一種利用局部同相軸斜率的全自動(dòng)立體層析反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣勘探開發(fā)中的地震成像與反演領(lǐng)域，具體涉及一種利用局部同相 軸斜率的全自動(dòng)立體層析反演方法，該技術(shù)的實(shí)施不需要進(jìn)行人工干預(yù)，且具有較高精度。
【背景技術(shù)】
[0002] 估計(jì)地下介質(zhì)的速度（尤其是其低波數(shù)部分，也稱宏觀速度）分布是地震勘探的 核心問(wèn)題之一，對(duì)地下構(gòu)造偏移成像、預(yù)測(cè)油氣儲(chǔ)層參數(shù)都依賴于一個(gè)準(zhǔn)確的速度模型。地 震層析成像技術(shù)具有較高的反演精度，是估計(jì)地下速度模型的重要方法，其中應(yīng)用最廣泛 的是反射層析成像。反射層析具有效率高、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，然而其需要在疊前地震道集上 拾取沿整個(gè)剖面連續(xù)分布的同相軸，這一操作十分耗時(shí)（特別是在三維情況下），且對(duì)于低 信噪比疊前地震數(shù)據(jù)而言幾乎是不可能完成的任務(wù)。另外一類在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的宏 觀速度估計(jì)技術(shù)是偏移速度分析（MVA)。該類技術(shù)將層析反演的原理與偏移成像生成的共 成像點(diǎn)道集（CIG)結(jié)合起來(lái)，降低了速度估計(jì)技術(shù)對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)信噪比的要求，具有較 高的實(shí)用價(jià)值。然而該類技術(shù)需要多次實(shí)施疊前深度偏移并人機(jī)交互拾取共成像點(diǎn)道集， 這使得該類技術(shù)在三維情況下十分低效，一定程度上降低了其實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種利用局部同相軸斜 率的全自動(dòng)立體層析反演方法，提高速度估計(jì)技術(shù)的精度與自動(dòng)化程度。利用局部同相軸 斜率來(lái)進(jìn)行層析速度反演避免了同相軸的連續(xù)拾取這一操作，理論上較反射層析更加適應(yīng) 于低信噪比疊前地震數(shù)據(jù)；同時(shí)，除反射地震走時(shí)外，將同相軸斜率用來(lái)約束地下速度模 型，緩解了反射層析成像的射線多路徑現(xiàn)象，具有更高的精度與反演穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明 屬于層析成像的范疇，只需要實(shí)施一次數(shù)據(jù)拾取操作，因此較偏移速度分析具有更高的計(jì) 算效率。另外，通過(guò)引入"同相軸斜率坐標(biāo)變換恒等式"這一質(zhì)量監(jiān)控條件，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 一種全自動(dòng)化的層析反演技術(shù)。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種利用局部同相軸斜率的全自動(dòng)立體層析反演方法，包括：
[0006] ⑴自動(dòng)化拾取同相軸斜率；
[0007] ⑵利用同相軸斜率坐標(biāo)變換恒等式進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，過(guò)濾拾取出數(shù)據(jù)點(diǎn) (s, R, Ps, Pr, t) pick ；
[0008] ⑶正則化立體層析方程的建立與求解。
[0009] 所述步驟（1)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 將疊前數(shù)據(jù)分選成共炮點(diǎn)道集、共檢波點(diǎn)道集和共偏移距道集，然后利用結(jié)構(gòu)張 量分析方法掃描得到這三個(gè)道集數(shù)據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)的最優(yōu)局部同相軸斜率，分別記作P R，Ps， Pm。
[0011] 所述步驟（2)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 所述同相軸斜率坐標(biāo)變換恒等式如下：
[0013] Ps+Pr = Pm
[0014] 如果同相軸斜率坐標(biāo)變換恒等式的誤差滿足預(yù)先給定的誤差范圍，則為有效拾 取，保存拾取得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)（s，R，P s，PR，t) Pldi ;
[0015] 所述誤差用絕對(duì)誤差ε i = PS+PR-PM或相對(duì)誤差ε 2 = (PS+PR-PM)/Pm表不。
[0016] 所述步驟（3)中的正則化立體層析方程如（7)式所示：
[0018] (7)式中，D是數(shù)據(jù)預(yù)條件矩陣，用來(lái)加權(quán)立體層析反演的不同量綱的數(shù)據(jù)空間分 量；
[0019] F為在mn處取值的Fr6chet導(dǎo)數(shù)矩陣，是一個(gè)NdataXNnrodel的矩陣，其中N data是立 體層析反演所用到的數(shù)據(jù)分量的維度；
