一種反演框架下的地震多波建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0001] 本發(fā)明屬于油氣勘探地震數(shù)據(jù)處理方法領(lǐng)域，具體是一種適用于多波多分量地震 數(shù)據(jù)用于實(shí)現(xiàn)多波速度建模的方法。 現(xiàn)有技術(shù)。
[0002] 近年來，我國部分老油區(qū)勘探開發(fā)難度日益增大，勘探目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向裂縫油氣藏 和巖性油氣藏等，與常規(guī)縱波勘探尋找構(gòu)造油氣藏相比，這對(duì)地震處理和解釋精度提出了 更高的要求。常規(guī)地震勘探在處理多波多分量地震數(shù)據(jù)時(shí)，往往將垂直分量當(dāng)作縱波進(jìn)行 處理，將水平分量當(dāng)作轉(zhuǎn)換橫波進(jìn)行類似于縱波的處理，實(shí)現(xiàn)速度建模的時(shí)候一般先反演 縱波，然后再反演橫波，整個(gè)過程中并沒有考慮地震波的彈性矢量波特征，并且其處理效果 在很大程度上依賴于波場分離的精度，如果不同波型的能量未完全分離，殘余的非本型波 能量會(huì)在成像結(jié)果中產(chǎn)生大量噪聲串?dāng)_，繼而嚴(yán)重影響層析反演效果。實(shí)際上，地球介質(zhì)是 一種非均勻，非完全彈性、各向異性、多相態(tài)的介質(zhì)，其中傳播的地震波是一種彈性波，縱橫 波是耦合在一起的，基于聲波假設(shè)的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)多波多分量數(shù)據(jù)并不適用，如果不從 本質(zhì)上改變地震數(shù)據(jù)處理方法，很難取得比較重大的油氣突破。
[0003] 疊前深度偏移是目前多波多分量地震高精度成像的關(guān)鍵技術(shù)，其成敗很大程度上 取決于速度建模的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種在地震反演框架下，根據(jù)深 度偏移對(duì)速度的強(qiáng)敏感性，利用角道集剩余曲率與多波靈敏度矩陣之間的關(guān)系建立反演方 程，即將角道集剩余曲率沿著一系列射線軌跡轉(zhuǎn)化為縱橫波的慢度更新量以進(jìn)行速度迭代 建模的過程，并綜合了高斯束多波偏移的靈活性和高效性以及射線層析建模的高精度，采 用偏移和建模交替迭代的方式進(jìn)行，兼具高計(jì)算效率和反演精度，使其可以作為老油區(qū)多 波勘探實(shí)際生產(chǎn)的反演框架下的地震多波建模方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明基于反演框架的地震多波建模方法的主要思路是：利用多波高斯束疊前深 度偏移提取角道集，利用自動(dòng)擬合方法獲取剩余曲率，將一系列角道集剩余曲率沿著射線 追蹤路徑反投影得到縱橫波剩余慢度，以偏移和建模迭代的方式實(shí)現(xiàn)反演更新。其中：
[0007] (1)反演框架下地震多波建模方程
[0008] 由于速度不準(zhǔn)確產(chǎn)生的小界面擾動(dòng)會(huì)使多波射線傳播路徑發(fā)生改變，從而產(chǎn)生射 線走時(shí)差，根據(jù)其中的幾何關(guān)系可以推導(dǎo)得到加入正則化約束的反演框架下多波建模方 程。速度建模之前需要確定兩個(gè)待求量：靈敏度矩陣和角道集剩余曲率。其中，靈敏度矩陣 是通過在縱橫波速度場中進(jìn)行射線追蹤獲得的，其矩陣元素代表射線在網(wǎng)格內(nèi)的射線路徑 長度；角道集剩余曲率可以通過自動(dòng)擬合方法獲取。
[0009] (2)靈敏度矩陣的求取
[0010] 采用改進(jìn)的常速度梯度法射線追蹤分別在縱橫波場中進(jìn)行靈敏度矩陣的求取。與 常規(guī)射線層析不同的是，本發(fā)明在縱橫波速度場中進(jìn)行射線追蹤不需要求取多波射線走 時(shí)，僅僅需要記錄網(wǎng)格內(nèi)的射線路徑，優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)建模的精度要求選取固定步長，避 免了直接求解射線追蹤方程中的一元二次方程，提高了計(jì)算效率和靈活性。
[0011] (3)角道集剩余曲率的拾取
[0012] 角道集剩余曲率的拾取有兩種方法：一種是手動(dòng)拾取，可以根據(jù)處理人員的經(jīng)驗(yàn) 進(jìn)行拾取，具有較高的拾取精度，但是工作量大；另一種是自動(dòng)拾取，大多數(shù)拾取精度低，但 是簡單快速，易于應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。本發(fā)明采用自動(dòng)擬合法求取角道集剩余曲率，首先利 用互相關(guān)法自動(dòng)獲取至少三個(gè)控制點(diǎn)的擬合Y (偏移深度與真實(shí)深度的比值），然后代入 深度剩余量方程可以求取角道集剩余曲率。該方法的優(yōu)勢(shì)是：不受網(wǎng)格精度的限制，利用角 道集隨Y的函數(shù)關(guān)系拾取角道集，不會(huì)出現(xiàn)不同角度對(duì)應(yīng)同一偏移深度的情況，并且拾取 過程可以加入部分修改功能，具有較高的拾取精度。
