基于球面波的疊前密度反演方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種基于球面波的疊前密度反演方法及裝置，其中，該方法包括：獲取入射角為單角度的地震資料，地震資料包括觀測地震資料和理論地震資料，地震資料包括低頻段的頻點；計算觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化；采用非?？焖倌M退火算法，對觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。該方案利用低頻頻變信息彌補了傳統(tǒng)疊前密度反演信息量不足的缺點，并利用球面波反射系數(shù)的頻變效應是彈性參數(shù)的客觀反映這一事實，使得基于低頻頻變信息的疊前密度反演只需要入射角為單角度的地震資料即可實現(xiàn)。
【專利說明】
基于球面波的疊前密度反演方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及石油、天然氣能源的地球物理勘探技術領域，特別設及一種基于球面 波的疊前密度反演方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 地震勘探領域中，密度是區(qū)分地下巖石物性的重要依據，并且通過密度和速度導 出的如泊松比、流體因子等物性參數(shù)也是地下儲層巖性、孔隙性和流體成分的重要指示工 具，對儲層表征和油藏開發(fā)與檢測等環(huán)節(jié)非常重要。但現(xiàn)階段的基于平面波理論的AV0 (AVA)反演方法，由于能夠利用的信息量有限，一般難W獲取獨立的密度估計，而多采用兩 參數(shù)禪合反演策略，如反演截距梯度和縱橫波阻抗等，并采用多種正則化方法W增強反演 的穩(wěn)定性和可靠性。此外，反演密度信息是基于平面波AVO(AVA)理論反演方法的瓶頸，基于 平面波AVO(AVA)理論反演方法一定要應用多個角度的地震資料，并且還要用到大角度地震 資料，然而，大角度地震資料的獲取和處理需要格外用屯、，稍有不慎，地震資料的質量就會 影響反演的效果。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明實施例提供了一種基于球面波的疊前密度反演方法，W解決現(xiàn)有技術中基 于平面波理論的AV0的密度參數(shù)反演方法一定要應用多個角度的地震資料、并且還要用到 大角度地震資料的技術問題。該方法包括:獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料 包括通過直接觀測獲取的觀測地震資料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包 括低頻段的頻點;計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波 反射系數(shù)，其中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化;采用非?？焖倌M 退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù) 進行頻率域的疊前密度反演。
[0004] 在一個實施例中，所述地震資料是入射角小于30度的地震資料，所述地震資料是 界面深度小于500米的地震資料。
[0005] 在一個實施例中，通過W下公式計算所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系 數(shù)：
[0006]
[0007]其中，
是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，
是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是Θ，Χ = cos(Θ )，ω是角頻率，Jo是零階貝塞爾函數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，zr是 接收點到界面的距離，日1是上層的縱波速度，02是下層的縱波速度，P1是上層的密度，化是下 層的密度，i是虛數(shù)單位。
[000引在一個實施例中，采用非常快速模擬退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反 射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演，包括:采用非 ?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面 波反射系數(shù)同時進行密度比和速度比反演。
[0009] 在一個實施例中，在采用非?？焖倌M退火尋優(yōu)方法，對所述球面波反射系數(shù)進 行頻率域的疊前密度反演之前，還包括：
[0010] 通過W下目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：
[0011]
