本發(fā)明涉及地殼三維密度建模和油氣勘探，特別是指一種基于地震約束的地殼三維密度建模的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著海洋已經躍居為全球油氣的主要增長區(qū)，研究海域地殼結構確定油氣有利區(qū)可以為油氣勘探的突破起到巨大的推動作用，另外，海洋的形成是地球演化的重要產物，研究海洋地殼結構，有助于揭示地球演化的內部機制。

2、不同海洋地質單元往往具有顯著的密度差異，油氣成藏的特殊地質作用也會引起密度的變化，為根據(jù)重力資料開展海域地殼結構研究和油氣勘探提供了物性基礎；衛(wèi)星重力觀測技術提供了高覆蓋率的區(qū)域資料，且低頻成分精度高，在地殼尺度的研究上具有一定的優(yōu)勢；但由于位場的體積效應、縱向分辨率差以及地球物理反演問題的非唯一性等問題，限制了其在地殼尺度定量反演及直接確定油氣有利區(qū)方面的應用。

3、在重力三維反演中，二維地震剖面為反演提供了豐富的約束信息；但二維地震剖面因其稀疏性，難以適用于三維參考模型構建；現(xiàn)有方法僅是間接用于確定最佳的反演參數(shù)及在反演完成后對結果進行可靠性評價，這種方式并未充分發(fā)揮出地震資料的約束作用；如何將二維約束信息引入三維反演是提高反演結果可靠性的關鍵。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于地震約束的地殼三維密度建模的方法及系統(tǒng)，將二維約束信息引入三維反演提高反演結果可靠性。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：

3、第一方面，一種基于地震約束的地殼三維密度建模的方法，所述方法包括：

4、獲取研究區(qū)內二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型，構建主要密度層位的約束信息，其中所述主要密度層位的約束信息包括幾何約束信息和密度約束信息；

5、基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)所述幾何約束信息和密度約束信息對主要密度界面進行異常提取與深度反演，以得到主要密度界面的深度；

6、根據(jù)主要密度界面的深度和所述密度約束信息，建立符合先驗約束信息的三維密度參考模型和上下限約束模型；

7、基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)三維密度參考模型和上下限約束模型，采用正則化反演方法進行三維約束反演，構建地殼三維密度模型。

8、進一步的，獲取研究區(qū)內二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型，構建主要密度層位的約束信息，包括：

9、獲取研究區(qū)內的二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型；

10、對二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型的層位結構進行解釋，識別出主要界面，以得到沉積層與地殼之間的基底界面和地殼與地幔之間的莫霍面；

11、對基底界面和莫霍面的深度進行離散化和數(shù)字化，建立基底界面幾何約束信息和莫霍面幾何約束信息。

12、進一步的，獲取研究區(qū)內二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型，構建主要密度層位的約束信息，還包括：

13、根據(jù)二維折射地震速度模型，提取不同構造地區(qū)的沉積層、地殼和地幔的地震縱波速度信息；

14、根據(jù)速度與密度轉化關系，將地震縱波速度信息轉化為密度參數(shù)，建立不同地區(qū)沉積層、地殼和地幔的密度約束信息，所述密度約束信息包括最大值、最小值和平均值；

15、根據(jù)沉積層、地殼和地幔的密度約束信息，建立基底界面橫向變密度約束信息和莫霍面橫向變密度約束信息。

16、進一步的，基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)所述幾何約束信息和密度約束信息對主要密度界面進行異常提取與深度反演，以得到主要密度界面的深度，包括：

17、獲取衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)、海底測深數(shù)據(jù)、沉積厚度數(shù)據(jù)；

18、根據(jù)海底測深數(shù)據(jù)，將海水層剖分為一系列直立六面體，采用空間域方法進行正演，以得到海水改正值；

19、根據(jù)沉積厚度數(shù)據(jù)，將沉積層剖分為一系列直立六面體，基于壓實模型采用空間域方法進行正演以得到沉積層改正值，不同深度的密度為：

20、

21、其中，g0為莫霍面重力異常，ρz為深度為z處的沉積層密度，ρf為沉積物中流體的密度，ρg為巖石顆粒的密度，為初始孔隙度，c為孔隙度深度衰減系數(shù)；

22、根據(jù)海水改正值和沉積層改正值對衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)進行改正，得到地殼布格重力異常數(shù)據(jù)；

23、基于莫霍面幾何約束信息，對地殼布格重力異常數(shù)據(jù)進行位場分離，以得到莫霍面重力異常數(shù)據(jù)；

24、基于莫霍面幾何約束信息，使用線性回歸法，得到初始的莫霍面深度估計pmoho0；

25、根據(jù)莫霍面重力異常數(shù)據(jù)，以軟約束的方式引入莫霍面幾何約束信息，基于莫霍面橫向變密度約束信息，迭代計算得到莫霍面的深度，公式為：

26、pmohok＝pmohok-1+gmoho0-gmohok-12πgρmoho+δpmoho,

27、其中，gmoho0為莫霍面重力異常，gmohok-1為第k-1次莫霍面深度的正演重力響應，pmohok和pmohok-1分別為第k次和第k-1次迭代的結果，g為重力常數(shù)，ρmoho為莫霍面橫向變密度信息，δpmoho為第k次基于莫霍面幾何約束信息采用線性回歸得到的深度校正量。