[0020] I是一個(gè)與模型空間維度相同的單位陣
[0021] 心氣均為0到1之間的正實(shí)數(shù)，由用戶設(shè)定；
[0022] Dp D2分別是對(duì)B樣條基函數(shù)系數(shù)更新量在橫向和縱向上的一階差分算子；
[0023] 對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（s, r, psx, p", t);, Δ d是反演的數(shù)據(jù)殘差，Δ d(m) = d-f (m)，其中：
[0024] d = (S, R, Ps, PR, t) i = 1,2,..., ndata ⑶
[0025] m = [ (χ0, ζ0, Θ s, = ndata ；v (x, z) ] (4)
[0026] f表示立體層析的非線性正算子，即反射點(diǎn)分別至炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)方向的初值射線追 足示。
[0027] 所述步驟（3)是通過(guò)迭代完成的，具體如下：
[0028] 設(shè)第k次迭代的模型分量為mk，則第k+Ι次迭代的過(guò)程為：
[0029] (31)、利用模型分量mk正演計(jì)算數(shù)據(jù)分量f(mk)并建立所述正則化立體層析方 程；
[0030] (32)、求解正則化立體層析方程得到第k+Ι次迭代的模型更新量Amk+1 ;
[0031] (33)、進(jìn)行模型更新得到第k+1次迭代的模型分量mk+1 = mk+Amk+1 ;
[0032] (34)、若數(shù)據(jù)殘差滿足用戶自定義的閥值，則轉(zhuǎn)入步驟（35)，若不滿足，則返回步 驟（31)進(jìn)入下一次迭代；
[0033] (35)退出迭代，輸出最終的模型分量。
[0034] 所述步驟（34)中的數(shù)據(jù)殘差是正演計(jì)算的數(shù)據(jù)分量與拾取的數(shù)據(jù)分量的殘差的 二范數(shù)。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 第一，整個(gè)層析反演迭代過(guò)程全自動(dòng)化，不需要進(jìn)行人工干預(yù)，這提高了整個(gè)速度 估計(jì)過(guò)程的效率，減少了人工工作量，縮短了處理周期；
[0037] 第二，由于引入了同相軸斜率用來(lái)約束速度模型，反演得到的速度模型具有較高 的精度，滿足后續(xù)偏移成像的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1真實(shí)速度模型；
[0039] 圖2波動(dòng)方程有限差分正演的部分炮道集；
[0040] 圖3偏移距-2km的全自動(dòng)拾取結(jié)果貼合在共偏移距道集上；
[0041 ] 圖4給定的初始速度模型；
[0042] 圖5初始的反射點(diǎn)位置分布；
[0043] 圖6第6次迭代的速度模型；
[0044] 圖7第6次迭代的反射點(diǎn)位置分布；
[0045] 圖8第17次迭代的速度模型；
[0046] 圖9第17迭代的反射點(diǎn)位置分布。
[0047] 圖10以第17次迭代的速度模型作為輸入，實(shí)施高斯束疊前深度偏移得到的偏移 剖面；
[0048] 圖11以第17次迭代的速度模型作為輸入，實(shí)施高斯束疊前深度偏移得到的共成 像點(diǎn)道集；
[0049] 圖12圖11在橫坐標(biāo)為150左右的局部放大圖。
[0050] 圖13本方法的步驟框圖。
[0051] 圖14由s。到S1的透射過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0053] 本發(fā)明屬于線性化反演理論框架下的層析成像技術(shù)，其主要的技術(shù)內(nèi)容與流程 是：首先在共炮道集、共檢波點(diǎn)道集、共偏移距道集上利用結(jié)構(gòu)張量分析技術(shù)計(jì)算同相軸斜 率，依據(jù)這三個(gè)道集上"同相軸斜率坐標(biāo)變換恒等式"這一質(zhì)量監(jiān)控條件全自動(dòng)地過(guò)濾出滿 足要求的數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為反演的數(shù)據(jù)輸入；然后給定初始的模型參數(shù)，進(jìn)行射線追蹤正演并計(jì) 算層析方程，求解層析方程得到本次迭代的模型更新量；最后進(jìn)行模型更新并進(jìn)入下一次 迭代直至滿足預(yù)先給定的收斂要求。該過(guò)程完全自動(dòng)化，不要進(jìn)行額外的人工干預(yù)。
[0054] 如圖13所示，本發(fā)明的步驟如下：
[0055] ⑴同相軸斜率的自動(dòng)化拾取。
[0056] 將疊前數(shù)據(jù)分選成共炮點(diǎn)道集、共檢波點(diǎn)道集和共偏移距道集，利用結(jié)構(gòu)張量分 析技術(shù)掃描得到這三個(gè)道集數(shù)據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)的最優(yōu)局部同相軸斜率，分別記作P R，Ps，PM。
[0057] 針對(duì)地震同相軸局部斜率的估計(jì)，本發(fā)明采用局部結(jié)構(gòu)張量的計(jì)算方法（請(qǐng)參考 文獻(xiàn)：Lucas J. van Vliet and Piet ff. Verbeek. 1995, Estimators for Orie