[0012] 其中，F(xiàn)(m)表示所述觀測地震資料與所述理論地震資料的匹配程度，m表示同時進 行反演的彈性參數(shù)的集合，AVAoBS(Wn)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料中各個 頻點的球面波反射系數(shù)記錄，ΑνΑτΗΕθ(ωη)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻點的球 面波反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù)的變化 范圍的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有彈性參 數(shù)中變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。
[0013] 本發(fā)明實施例還提供了一種基于球面波的疊前密度反演裝置，W解決現(xiàn)有技術中 基于平面波理論反演方法一定要應用多個角度的地震資料、并且還要用到大角度地震資料 的技術問題。該裝置包括:獲取模塊，用于獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料 包括通過直接觀測獲取的觀測地震資料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包 括低頻段的頻點；計算模塊，用于計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地 震資料的球面波反射系數(shù)，其中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化;反 演模塊，用于采用非常快速模擬退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述 理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。
[0014] 在一個實施例中，所述地震資料是入射角小于30度的地震資料，所述地震資料是 界面深度小于500米的地震資料。
[0015] 在一個實施例中，所述計算模塊具體用于，通過W下公式計算所述理論地震資料 中各頻點的球面波反射系數(shù)：
[0016]
[0017] 其中，
是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，
是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是Θ，Χ = cos(Θ )，ω是角頻率，Jo是零階貝塞爾函數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，zr是 接收點到界面的距離，日1是上層的縱波速度，02是下層的縱波速度，P1是上層的密度，化是下 層的密度，i是虛數(shù)單位。
[0018] 在一個實施例中，所述反演模塊具體用于，采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀 測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)同時進行密度比和 速度比反演。
[0019] 在一個實施例中，還包括:反演確定模塊，用于在采用非?？焖倌M退火算法，對 所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域 的疊前密度反演之前，通過W下目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：
[0020]
[0021] 其中，F(xiàn)(m)表示所述觀測地震資料與所述理論地震資料的匹配程度，m表示同時進 行反演的彈性參數(shù)的集合，AVAoBS(Wn)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料中各個 頻點的球面波反射系數(shù)記錄，ΑνΑτΗΕθ(ωη)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻點的球 面波反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù)的變化 范圍的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有彈性參 數(shù)中變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。
[0022] 在本發(fā)明實施例中，通過獲取入射角為單角度的地震資料，該地震資料包括低頻 段的頻點，進而計算觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)， 即獲得了包括低頻段頻點的球面波反射系數(shù)，最后，采用非常快速模擬退火算法，對計算得 到的觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊 前密度反演，實現(xiàn)了基于低頻段頻點的球面波反射系數(shù)的疊前密度反演。由于球面波理論 能夠更精確地反映地下地震波的傳播規(guī)律，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化 而變化，即引入了低頻頻變信息，可W豐富反演過程中可采用的信息量，利用低頻頻變信息 彌補了傳統(tǒng)疊前密度反演信息量不足的缺點，并利用球面波反射系數(shù)的頻變效應（即隨角 頻率變化而變化)是彈性參數(shù)的客觀反映運一事實，使得基于低頻頻變信息的疊前密度反 演只需要入射角為單角度(小角度)的地震資料即可實現(xiàn)，且對入射角的角度大小并無特別 要求。同時，采用非常快速模擬退火尋優(yōu)方法進行反演，W求取準確的反演結果，減小反演 結果的不確定性。