[0013] 本發(fā)明基于上述技術(shù)路線而提出的技術(shù)方案是：
[0014] 一種反演框架下的地震多波建模方法，包括：
[0015] 1)輸入疊前處理后的多分量地震數(shù)據(jù)，通過多波時(shí)域疊加速度分析獲取初始的縱 橫波均方根速度并利用DiX公式轉(zhuǎn)換為層速度；
[0016] 2)選取適定的角度范圍，根據(jù)建模的精度要求確定固定步長進(jìn)行射線追蹤以獲得 縱橫波靈敏度矩陣；同時(shí)，通過彈性多波高斯束偏移抽取PP波和PS波角道集，利用自動(dòng)擬 合方法拾取角道集剩余曲率；
[0017] 3)構(gòu)建加入正則化的約束最小二乘多波建模方程，求解建模方程以獲取縱波和橫 波慢度更新量；
[0018] 4)速度建模的迭代終止條件為：縱波和轉(zhuǎn)換波成像深度一致、角道集剩余曲率為 零，若滿足建模要求則終止循環(huán)，否則返回繼續(xù)進(jìn)行迭代更新。
[0019] 上述技術(shù)方案進(jìn)一步細(xì)化方案包括：
[0020] 1)輸入數(shù)據(jù)為經(jīng)過預(yù)處理的多波Z、X分量，通過拾取P波和PS波疊加速度譜的 聚焦能量獲得初始的均方根速度，利用Dix公式轉(zhuǎn)換為初始的縱橫波層速度，其中Dix公式 為：
[0021]
( D
[0022] 式中V1為第i層的層速度，VRil為第1到第i層的均方根速度，^ i為第1到第i 層的自激自收時(shí)間；
[0023] 2)在彈性多波高斯束偏移抽取PP波和PS波角道集，利用自動(dòng)擬合方法拾取角道 集剩余曲率：選取深度窗，確定零角度偏移深度z。，利用互相關(guān)方法求取M(M> 3)個(gè)控制點(diǎn) 的偏移深度zal (i = 1，M)，根據(jù)角道集角度β i與其對(duì)應(yīng)的偏移深度Zal應(yīng)用式（2)求取擬 合Y，代入公式⑶求得擬合的剩余曲率Δz :
[0024]
(2) CN 105093281 A 說明干ι 3/6 頁
[0025]
(3)
[0026] 選取適定的角度范圍（一般為-30°~30°，最大可選取-40°~40° )，根據(jù)建 模的精度要求確定固定步長，利用常速度梯度法射線追蹤以獲得縱橫波速度場中每個(gè)網(wǎng)格 內(nèi)的射線路徑即為靈敏度矩陣，求取公式為：
(4) (5)
[0029] 式中，1為網(wǎng)格內(nèi)的射線路徑長度，dl為射線步長，Ip I2分別為網(wǎng)格內(nèi)射線段起 始和終止路徑長度；n(l)為當(dāng)前射線方向向量，η。是初始射線方向向量，V。為射線路徑上的 局部速度，λ為速度梯度。
[0030] 3)構(gòu)建加入正則化約束的彈性多波建模方程，利用LSQR法求解建模方程可以獲 取縱波和橫波慢度更新量，加入正則化約束的最小二乘建模方程為：
[0031]
C6)
[0032] 式中，L(Sp)和L(Ss)分別為P波和S波誤差泛函，A p和As分別為P波和S波靈敏 度矩陣，代表射線在P波和S波速度場網(wǎng)格中的路徑長度；Λ Sp和Λ Ss為待反演的P波和 S波慢度更新量，Λ Ζρρ和Λ Zps分別為PP波和PS波角道集剩余曲率，Sp為成像點(diǎn)處的P波 慢度值，ct為反射層傾角，β為P波入射角，Θ為S波反射角，μ為正則化因子，Γ為正 則化矩陣。
[0033] 4)速度建模的迭代終止條件為：縱波和轉(zhuǎn)換波成像深度一致和角道集剩余曲率 為零，若滿足建模要求則終止循環(huán)，否則返回繼續(xù)進(jìn)行迭代更新。
[0034] 發(fā)明的效果。
[0035] 反演框架下的地震多波建模方法，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0036] 第一、技術(shù)效果的可靠性。該方法從理論上充分考慮了地震波的彈性矢量特性，綜 合了高斯束多波疊前偏移的靈活性和高效性以及層析建模的高精度，能夠獲得較為精確的 建模效果；
[0037] 第二、對(duì)輸入的初始速度要求較低，與當(dāng)前油氣勘探軟件兼容性好。僅僅利用時(shí)域 疊加速度分析獲得的時(shí)間域速度轉(zhuǎn)化為深度域速度作為初始速度輸入，既能夠進(jìn)行迭代建 模獲取較好效果，并且與當(dāng)前的油氣勘探軟件能夠較好兼容或者搭配使用；
[0038] 第三、能夠產(chǎn)生疊前深度偏移結(jié)果作為質(zhì)量監(jiān)控，不產(chǎn)生多余的計(jì)算量。抽取角道 集的過程中可以直接進(jìn)行疊加生成偏移剖面，作為建模結(jié)果的QC，這個(gè)過程不產(chǎn)生多余的 計(jì)算量。
【附圖說明】
[0039] 圖1為發(fā)明的技術(shù)流程圖；
[0040] 圖2斷層模型的速度場；
[0041] 圖3模型多分量疊前數(shù)據(jù)；
[0042] 圖4模型初始速度場；
[0043] 圖5模型PP波和PS波初始角道集和層析角道集；
[0044] 圖6模型建模速度場；
[0045] 圖7模型中Distance = I. 5km處P波、S波真實(shí)速度、初始速度和建模速度的對(duì) 比圖；
[0046] 圖8多分量實(shí)際地震數(shù)據(jù)實(shí)例；
[0047] 圖9實(shí)例初始速度場；
[0048] 圖10實(shí)例PP波和PS波初始角道集和層析角道集；
[0049] 圖11實(shí)例建模速度場。
[0050] 附