專利名稱：利用同時(shí)和順序源方法進(jìn)行全波形反演的混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及地球物理勘探領(lǐng)域，更具體地涉及地球物理數(shù)據(jù)處理。具體地，本發(fā)明是得自多種地球物理源如震源的數(shù)據(jù)反演方法，包括地球物理模擬——在進(jìn)行一次模擬中計(jì)算來自多個(gè)同時(shí)活動(dòng)的地球物理源的數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
地球物理反演[1，2]嘗試找到最優(yōu)解釋觀測數(shù)據(jù)并滿足地質(zhì)和地球物理限制的地下性質(zhì)的模型。存在大量眾所周知的地球物理反演方法。這些眾所周知的方法屬于兩種類別即迭代反演和非迭代反演中的一種。以下是兩種類別中每一種的普遍意義的定義:非迭代反演——通過假設(shè)一些簡單的背景模型和基于輸入數(shù)據(jù)更新模型實(shí)現(xiàn)的反演。此方法不將更新模型用作反演另一步驟的輸入。對于地震數(shù)據(jù)的情況，這些方法常被稱為成象、偏移、繞射層析成象或博恩反演。迭代反演一涉及重復(fù)改進(jìn)地下性質(zhì)模型從而建立理想地解釋觀測數(shù)據(jù)的模型的反演。如果反演收斂，則最終模型將更好地解釋觀測數(shù)據(jù)并將更緊密地接近實(shí)際的地下性質(zhì)。迭代反演通常生成比非迭代反演更準(zhǔn)確的模型，然而計(jì)算起來昂貴得多。迭代反演總體上相對于非迭代反演是優(yōu)選的，因?yàn)槠渖筛鼫?zhǔn)確的地下參數(shù)模型。不幸地，迭代反演的計(jì)算費(fèi)用如此昂貴，以致于將其應(yīng)用于多種感興趣的問題是不切實(shí)際的。這種高計(jì)算成本是源于所有反演技術(shù)均需要多個(gè)計(jì)算密集型模擬的事實(shí)。任何單獨(dú)模擬的計(jì)算時(shí)間與所要反演的源數(shù)成比例，并且地球物理數(shù)據(jù)一般存在大量源，在此前述使用的術(shù)語源是指源設(shè)備的激活位置。迭代反演的問題加劇，因?yàn)楸仨氂?jì)算的模擬數(shù)與反演的迭代數(shù)成比例，并且所需迭代數(shù)一般屬于成百上千的級別。用于地球物理學(xué)的最常用迭代反演方法是成本函數(shù)優(yōu)化。成本函數(shù)優(yōu)化包括成本函數(shù)S (M)的數(shù)值相對于模型M的迭代最小化或最大化，該成本函數(shù)S (M)是計(jì)算數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)之間錯(cuò)配度的度量(其有時(shí)也被稱為目標(biāo)函數(shù))，其中計(jì)算數(shù)據(jù)是通過計(jì)算機(jī)使用當(dāng)前地球物理性質(zhì)模型和源信號在由給定的地球物理性質(zhì)模型表示的介質(zhì)中的物理學(xué)支配傳播(physics governing propagation)來模擬的。模擬計(jì)算可通過幾種數(shù)值方法中任一種完成，該數(shù)值方法包括但不限于有限差分、有限元或射線追蹤。模擬計(jì)算可在頻率域或時(shí)間域中進(jìn)行。成本函數(shù)優(yōu)化方法是局部或全局的[3]。全局方法簡單地包括計(jì)算模型群體{M1;M2, M3, -}的成本函數(shù)S (M)和從大約最小化S (M)的群體選擇具有一個(gè)或多個(gè)模型的組。如需進(jìn)一步改進(jìn)，則此新選定的模型組可被用作生成新模型群體的基礎(chǔ)，該新模型群體可關(guān)于成本函數(shù)S(M)再次進(jìn)行測試。對于全局方法，測試群體中的各模型可被認(rèn)為是迭代，或在較高水平上各組所測群體可被認(rèn)為是迭代。公知的全局反演方法包括蒙特卡羅(MonteCar Ιο)、模擬退火、遺傳和進(jìn)化算法。不幸地，全局優(yōu)化方法一般收斂極其緩慢，因此大多數(shù)地球物理反演是基于局部
成本函數(shù)優(yōu)化。算法I概括了局部成本函數(shù)優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.計(jì)算機(jī)執(zhí)行的測量地球物理數(shù)據(jù)的全波場反演方法，從而確定地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述方法包括: 通過同時(shí)編碼源和/或接收器反演利用計(jì)算機(jī)反演從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至淺層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第一物理性質(zhì)模型； 通過迭代順序源反演利用計(jì)算機(jī)反演所述測量地球物理數(shù)據(jù)、或反演從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至深層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第二物理性質(zhì)模型，其中所述第一物理性質(zhì)模型被用作起始模型，并且源位置組被用于更新所述迭代順序源反演中的所述第二物理性質(zhì)模型；和 將所述地下區(qū)域的所述第二物理性質(zhì)模型輸出、顯示或保存至數(shù)據(jù)存儲器。