【附圖說明】
[0023] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不 構成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0024] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于球面波的疊前密度反演方法的流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明實施例提供的一種兩層介質模型示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明實施例提供的一種平面波反射系數(shù)曲線的示意圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實施例提供的一種球面波反射系數(shù)曲線的示意圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明實施例提供的一種反演參數(shù)多次反演的結果示意圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明實施例提供的一種反演參數(shù)多次反演的目標函數(shù)收斂曲線示意圖；
[0030] 圖7是本發(fā)明實施例提供的一種基于球面波的疊前密度反演裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖，對 本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對本發(fā)明的限定。
[0032] 在油氣勘探程度日益提高的情況下，利用現(xiàn)有資料實現(xiàn)對已開發(fā)或即將開發(fā)的油 氣資源的最大化利用是地球物理方法需要解決的關鍵問題，解決運一問題需要更準確模擬 地下特征，更有針對性地選取方法和利用更多地下地震波提供的資源?，F(xiàn)有技術中基于平 面波理論的AV0(Amplitude化riation With Offset,振幅隨偏移距的變化）（非垂直入射 振幅關系，簡稱為AVA)反演方法，要應用多個角度的地震資料，并且還要用到大角度地震資 料。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在AVO(AVA)分析和反演領域，球面波理論較平面波理論具有兩個主 要優(yōu)勢，一:球面波反射系數(shù)可W準確描述近或超臨界角（大角度)處的反射波振幅和相位 信息;二:球面波反射系數(shù)在低頻段反射系數(shù)隨頻率變化的特征明顯?？紤]到球面波反射系 數(shù)隨頻率變化是彈性參數(shù)的客觀反映，并且對所用資料的角度沒有嚴格限制，避開了易受 動校正拉伸、調諧效應影響的大角度資料，發(fā)明人提出利用球面波反射系數(shù)的頻變特征進 行小角度資料頻率域彈性參數(shù)反演，具體的方法即上述基于球面波的疊前密度反演方法。
[0033] 在本發(fā)明實施例中，提供了一種基于球面波的疊前密度反演方法，如圖1所示，該 方法包括：
[0034] 步驟101:獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料包括通過直接觀測獲取 的觀測地震資料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包括低頻段的頻點；
[0035] 步驟102:計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面 波反射系數(shù)，其中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化；
[0036] 步驟103:采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和 所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。
[0037] 由圖1所示的流程可知，在本發(fā)明實施例中，通過獲取入射角為單角度的地震資 料，該地震資料包括低頻段的頻點，進而計算觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震 資料的球面波反射系數(shù)，即獲得了包括低頻段頻點的球面波反射系數(shù)，最后，采用非?？焖?模擬退火算法，對計算得到的觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反 射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演，實現(xiàn)了基于低頻段頻點的球面波反射系數(shù)的疊前密度 反演。由于球面波理論能夠更精確地反映地下地震波的傳播規(guī)律，低頻段的頻點的球面波 反射系數(shù)隨角頻率變化而變化，即引入了低頻頻變信息，可W豐富反演過程中可采用的信 息量，利用低頻頻變信息彌補了傳統(tǒng)疊前密度反演信息量不足的缺點，并利用球面波反射 系數(shù)的頻變效應(即隨角頻率變化而變化)是彈性參數(shù)的客觀反映運一事實，使得基于低頻 頻變信息的疊前密度反演只需要入射角為單角度(小角度)的地震資料即可實現(xiàn)，且對入射 角的角度大小并無特別要求。同時，采用非?？焖倌M退火尋優(yōu)方法進行反演，W求取準確 的反演結果，減小反演結果的不確定性。
