近看起來具有令人信服的事件的對齊，但圖表頂部繪出 的時移的極端不規(guī)則暗示存在由相干噪聲引起的假對齊。
[0009] 因此，先前公開的MCS方法存在的問題是：測量波束對的波束之間的時移的步驟 獨立于用于地球模型中的速度修正的反演的步驟。只通過尋找最大互相關而執(zhí)行的對齊傾 向于周期跳躍，因為沒有區(qū)別基于移位是否對應于速度的合理改變，和基于此移位是否與 其他波束對之間測得的移位一致。測得的移位是固定的并隨后用在速度的線性反演中。所 述線性反演沒有對修正由周期跳躍引起的異常測量或?qū)G棄與相干噪聲假對齊的移位做 出規(guī)定。
[0010] 因此，需要出現(xiàn)一種較少受到周期跳躍和與相干噪聲的假對齊影響的行程時間反 射層析成像方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了 一種用于最小化感興趣的地下區(qū)域的地震圖像中的偽像 (artifacts)的計算機實施的方法，所述圖像基于從記錄的地震數(shù)據(jù)導出的數(shù)據(jù)波束集合 以及至少部分地從與地下區(qū)域有關的速度模型中導出的建模的波束集合。所述方法包括以 下步驟：確定所述建模的波束集合與數(shù)據(jù)波束集合在預定時移范圍內(nèi)的互相關函數(shù)；使用 所述互相關函數(shù)確定在所述預定時移范圍內(nèi)的概率分布函數(shù)；使用所述概率分布函數(shù)確定 在所述預定時移范圍內(nèi)的累積分布函數(shù)；生成預定間隔內(nèi)的隨機數(shù)；從預定時移范圍內(nèi)選 擇時移值以便所述隨機生成的數(shù)等于所述累積分布函數(shù)；并且使用所述時移值為所述速度 模型計算速度修正。
[0012] 因此，本發(fā)明是一種將諸如波束對齊中的周期跳躍和由于相干噪聲引起的假對齊 等的某些偽像的影響最小化的蒙特卡洛方法。所述方法組合了模擬退火蒙特卡洛技術和反 向投影技術，所述模擬退火蒙特卡洛技術先前已被用于反射靜力學（Rothman，1985, 1986) 和更一般的速度模型反演（Sambridge等，2002)。即，所述方法組合了移位值的蒙特卡洛概 率性選擇和反向投影速度反演技術的迭代。所述組合可以在無法只通過互相關實現(xiàn)正確的 周期對齊并且相干噪聲引起假對齊的情景中產(chǎn)生速度估計。
【附圖說明】
[0013] 參照附圖中描述的本發(fā)明的具體實施例來詳細描述本發(fā)明。所述圖僅描述本發(fā)明 的典型實施例，并且因此不被認為限制它的范圍。
[0014]圖1A和1B是示出對應于第一位置的建模的波束與地震數(shù)據(jù)軌跡的未對齊的圖。 [0015]圖2A和2B是示出對應于第二位置的建模的波束與地震數(shù)據(jù)軌跡的未對齊的圖。
[0016] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例示出波束對齊方法的流程圖。
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例示出蒙特卡洛反演方法的流程圖。
[0018] 圖5A-C分別是以下的圖形表示：㈧對應于方程⑴的互相關函數(shù)（時移（t)的 函數(shù)）；(B)對應于方程（2)的概率分布函數(shù)；以及（C)對應于方程（3)的累積分布函數(shù)。
[0019] 圖6是累積分布函數(shù)，帶有生成的示例隨機數(shù)R以根據(jù)方程⑷尋找時移。
[0020]圖7A-B分別是以下的圖形表示：(A)慢度（slowness)的改變沿射線路徑穿過的 單元被平滑分布，以便所述行程時間改變等于Ti;以及（B)單元內(nèi)的行程時間改變作為穿 過所述單元的所有射線的貢獻的加權(quán)平均值來計算。
[0021] 圖8A和8B分別是以下的圖形表示：(A)高溫處對應于方程⑵的概率分布函數(shù)； 以及（B)高溫處對應于方程（3)的累積分布函數(shù)。
[0022] 圖9A和9B分別是以下的圖形表示：(A)低溫處對應于方程⑵的概率分布函數(shù)； 以及（B)低溫處對應于方程（3)的累積分布函數(shù)。
[0023] 圖10A和10B分別是以下的圖形表示：(A)在大的0值的情況下對應于方程（2) 的概率分布函數(shù)；以及（B)在小的0值的情況下對應于方程（2)的概率分布函數(shù)。
[0024] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明可以在要由計算機執(zhí)行的計算機方法和系統(tǒng)的一般背景中描述和實施。這 種計算機可執(zhí)行指令可以包括可被用以執(zhí)行特定任務和處理抽象數(shù)據(jù)類型的程序、例程、 對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、