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述淺層時(shí)窗由比最快傳播模式在最長炮檢距的波至?xí)r間小的波至?xí)r間組成，其中炮檢距是源-接收器間距。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中多少源位置用于更新所述迭代順序源反演中的所述第二物理性質(zhì)模型至少部分基于所述第二物理性質(zhì)模型的空間波長和所述測量地球物理數(shù)據(jù)中的最大可用炮檢距確定。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中用于更新所述迭代順序源反演中的所述第二物理性質(zhì)模型的所述源位置組由比所述測量地球物理數(shù)據(jù)中所表示的或者所述同時(shí)編碼源和/或接收器反演中所用的少的源位置組成。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中: 利用源-接收器互易性從正炮檢距數(shù)據(jù)加載所述選定波至淺層時(shí)窗中的負(fù)炮檢距漏測數(shù)據(jù)；和 以估計(jì)值提供所述選定的波至淺層時(shí)窗中的漏測近炮檢距數(shù)據(jù)，或可選地，不將對于一些源炮點(diǎn)為近炮檢距的接收器考慮在所述方法中。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中在考察中利用非固定接收器得到所述測量地球物理數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述同時(shí)編碼源和/或接收器反演中利用迭代反演，其中所述源和或接收器用選定編碼函數(shù)組編碼，并且其中不同的編碼函數(shù)組被選擇用于所述迭代中的至少一個(gè)。
8.計(jì)算機(jī)執(zhí)行的測量地球物理數(shù)據(jù)的全波場反演方法，從而確定地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述方法包括: 通過同時(shí)編碼源和/或接收器反演利用計(jì)算機(jī)反演從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至淺層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第一物理性質(zhì)模型； 利用計(jì)算機(jī)、利用所述第一物理性質(zhì)模型模擬與來自比所述淺層時(shí)窗更深處的波至相應(yīng)的較長炮檢距的合成數(shù)據(jù)； 利用計(jì)算機(jī)反演所述測量地球物理數(shù)據(jù)，其中所述較長炮檢距的數(shù)據(jù)增加，所述反演為同時(shí)編碼源和/或編碼接收器反演，從而得到所述地下區(qū)域的第二物理性質(zhì)模型，其中所述較長炮檢距的增加數(shù)據(jù)是所述較長炮檢距的合成數(shù)據(jù)和所述較長炮檢距處的測量數(shù)據(jù)的總和；和 將所述地下區(qū)域的所述第二物理性質(zhì)模型輸出、顯示或保存至數(shù)據(jù)存儲器。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中在考察中利用非固定接收器得到所述測量地球物理數(shù)據(jù)。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中: 所有同時(shí)編碼源反演均是迭代的， 所述源利用選定編碼函數(shù)組編碼，和 不同編碼函數(shù)組被選擇用于所述迭代中至少一個(gè)。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述測量的地球物理數(shù)據(jù)是地震數(shù)據(jù)。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述同時(shí)編碼源和/或接收器反演包括: (a)得到所述淺層時(shí)窗的所述測量地球物理數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合小組，其中每個(gè)集合關(guān)聯(lián)于單個(gè)廣義源或單個(gè)接收器，并且其中每個(gè)集合用不同的編碼特征編碼，所述編碼特征選自非等同的編碼特征組； (b)如果使用接收器集合，通過加和相應(yīng)于單個(gè)接收器或單個(gè)源的每個(gè)集合中的所有數(shù)據(jù)記錄，加和所述小組中的所述編碼集合，并對于每個(gè)不同的接收器或源進(jìn)行重復(fù)，產(chǎn)生同時(shí)編碼集合； (c)假設(shè)所述地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述假設(shè)模型提供所述地下區(qū)域中的位置的至少一個(gè)物理性質(zhì)數(shù)值； (d)計(jì)算所述假設(shè)物理性質(zhì)模型的更新，所述更新與步驟(b)的所述同時(shí)編碼集合更加一致，所述計(jì)算包括一個(gè)或多個(gè)編碼同時(shí)源正向或逆向模擬操作，所述編碼同時(shí)源正向或逆向模擬操作利用所述假設(shè)物理性質(zhì)模型和編碼源特征，所述編碼源特征利用與用于編碼測量數(shù)據(jù)的相應(yīng)集合相同的編碼函數(shù)，其中整個(gè)同時(shí)編碼集合在單個(gè)模擬操作中被模擬； Ce)利用所述由前述步驟(d)的迭代更新的物理性質(zhì)模型作為所述假設(shè)模型重復(fù)步驟(d)至少再一個(gè)迭代，生成所述地下區(qū)域的進(jìn)一步更新的物理性質(zhì)模型，所述進(jìn)一步更新的物理性質(zhì)模型與測量數(shù)據(jù)的相應(yīng)同時(shí)編碼集合更加一致，其對于源特征利用與形成測量數(shù)據(jù)的所述相應(yīng)同時(shí)編碼集合所用的編碼特征相同的編碼特征；和 (f)將所述進(jìn)一步更新的物理性質(zhì)模型當(dāng)作所述第一物理性質(zhì)模型。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述同時(shí)編碼源和/或接收器反演包括: Ca)由所述淺層時(shí)窗得到所述測量地球物理數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合小組，其中將每個(gè)集合關(guān)聯(lián)于單個(gè)廣義源或單個(gè)接收器，并且其中每個(gè)集合被不同的編碼函數(shù)編碼，所述不同的編碼函數(shù)選自非等同的編碼函數(shù)組； (b)如果使用接收器集合，通過加和相應(yīng)于單個(gè)接收器或單個(gè)源的每個(gè)集合中的所有數(shù)據(jù)記錄，加和所述小組中的所述編碼集合；并對于每個(gè)不同的接收器或源進(jìn)行重復(fù)，產(chǎn)生同時(shí)編碼集合； (c)假設(shè)所述地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述模型提供所述地下區(qū)域中的位置的至少一個(gè)物理性質(zhì)數(shù)值； (d)反演所述兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合的小組，一次一個(gè)編碼集合，每個(gè)編碼集合中的所有數(shù)據(jù)道被同時(shí)反演，其利用所述假設(shè)物理性質(zhì)模型作為初始模型并迭代更新所述模型以最小化模型模擬數(shù)據(jù)與所述編碼集合中的所述測量地球物理數(shù)據(jù)之間的成本函數(shù)錯(cuò)配度的測量度，從而生成更新的物理性質(zhì)模型，其中利用所述成本函數(shù)關(guān)于至少一個(gè)模型參數(shù)的梯度進(jìn)行模型調(diào)整，所述梯度由時(shí)間上正向模擬的編碼同時(shí)源數(shù)據(jù)與時(shí)間上反向模擬的編碼同時(shí)源數(shù)據(jù)的乘積的時(shí)間積分計(jì)算；和(e)將所述更新的物理性質(zhì)模型作為所述第一物理性質(zhì)模型。
14.權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括如步驟(a)得到所述測量地球物理數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合的至少一個(gè)另外的小組，并對每一個(gè)另外的小組進(jìn)行步驟(b)，然后積累對來自步驟(d)的所述物理性質(zhì)模型的相應(yīng)的更新，其中將用于步驟(e)的所述更新的物理性質(zhì)模型是基于所述積累的更新。
15.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述測量數(shù)據(jù)的編碼集合通過暫時(shí)褶積來自集合的所有道被編碼，其中所述編碼特征是針對所述集合而選擇的。
16.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述測量數(shù)據(jù)的編碼集合通過暫時(shí)褶積來自集合的所有道被編碼，其中所述編碼函數(shù)是針對所述集合而選擇的。
17.權(quán)利要求12所述的方法，其中所述測量數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合通過從地球物理考察得到數(shù)據(jù)集合而得到，在所述地球物理考察中數(shù)據(jù)得自多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的、獨(dú)特編碼的源裝置。