[0038] 具體實施時，為了實現(xiàn)計算理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，在本實施 例中，通過W下公式計算所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)：
[0039]
(1)
[0040] 其中，(β))是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，
r是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是θ，χ = cos(Θ )，ω是角頻率，Jo是零階貝塞爾函數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，zr是 接收點到界面的距離，日1是上層的縱波速度，是下層的縱波速度，P1是上層的密度，化是下 層的密度，i是虛數(shù)單位。如圖2所示，我們假設界面深度已知并且激發(fā)點和接收點的位置已 知，對于兩均勻半空間聲學介質模型，接觸平面處的球面波反射系數(shù)的表達式如公式（1)所 示。為了方便后續(xù)分析，我們可W將球面波反射系數(shù)寫成入射角和角頻率的函數(shù)，如公式 (2)所示：
[0041 ]
C2)
[0042] 口是采用地震資料的入射角的角度，可W通過界面深度、接收點和激發(fā)點的位置 進行計算，ω是角頻率。p = P2/Pi是密度比，C是積分路徑

[0043] 顯然，球面波反射系數(shù)與上、下層的密度比和速度參數(shù)有關，并且從公式(2)中可 W看出，球面波反射系數(shù)具有隨角頻率變化而變化的特征。
[0044] 具體實施時，通過上述公式（1)或（2)計算得到理論地震資料的球面波反射系數(shù) 后，我們可W根據球面波反射系數(shù)的頻變特征反演上下介質的彈性參數(shù)，并且我們可W利 用的信息將極大豐富。圖3說明了運一問題，在圖3中示出的是傳統(tǒng)基于平面波反射系數(shù)AV0 (AVA)分析和反演所利用的信息點，可W看出平面波反射系數(shù)曲線隨入射角變化，利用平面 波反射系數(shù)發(fā)展出的AVO(AVA)分析和反演技術已經獲得了極大的成功，并在工業(yè)界廣泛應 用。而圖4是球面波反射系數(shù)隨角頻率和入射角變化的示意圖，可見，相同狀態(tài)下，傳統(tǒng)基于 平面波反射系數(shù)的AVO(AVA)方法利用了3個點的信息（如圖3所示，），而基于球面波反射系 數(shù)進行反演可W利用9個點的信息量(如圖4所示），即使利用某一入射角(6^我們還是可W利 用不同角頻率的信息獲取界面上、下兩側的彈性參數(shù)信息，基于球面波反射系數(shù)發(fā)展的反 演方法也將成為有力的工具。
[0045] 具體實施時，現(xiàn)階段利用球面波理論的反演均基于兩彈性/聲學介質，已知上層或 下層的某些參數(shù)，反演上下介質Ξ參數(shù)(縱橫波速度和密度）中未知的參數(shù)，還是沒有利用 低頻頻變信息，并且參數(shù)選擇隨意，未有理論和數(shù)據的支撐。在本申請本實施例中，可W根 據頻變球面波反射系數(shù)（即球面波反射系數(shù)隨角頻率變化)的表達式，先通過可行性分析確 定欲反演的彈性參數(shù)組合，并在反演之前給出反演關鍵參數(shù)的選取策略(例如，哪些參數(shù)和 密度同時進行反演可W減小反演結果的不確定性），最終實現(xiàn)有效的密度反演。例如，在采 用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的 球面波反射系數(shù)進行疊前密度反演之前，還包括：
[0046] 通過W下目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：
[0047]
(3)
[004引其中，F(xiàn)(m)表示所述觀測地震資料與所述理論地震資料的匹配程度，m表示同時進 行反演的彈性參數(shù)的集合，AVAoBS(Wn)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料中各個 頻點的球面波反射系數(shù)記錄，ΑνΑτΗΕθ(ωη)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻點的球 面波反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù)的變化 范圍的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有彈性參 數(shù)中變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。