28、進一步的，基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)所述幾何約束信息和密度約束信息對主要密度界面進行異常提取與深度反演，以得到主要密度界面的深度，還包括：

29、根據(jù)莫霍面的深度，進行正演，以得到莫霍面改正值；

30、根據(jù)衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)與海底測深數(shù)據(jù)，進行相關性分析，獲得海水校正最佳密度參數(shù)，并利用海底測深數(shù)據(jù)，將海水層剖分為一系列直立六面體，采用空間域方法正演計算得到海水改正值；

31、根據(jù)莫霍面改正值和海水改正值對衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)進行改正，獲得沉積層布格重力異常數(shù)據(jù)；

32、在基底界面幾何約束下，對沉積層布格重力異常數(shù)據(jù)采用小波變換的方法進行位場分離，以得到基底界面的重力異常數(shù)據(jù)；

33、根據(jù)基底界面幾何約束信息，采用二維插值法，得到初始的基底深度估計pbass0；

34、根據(jù)基底界面重力異常數(shù)據(jù)，以硬約束的方式引入基底界面深度約束信息，并基于基地界面橫向變密度約束信息，迭代計算得到基底界面的深度，公式為：

35、pbassk＝pbassk-1+jtj+μrtr-1atgbass0-gbassk-1-μrtrpbassk-1,

36、其中，pbassk和pbassk-1分別為第k次和第k-1次基底深度迭代的結果，j為雅可比矩陣，j＝2πgρbassi(其中i是單位矩陣)，ρbass為基底橫向變密度信息，g為重力常數(shù)，r為一階導數(shù)算子，控制深度解的光滑度；μ為正則化參數(shù)，控制模型項和數(shù)據(jù)擬合項的關系。

37、進一步的，根據(jù)主要密度界面的深度和所述密度約束信息，建立符合先驗約束信息的三維密度參考模型和上下限約束模型，包括：

38、根據(jù)海底測深數(shù)據(jù)、基底界面的深度和莫霍面的深度，將地下三維介質劃分為四個層位，建立三維幾何約束模型，所述四個層位包括海水層、沉積層、地殼、地幔；

39、在三維幾何約束模型中，加入四個層位分別對應的平均密度，構建三維密度參考模型；

40、在三維幾何約束模型中，加入四個層位分別對應的最大密度，構建三維密度上限模型；

41、在三維幾何約束模型中，加入四個層位分別對應的最小密度，構建三維密度下限模型。

42、進一步的，基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)三維密度參考模型和上下限約束模型，采用正則化反演方法進行三維約束反演，構建地殼三維密度模型，包括：

43、根據(jù)三維密度參考模型和三維密度上下限約束模型，采用迭代反演的方式擬合衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)，并通過設置不同擬合差和光滑度，以得到一系列三維密度反演結果，公式為：

44、

45、其中，a為靈敏度矩陣，d為衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)，m為三維密度反演結果，m0為三維密度參考模型，wd為數(shù)據(jù)權重矩陣；wm為模型權重矩陣；μ為正則化參數(shù)；采用對數(shù)障礙法對m的范圍進行約束：

46、

47、其中，mmax和mmin分別為三維密度上限模型和下限模型，λ為權重因子；

48、通過將三維密度反演結果與二維反射地震剖面進行相似度對比，以得到相似度比對結果，將相似度高的結果作為最終的三維密度反演結果；

49、使用三維可視化軟件，將最終的三維密度反演結果進行可視化，以得到三維密度模型。

50、第二方面，一種基于地震約束的地殼三維密度建模的系統(tǒng)，包括：

51、獲取模塊，用于獲取研究區(qū)內二維反射地震剖面和二維折射地震速度模型，構建主要密度層位的約束信息，其中所述主要密度層位的約束信息包括幾何約束信息和密度約束信息；

52、處理模塊，用于基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)所述幾何約束信息和密度約束信息對主要密度界面進行異常提取與深度反演，以得到主要密度界面的深度；根據(jù)主要密度界面的深度和所述密度約束信息，建立符合先驗約束信息的三維密度參考模型和上下限約束模型；基于衛(wèi)星重力異常，根據(jù)三維密度參考模型和上下限約束模型，采用正則化反演方法進行三維約束反演，構建地殼三維密度模型。

53、第三方面，一種計算設備，包括：

54、一個或多個處理器；

55、存儲系統(tǒng)，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)上述方法。

56、第四方面，一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質中存儲有程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1-7中任一項所述的方法

57、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果：

58、提出了將二維約束信息引入三維物性反演的方案，即：首先根據(jù)二維地震剖面結果構建幾何約束和物性約束信息，引入密度界面反演過程，以獲得符合先驗信息的密度界面反演結果；其次根據(jù)密度界面反演結果和物性約束信息構建三維密度參考模型和密度上下限模型，引入三維密度反演過程，以獲得符合先驗信息的地殼三維密度反演結果，提高了反演結果的可靠性。