18.權(quán)利要求13所述的方法，其中所述測量數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多個(gè)編碼集合通過從地球物理考察得到數(shù)據(jù)集合而得到，在所述地球物理考察中數(shù)據(jù)得自多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的、獨(dú)特編碼的源裝置。
19.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中包含計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于執(zhí)行以實(shí)施測量地球物理數(shù)據(jù)的全波場反演方法，以確定地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述方法包括: 通過同時(shí)編碼源和/或接收器反演，反演從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至淺層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第一物理性質(zhì)模型； 通過迭代順序源反演，反演所述測量地球物理數(shù)據(jù)、或從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至深層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第二物理性質(zhì)模型，其中所述第一物理性質(zhì)模型被用作起始模型，并且源位置組被用于更新所述迭代順序源反演中的所述第二物理性質(zhì)模型；和 將所述地下區(qū)域的所述第二物理性質(zhì)模型輸出、顯示或保存至數(shù)據(jù)存儲器。
20.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)中包含計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于執(zhí)行以實(shí)施測量地球物理數(shù)據(jù)的全波場反演方法，以確定地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，所述方法包括: 通過同時(shí)編碼源和/或接收器反演，反演從所述測量地球物理數(shù)據(jù)選定的波至淺層時(shí)窗，從而得到所述地下區(qū)域的第一物理性質(zhì)模型； 利用所述第一物理性質(zhì)模型模擬與來自比所述淺層時(shí)窗更深處的波至相應(yīng)的更長炮檢距的合成數(shù)據(jù)； 反演所述測量地球物理數(shù)據(jù)，其中所述較長炮檢距的數(shù)據(jù)增加，所述反演為同時(shí)編碼源和/或編碼接收器反演，從而得到所述地下區(qū)域的第二物理性質(zhì)模型，其中所述較長炮檢距的增加數(shù)據(jù)是所述較長炮檢距的合成數(shù)據(jù)和所述較長炮檢距處的測量數(shù)據(jù)的總和；和 將所述地下區(qū)域的所述第二物理性質(zhì)模型輸出、顯示或保存至數(shù)據(jù)存儲器。
21.從地下區(qū)域產(chǎn)烴的方法，包括: 進(jìn)行所述地下區(qū)域的地球物理考察，生成測量地球物理數(shù)據(jù)； 通過權(quán)利要求1或權(quán)利要求8所述的方法在計(jì)算機(jī)中處理所述測量地球物理數(shù)據(jù)，生成所述地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型； 利用所述物理性質(zhì)模型評估所述地下區(qū)域的烴潛力；和 至少部分基于 所述烴潛力評估在所述地下區(qū)域中鉆井，并從所述井產(chǎn)烴。
全文摘要
源(或接收器)編碼地球物理數(shù)據(jù)集合的同時(shí)全波場反演方法，以確定地下區(qū)域的物理性質(zhì)模型，特別適于在數(shù)據(jù)采集中不滿足固定接收器幾何條件的考察。首先，通過同時(shí)編碼(203)源反演(205)來反演滿足固定接收器條件的數(shù)據(jù)淺層時(shí)窗(202)。然后，利用來自淺層時(shí)窗(206)的物理性質(zhì)模型作為起始模型(207)，通過稀疏順序源反演(209)來反演數(shù)據(jù)的較深時(shí)窗(208)?？蛇x地，利用淺層時(shí)窗模型模擬漏測遠(yuǎn)炮檢距數(shù)據(jù)(211)，生成滿足固定接收器假設(shè)的數(shù)據(jù)組，然后將該數(shù)據(jù)組進(jìn)行源編碼(212)和通過同時(shí)源反演(214)進(jìn)行反演。
文檔編號G01V1/40GK103119472SQ201180046048
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者P·S·如斯, J·R·克雷布斯, C·曼科庫維斯, S·拉扎阮特斯, S·李 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>