[0049]具體的，采用的模型如圖2所示，在不同的選定頻率下，將利用公式（1)計算獲得的 理論地震資料的球面波反射系數(shù)與正演獲得的觀測地震資料的球面波反射系數(shù)進行匹配， 將每個頻點處的理論地震資料的球面波反射系數(shù)結果與觀測地震資料的球面波反射系數(shù) 的殘差的2范數(shù)作為目標函數(shù)，具體如公式(3)所示：
[(K)加]
C3)
[0051] 在子波已知的前提下，可W通過傅里葉變換獲得觀測地震資料中各個頻點的球面 波反射系數(shù)記錄AVAoBS(Wn)，利用公式（1)可m十算得到理論地震資料中各個頻點的球面 波反射系數(shù)記錄AVAtheo( ω η)。
[0052] 在確定目標函數(shù)后，可W先考察不同反演參數(shù)組合對目標函數(shù)的影響，運樣可W 確定一組反演結果不確定性最小的彈性參數(shù)組合，即反演最可靠的彈性參數(shù)組合。具體的 做法是對不同彈性參數(shù)組合的擾動試驗。m代表同時反演的彈性參數(shù)的集合，針對每一組觀 測地震數(shù)據來說應該有一組真解m與之對應，反演是通過匹配觀測地震數(shù)據和理論計算地 震數(shù)據W求取m'，如果m'使得F(m)達到極小值，m'即為對真解m的估計，即獲得了參數(shù)的反 演結果。但是不同的m'會產生不同的F(m)，如果F(m)的形態(tài)很平緩，平緩可W理解成當F(m) 小于某一小值3時，m'的可接受的變化范圍很大，反演方法很難獲得好的估計。因此，通過測 試不同彈性參數(shù)組合的m'的F(m)的形態(tài)來確定反演彈性參數(shù)組合。在一定范圍內擾動(m' = mtrue*(1 ± 20 % ))，代入公式（1)，計算理論地震資料的正演球面波反射系數(shù)記錄AVAtheo (ωη)，然后代入公式(3)中獲得目標函數(shù)值F(m)。
[0053] 例如，當我們擾動上、下層速度時，反演的目標函數(shù)是一個"峽谷"的特征，目標函 數(shù)的等值線呈條帶分布，說明組成目標函數(shù)的參數(shù)組合的線性相關程度比較高，在一定的 擾動范圍（例如，20%)內，未出現(xiàn)局部極小點。而且目標函數(shù)并沒有收斂成理想的圓或者是 楠圓，說明同時反演上、下層速度的不確定性很高，而運種不確定性是上、下層速度同時反 演產生的，因此，應采用上、下層速度比而非上、下層速度作為參數(shù)代表。而選取速度比和密 度比同時進行反演時，目標函數(shù)形態(tài)良好，目標函數(shù)逐漸收斂為楠圓，因此，在進行反演時， 應該采用速度比與密度比作為彈性參數(shù)組合同時進行反演，可W進一步減小反演結果的不 確定性。采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論 地震資料的球面波反射系數(shù)進行疊前密度反演，包括:采用非?？焖倌M退火算法，對所述 觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行密度比和速 度比同時反演。
[0054] 具體實施時，上述基于球面波的疊前密度反演方法基于頻率域匹配，因此需要選 擇一定頻點的數(shù)據進行反演，從原理上講，利用低頻頻變特征反演彈性參數(shù)，需要有足夠的 低頻成分，我們通過目標函數(shù)(上述公式(3)所示的目標函數(shù)）的形態(tài)也可W直觀的證實運 一點，如果選取15-40HZ頻點進行目標函數(shù)的繪制，可W觀察到目標函數(shù)的形態(tài)很差，極小 值點不收斂，呈發(fā)散狀;如果選取40化單頻進行目標函數(shù)的繪制，可W觀察到目標函數(shù)值幾 乎沒有變化，無法有效反應參數(shù)變化，也就無法進行參數(shù)反演，也證明了低頻信息對頻變反 演的重要性。加之，現(xiàn)階段低頻信息的重要意義被廣泛認知，地震采集的資料中低頻成分的 信息越來越多，質量越來越好，運都有利于利用低頻信息特征的反演方法的研究。
[0055] 然而球面波反演利用的球面波反射系數(shù)的計算比較復雜，耗時較多，如何正確的 選擇地震資料的頻率點作為輸入資料，使得反演更加穩(wěn)定也是值得研究的課題。鑒于低頻 重要并且需要一定的中高頻進行速度反演的控制，在本實施例中，上述地震資料包括低頻 段的頻點、中頻段的頻點W及高頻段的頻點，具體的，可W選取低頻段(低頻段頻點一般為 2-12化）2化采樣，中頻段（中頻段頻點一般為12-37HZ)甜Z采樣，高頻段(高頻段頻點一般為 37-87HZ) 10化采樣的策略，充分利用低頻信息，并合理抽稀中高頻信息，即采用[2 4 6 8 10 12 17 22 27 32 37 47 57 67 87化Z的頻點組合作為上述地震資料。
[0056] 具體實施時，在確定上述地震資料的頻點組合后，還可W對不同入射角的角度、界 面深度的反演目標函數(shù)進行分析。具體的，可W選擇不同入射角、采用相同頻率點代入公式 (3)的反演目標函數(shù)，例如，選擇界面深度為150m的一組頻率點，界面深度為500m的一組頻 率點，入射角為10度的一組頻率點，入射角為30度的一組頻率點，入射角為50度的一組頻率 點。根據各組頻率點對應的目標函數(shù)可W看出，入射角角度越大界面深度越淺，目標函數(shù)的 形態(tài)越好。其中，界面深度在150m，入射角角度為50度時，目標函數(shù)的極小值最為收斂，可見 界面深度較小時，入射角角度較大時反演效果會更好。由于球面波的頻變特征，可W選取小 到中角度的地震資料進行密度反演，且運些資料的信噪比高，有益于反演的進行，因此，對 于基于球面波的疊前密度反演方法，上述地震資料是入射角可W小于30度的地震資料，相 對于基于平面波反射系數(shù)的反演方法可W采用小于30度的地震資料，而基于平面波反射系 數(shù)的反演方法卻不能實現(xiàn)，上述地震資料是界面深度可W小于500米的地震資料。
