專利名稱：一種基于起伏地表的層析速度反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，是ー種適用于山前帶等復(fù)雜地表條件和復(fù)雜地下構(gòu)造的精確的速度反演與建模方法。
背景技術(shù)：
速度問題是地震數(shù)據(jù)處理的核心問題之一，它貫穿地震數(shù)據(jù)處理的始終。隨著地震勘探難度的增大和油氣藏復(fù)雜程度的提高，對地震資料成像精度的要求越來越高。疊前深度偏移速度分析是地震數(shù)據(jù)處理方法研究的重點，是影響地震成像效果的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于地表起伏、地下構(gòu)造復(fù)雜的雙復(fù)雜地區(qū)，常規(guī)的疊前偏移速度分析方法是將起伏面校正到固定基準面上或進行表層建模再進行偏移與速度分析。當偏移速度場準確吋，疊前深度偏移會得到比較好的成像結(jié)果，可為參數(shù)反演、巖性識別與儲層預(yù)測提供真實的地震巖性信息；否則成像結(jié)果在成像深度和振幅保真性上都存在較大偏差，影響后續(xù)的處理及解釋精度。速度更新需要建立相應(yīng)的速度更新方程(Zhang，2010)。常用方法的速度更新方程(或深度剰余量方程)都是在反射界面傾角較小和小偏移距假設(shè)條件下推導得到的，對于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的速度分析存在一定的局限性，影響了速度分析的精度(Liu，1995,1997;Sava, 2003 ；Xia, et. al. , 2006; Prucha, et. al. 1999)。層析速度反演方法則不受這些假設(shè)條件的限制(成谷，2004 ；ffoodward, 1992 ；Stork, 1992)。層析速度反演利用地震疊前數(shù)據(jù)來反演地下介質(zhì)的速度，可以確定地下介質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)和不均勻性。而且層析速度反演能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，更新建模的偏移速度場精度較高(成谷，2004)。層析速度反演以疊前偏移提供的反射界面位置和形態(tài)作為初始條件，能夠得到精細化的局部速度場或高精度的偏移速度場。層析速度反演方法以疊前旅行時方程為基礎(chǔ)，不需要推導深度誤差與速度誤差之間的深度剰余量方程，計算精度與效率能夠滿足疊前深度偏移的要求。偏移速度分析以疊前偏移成像為基礎(chǔ)，同時速度更新后的速度場又為偏移成像服務(wù)，兩者相輔相成。我們可以通過疊前深度偏移提供的成像道集進行速度場的更新，以角度域共成像點道集是否拉平和成像質(zhì)量是否最佳作為偏移速度場正確與否的判別準則(李振春等，2003 ;Biondi，2004)?；谄鸱乇淼膶游鏊俣确囱莘椒ㄒ嗳绱?。一般疊前深度偏移速度分析/反演方法處理起伏地表數(shù)據(jù)時都是先將疊前數(shù)據(jù)進行靜校正消除起伏地表的影響，再進行偏移與速度分析/反演，這需要首先解決表層建模的問題?；谄鸱乇淼膶游鏊俣确囱莘椒▌t不需要進行表層建模或?qū)?shù)據(jù)進行靜校正。該方法以起伏地表為基準面，采用基于起伏地表的偏移方法得到對應(yīng)于起伏面的角度域共成像點道集。速度更新與反演都是以該成像道集為基礎(chǔ)，最終分析得到以起伏面為基準面的等效偏移速度場。速度分析與反演通常需要借助共成像點道集來進行，本發(fā)明直接采用起伏地表高斯束偏移方法來進行偏移和提取角度域共成像點道集。作為kirchhoff偏移準確而有效的替代方法，高斯束偏移方法具有準確、靈活、高效等特點，可以對陡傾角地層以及各向異性介質(zhì)進行成像，對復(fù)雜的地表條件以及不規(guī)則觀測系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性(Ye，2009;Yue, 2010)。與波動方程偏移得到角度域共成像點道集不同，高斯束偏移方法延拓時包含了角度信息，可以直接投影得到成像道集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于起伏地表的層析速度反演方法。本發(fā)明的內(nèi)容如下一種基于起伏地表的層析速度反演方法，具體的實現(xiàn)過程分為
(1)對初始速度模型進行基于起伏地表的高斯束偏移成像，提取角度域共成像點道集并判斷初始速度的正確性；
(2)在角道集同相軸上拾取幾個點，由角道集同相軸偏移深度公式擬合角道集同相軸，計算剩余深度差，根據(jù)成像道集剰余深度差與旅行時殘差的定量關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為旅行時
殘差;
(3)在偏移剖面上拾取層位界面，建立射線追蹤正演所需要的參考速度模型，通過對常速度梯度法的改進，得到適應(yīng)起伏地表的靈敏度矩陣；
(4)在考慮反演精度和計算效率的基礎(chǔ)上引入正則化因子并采用LSQR方法進行層析反演，得到速度更新量并更新速度模型；
(5)更新得到的速度模型用于疊前深度偏移和提取角度域共成像點道集。根據(jù)角度域共成像點道集的剰余曲率信息以及對速度的精度要求，判斷是否還需再迭代。如果還有足夠的剩余曲率信息，并且還不滿足速度精度要求，則重復(fù)上面的流程，直到滿足精度要求；如果滿足精度要求，則繼續(xù)下ー層的速度反演；
(6)采用層剝離法，重復(fù)(I)至(5)直到所有層都分析完畢，最終得到整個エ區(qū)的速度場。采用高斯束偏移方法提取角度道集的實現(xiàn)過程