[0057] 此外，為了比較平面波反射系數(shù)與球面波反射系數(shù)的差異，利用平面波反射系數(shù) 公式作為目標函數(shù)(公式3)的正演公式去計算ΑνΑτΗΕθ(ωη)，可W獲得界面深度h = 150m，入 射角角度為50度時的目標函數(shù)形態(tài)圖。根據目標函數(shù)形態(tài)圖可見，目標函數(shù)的最小值點與 模型的真實值之間是存在差異的，運說明平面波理論無法描述頻變現(xiàn)象，無法獲得良好的 反演效果(即目標函數(shù)最小值沒有收斂到真實值）。
[0058] 具體實施時，上述基于球面波的疊前密度反演方法采用非線性全局優(yōu)化反演算 法，發(fā)明人進行了多次試驗，驗證反演的可行性和準確性。具體的，本專利中采用的是非常 快速模擬退火(Very Fast Simulated Annealing,簡稱為VFSA)尋優(yōu)方法，首先輸入選定頻 點（即上述地震資料的各頻點）處的觀測球面波頻變反射系數(shù)AVAobs( ω η)作為觀測數(shù)據，并 給定任一組參數(shù)的初始值mo = (α2/α 1, Ρ)日e [mmin，nw ]，m*為參數(shù)的真實值，mmin和nw是參 數(shù)的上下限。設置數(shù)據匹配誤差限ε和最大迭代次數(shù)Umax,計算系統(tǒng)初始能量，即目標函數(shù)
巧于第i次迭代，利用隨機擾動算子Pi可W更新參 數(shù)為:ΠΗ=ΠΗ-1+Δπη且 nue [mmin，mmax]，Ami = PiX (mmax-nkin)，令ξΕ (0,1)為滿足均勻分布的 隨機數(shù)，貝lJPi = Tisigna-0.5)[(l+l/Ti)l2Wl-l]，然后合成新參數(shù)對應的頻變反射系數(shù)理 論計算資料AVAthe日（Wn，m〇)，更新系統(tǒng)能量
根據概率接受準則判斷是否接受本次更新的參數(shù)值，如果接受且Ei<{EkUin，k = 0，l，2， 3，--4-1，則將當前接受的參數(shù)更新值存入到最優(yōu)解111。。*記錄器中。如果61〉6且1<^。3、，則 降低系統(tǒng)溫度，繼續(xù)迭代；否則輸出記錄器中的最優(yōu)解mnpt即參數(shù)的估計。通過模擬自然界 金屬退火結晶的過程（即上述非?？焖倌M退火尋優(yōu)方法），采用的捜索方法更符合自然現(xiàn) 象，可W獲得全局最優(yōu)解，確保了密度和速度信息反演的穩(wěn)定性。并且可W通過輸入不同的 初始模型獲得多個反演結果，W進行反演結果不確定性分析，并證實了提出的基于球面波 低頻頻變信息的反演方法的準確性和可行性。
[0059] 具體的，W入射角為20度的地震資料為例時，可W得出基于球面波反射系數(shù)的非 常快速模擬退火算法多次反演的反演結果（如圖5所示）和目標函數(shù)的收斂情況(如圖6所 示）。多次實現(xiàn)是通過隨機更改非?？焖倌M退火算法最初給定的初始值來實現(xiàn)的。如圖5 所示，可知多次反演結果投影點集中在真實值投影點周圍，誤差(err)小于2%;如圖6所示， 可知目標函數(shù)的收斂曲線體現(xiàn)了反演收斂較快在2500次左右就可W達到收斂條件，收斂曲 線收斂快速正確，說明了反演的可行性和準確性。
[0060] 如果我們將反演結果投影到目標函數(shù)圖并將之放大顯示，可知目標函數(shù)收斂很 好，并且反演獲得的密度和速度的估計非常穩(wěn)定。使得可W利用單一角度地震數(shù)據反演獲 得了密度和速度的同時反演，運是傳統(tǒng)AVO(AVA)反演無法實現(xiàn)的，說明了利用傳統(tǒng)技術中 忽略的低頻頻變信息進行密度反演是可行的也是有效的。
[0061] 基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明實施例中還提供了一種基于球面波的疊前密度反演裝 置，如下面的實施例所述。由于基于球面波的疊前密度反演裝置解決問題的原理與基于球 面波的疊前密度反演方法相似，因此基于球面波的疊前密度反演裝置的實施可W參見基于 球面波的疊前密度反演方法的實施，重復之處不再寶述。W下所使用的，術語"單元"或者 "模塊"可W實現(xiàn)預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管W下實施例所描述的裝置較佳地 W軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構想的。
[0062] 圖7是本發(fā)明實施例的基于球面波的疊前密度反演裝置的一種結構框圖，如圖5所 示，包括:獲取模塊701、計算模塊702和反演模塊703，下面對該結構進行說明。
[0063] 獲取模塊701，用于獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料包括通過直接 觀測獲取的觀測地震資料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包括低頻段的頻 占.