高斯波束偏移的基本過程主要包括=O將震源波場分解為高斯波束； 將炮記錄波場分解為同高斯波束相匹配的局部平面波(局部傾斜疊加)；2將震源和記錄波場利用高斯波束進行延拓并成像；
延拓過程中可以得到震源和接收點高斯束的傳播角度，即可求得成像時的偏移張角； 對于常速介質(zhì)，根據(jù)Snell’ s定律，上下行射線參數(shù)可以用下式表示
權(quán)利要求
1.一種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于具體的實現(xiàn)過程分為 (1)對初始速度模型進行基于起伏地表的高斯束偏移成像，提取角度域共成像點道集并判斷初始速度的正確性； (2)在角道集同相軸上拾取幾個點，由角道集同相軸偏移深度公式擬合角道集同相軸，計算剩余深度差，根據(jù)成像道集剩余深度差與旅行時殘差的定量關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為旅行時殘差； (3)在偏移剖面上拾取層位界面，建立射線追蹤正演所需要的參考速度模型，通過對常速度梯度法的改進，得到適應(yīng)起伏地表的靈敏度矩陣； (4)在考慮反演精度和計算效率的基礎(chǔ)上引入正則化因子并采用LSQR方法進行層析反演，得到速度更新量并更新速度模型； (5)更新得到的速度模型用于疊前深度偏移和提取角度域共成像點道集；根據(jù)角度域共成像點道集的剩余曲率信息以及對速度的精度要求，判斷是否還需再迭代；如果還有足夠的剩余曲率信息，并且還不滿足速度精度要求，則重復(fù)上面的流程，直到滿足精度要求；如果滿足精度要求，則繼續(xù)下一層的速度反演； (6)采用層剝離法，重復(fù)(I)至(5)直到所有層都分析完畢，最終得到整個工區(qū)的速度場。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于采用高斯束偏移方法提取角度道集的實現(xiàn)過程 高斯波束偏移的基本過程主要包括將震源波場分解為高斯波束將炮記錄波場分解為同高斯波束相匹配的局部平面波(局部傾斜疊加)；3:將震源和記錄波場利用高斯波束進行延拓并成像； 延拓過程中可以得到震源和接收點高斯束的傳播角度，即可求得成像時的偏移張角； 對于常速介質(zhì)，根據(jù)Snell’ s定律，上下行射線參數(shù)可以用下式表示
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于層析速度反演方法為根據(jù)費馬原理走時擾動和速度擾動之間的關(guān)系是線性的，沿著射線路徑對走時擾動進行反投影就得到了更新的速度場，這種關(guān)系表示為 ji&s — Ai(7) 其中，是靈敏度矩陣(或者稱為Frechet系數(shù)矩陣),元素' =f = ，即A的值對 應(yīng)于第i條射線在速度場第■/網(wǎng)格內(nèi)的射線路徑長度；Af是旅行時殘差向量；&是慢度更新量；由方程(7)可知，在方程組的建立過程中需要計算靈敏度矩陣和旅行時殘差向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和3所述的ー種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于旅行時殘差的提取的方法是 基于角道集的深度偏差與旅行時差的轉(zhuǎn)化關(guān)系式是 M — 2As-rjos^-aasjff(8) 這里還是反射層上反射點的局部慢度，a是反射層斜率與水平面的夾角，彥是反射層射線的入射角同反射界面法線的夾角；通過方程(8)可以將垂向深度差轉(zhuǎn)化為射線旅行時差。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和3所述的ー種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于靈敏度矩陣的求取的方法是最小旅行時射線追蹤方法-常速度梯度法進行射線追蹤，將常規(guī)方法進行改迸，即可適應(yīng)起伏地表情況下網(wǎng)格內(nèi)射線長度的求??；基于起伏地表的常速度梯度法射線追蹤求取的關(guān)于有關(guān)射線位置、射線方向和旅行時的計算公式
6.根據(jù)權(quán)利要求I和3所述的ー種基于起伏地表的層析速度反演方法，其特征在于層析反演方程組的求解的方法為對反演方程組加入正則化因子消除射線涂抹的影響，使得反演問題的病態(tài)程度減弱，從而提高層析反演的穩(wěn)定性和精度；引入正則化因子以后的層析反演表達式為
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于起伏地表的層析速度反演方法，對初始速度模型進行基于起伏地表的高斯束偏移成像，提取角度域共成像點道集并判斷初始速度的正確性；在角道集同相軸上拾取幾個點，由角道集同相軸偏移深度公式擬合角道集同相軸，計算剩余深度差，根據(jù)成像道集剩余深度差與旅行時殘差的定量關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為旅行時殘差；在偏移剖面上拾取層位界面，建立射線追蹤正演所需要的參考速度模型，通過對常速度梯度法的改進，得到適應(yīng)起伏地表的靈敏度矩陣；在考慮反演精度和計算效率的基礎(chǔ)上引入正則化因子并采用LSQR方法進行層析反演，得到速度更新量并更新速度模型；更新得到的速度模型用于疊前深度偏移和提取角度域共成像點道集。
文檔編號G01V1/30GK102841376SQ20121032696
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者張凱, 李振春, 桑運云 申請人:中國石油大學(華東)