[0064] 計算模塊702,用于計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資 料的球面波反射系數(shù)，其中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化；
[0065] 反演模塊703,用于采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反 射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。
[0066] 在一個實施例中，所述地震資料是入射角小于30度的地震資料，所述地震資料是 界面深度小于500米的地震資料。
[0067] 在一個實施例中，所述計算模塊具體用于，通過W下公式計算所述理論地震資料 中各頻點的球面波反射系數(shù)：
[006引
[0069] 其中，巧f (份）是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，
是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是θ，χ = 〇〇3(θ)，ω是角頻率，Jo是零階貝塞爾函數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，Zr是 接收點到界面的距離，日1是上層的縱波速度，日2是下層的縱波速度，P1是上層的密度，P2是下 層的密度，i是虛數(shù)單位。
[0070] 在一個實施例中，所述反演模塊具體用于，采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀 測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)同時進行密度比和 速度比反演。
[0071 ]在一個實施例中，還包括:反演確定模塊，用于在采用非?？焖倌M退火算法，對 所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域 的疊前密度反演之前，通過W下目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：
[0072]
[0073] 其中，其中，F(xiàn)(m)表示所述觀測地震資料與所述理論地震資料的匹配程度，m表示 同時進行反演的彈性參數(shù)的集合，AVAoBS(Wn)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料 中各個頻點的球面波反射系數(shù)記錄，ΑνΑτΗΕθ(ωη)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻 點的球面波反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù) 的變化范圍的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有 彈性參數(shù)中變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。
[0074] 在本發(fā)明實施例中，通過獲取入射角為單角度的地震資料，該地震資料包括低頻 段的頻點，進而計算觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)， 即獲得了包括低頻段頻點的球面波反射系數(shù)，最后，采用非常快速模擬退火算法，對計算得 到的觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊 前密度反演，實現(xiàn)了基于低頻段頻點的球面波反射系數(shù)的疊前密度反演。由于球面波理論 能夠更精確地反映地下地震波的傳播規(guī)律，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化 而變化，即引入了低頻頻變信息，可W豐富反演過程中可采用的信息量，利用低頻頻變信息 彌補了傳統(tǒng)疊前密度反演信息量不足的缺點，并利用球面波反射系數(shù)的頻變效應（即隨角 頻率變化而變化)是彈性參數(shù)的客觀反映運一事實，使得基于低頻頻變信息的疊前密度反 演只需要入射角為單角度(小角度)的地震資料即可實現(xiàn)，且對入射角的角度大小并無特別 要求。同時，采用非?？焖倌M退火尋優(yōu)方法進行反演，W求取準確的反演結果，減小反演 結果的不確定性。
[0075] 顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可W 用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可W集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置 所組成的網絡上，可選地，它們可W用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可W將它 們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可不同于此處的順序執(zhí) 行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個 模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。運樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬 件和軟件結合。
[0076] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明實施例可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的 任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于球面波的疊前密度反演方法，其特征在于，包括： 獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料包括通過直接觀測獲取的觀測地震資 料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包括低頻段的頻點； 計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)，其 中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化； 采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震 資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。2. 如權利要求1所述的基于球面波的疊前密度反演方法，其特征在于，所述地震資料是 入射角小于30度的地震資料，所述地震資料是界面深度小于500米的地震資料。3. 如權利要求1或2所述的基于球面波的疊前密度反演方法，其特征在于，通過以下公 式計算所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)： v 1其中，<(?)是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是9，x = cos(9)，ω是角頻率，JQ是零階貝塞爾函 數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，zr是接收點到界面的距離，〇1是上層的縱波速 度，α 2是下層的縱波速度，0:是上層的密度，仍是下層的密度，i是虛數(shù)單位。4. 如權利要求1或2所述的基于球面波的疊前密度反演方法，其特征在于，采用非常快 速模擬退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反 射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演，包括： 采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震 資料的球面波反射系數(shù)同時進行密度比和速度比反演。5. 如權利要求1或2所述的基于球面波的疊前密度反演方法，其特征在于，在采用非常 快速模擬退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波 反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演之前，還包括： 通過以下目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：兵甲，Km)衣不所還觀測地晨資科與所還埋論地震資料的匹配程度，m表示同時進行反 演的彈性參數(shù)的集合，AVAQBS(con)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料中各個頻點 的球面波反射系數(shù)記錄，AVA THEQ(con)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻點的球面波 反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù)的變化范圍 的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有彈性參數(shù)中 變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。6. -種基于球面波的疊前密度反演裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取入射角為單角度的地震資料，所述地震資料包括通過直接觀測獲 取的觀測地震資料和通過計算得到的理論地震資料，所述地震資料包括低頻段的頻點； 計算模塊，用于計算所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述理論地震資料的球面 波反射系數(shù)，其中，低頻段的頻點的球面波反射系數(shù)隨角頻率變化而變化； 反演模塊，用于采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù) 和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演。7. 如權利要求6所述的基于球面波的疊前密度反演裝置，其特征在于，所述地震資料是 入射角小于30度的地震資料，所述地震資料是界面深度小于500米的地震資料。8. 如權利要求6或7所述的基于球面波的疊前密度反演裝置，其特征在于，所述計算模 塊具體用于，通過以下公式計算所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)：其中，(ω)是所述理論地震資料中各頻點的球面波反射系數(shù)，是平面波反射系數(shù)，平面波對應的入射角是9，x = cos(9)，ω是角頻率，JQ是零階貝塞爾函 數(shù)，r是偏移距，h是激發(fā)源到反射平面的距離，zr是接收點到界面的距離，〇1是上層的縱波速 度，α 2是下層的縱波速度，0:是上層的密度，仍是下層的密度，i是虛數(shù)單位。9. 如權利要求6或7所述的基于球面波的疊前密度反演裝置，其特征在于，所述反演模 塊具體用于，采用非?？焖倌M退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反射系數(shù)和所述 理論地震資料的球面波反射系數(shù)同時進行密度比和速度比反演。10. 如權利要求6或7所述的基于球面波的疊前密度反演裝置，其特征在于，還包括： 反演確定模塊，用于在采用非常快速模擬退火算法，對所述觀測地震資料的球面波反 射系數(shù)和所述理論地震資料的球面波反射系數(shù)進行頻率域的疊前密度反演之前，通過以下 目標函數(shù)公式確定與密度同時進行反演的彈性參數(shù)：其中，F(xiàn)(m)表示所述觀測地震資料與所述理論地震資料的匹配程度，m表示同時進行反 演的彈性參數(shù)的集合，AVAQBS(con)是通過傅里葉變換獲得的所述觀測地震資料中各個頻點 的球面波反射系數(shù)記錄，AVA THEQ(con)是計算得到的所述理論地震資料中各個頻點的球面波 反射系數(shù)記錄，η是所選頻點的編號，使F(m)的數(shù)值小于預設小值3的彈性參數(shù)的變化范圍 的大小與反演結果的不確定性成正比，確定在F(m)小于預設小值3時，確定所有彈性參數(shù)中 變換范圍最小的彈性參數(shù)與密度同時進行反演。
【文檔編號】G01V1/30GK106066490SQ201610352799
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月25日 公開號201610352799.X, CN 106066490 A, CN 106066490A, CN 201610352799, CN-A-106066490, CN106066490 A, CN106066490A, CN201610352799, CN201610352799.X
【發(fā)明人】袁三一, 紀永禎, 閆彬鵬, 王尚旭
【申請人】中國石油大學(北京)