一种近地表层析速度分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震物理勘探领域，涉及地震数据处理中的速度分析，具体涉及一种 近地表层析速度分析方法。
【背景技术】
[0002] 地震速度建模方法主要有三类：常规叠加速度分析，基于道集分析类的偏移速度 建模方法，反演类的速度建模方法，三类方法经历了交叉发展，精度依次提高。层析成像作 为目前理论上精度相对较高的速度建模方法被广泛应用于速度建模工作当中。
[0003] 层析反演方法主要包括：射线层析和波动层析两大类。在传统的地震层析成像中， 射线理论一直扮演着重要的角色。射线理论流行的重要原因主要在于以下两个方面：（1) 计算机计算和存储能力的不足；（2)射线理论在地震成像方法中容易实现。但是，射线理论 是波动方程的一种高频近似。射线理论的适用要满足两个假设条件：首先，速度扰动体在相 当于地震波波长尺度上的变化要非常平滑，在这种情况下，是不存在散射的，也就是说相位 的扰动是与频率成线性关系并且地震子波不会发生畸变；另一方面，因为不存在散射，射线 是一条无限细的直线，只会覆盖速度场非常小的部分，且射线对经过的速度扰动体具有记 忆能力，因此无法根据观测到的旅行时扰动来确定速度扰动的位置，因此射线层析要求观 测系统必须提供足够的观测视角，这就要求大量的炮检点，而在实际中，并不能满足这个要 求，因此射线层析求解存在很大的不适定性。上述问题严重制约了射线层析反演的发展。
[0004] 为了解决层析反演存在的上述问题，上世纪80年代出现了波动方程层析成像方 法。波动方程层析不存在射线的高频假设，因此理论上应该有更高的反演精度。但是相对于 射线层析而言，波动方程层析中速度扰动与目标函数之间往往呈现非常强的非线性关系， 要求精度很高的初始速度模型，这就为初始速度建模以及迭代反演带来的很大的困难。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种近地表层析速度分析方法。
[0006] 本发明采用的技术方案是：一种近地表层析速度分析方法，其特征在于，该方法包 括如下步骤：
[0007] 1)针对叠前数据的初至旅行时的拾取，为反演提供准确的真实旅行时信息；
[0008] 2)对叠前数据进行初步处理得到大致反映地下介质速度分布的初始速度模型；
[0009] 3)对得到的初始速度模型进行最短路径射线追踪，求取相应的模型旅行时，并与 真实旅行时做差，得到旅行时残差，在此基础上根据筛选法确定第一菲涅尔带的范围；
[0010] 4)针对初始模型建立波动方程模拟波场，求取反映旅行时残差对介质扰动的敏感 核函数，所述敏感核函数为第一菲涅尔带限定的Frechet核函数；
[0011] 5)建立层析反演方程组；求解该层析反演方程组得到慢度更新量；根据得到的慢 度更新量对初始速度模型进行修改，得到第一次迭代的结果；
[0012] 6)重复上述步骤，直到获得满足精度要求的反映地下介质速度分布的真实速度 场，流程结束。
[0013] 进一步，在步骤1)中，在拾取初至旅行时之前，还包括输入叠前数据的步骤，所述 叠前数据包括观测系统数据，激发点数据，接收点高程。
[0014] 进一步，在步骤3)中，在进行最短路径射线追踪时要分别以炮点、检波点为激发点 计算正、反向旅行时。
【主权项】
1. 一种近地表层析速度分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 1) 针对叠前数据的初至旅行时的拾取，为反演提供准确的真实旅行时信息； 2) 对叠前数据进行初步处理得到大致反映地下介质速度分布的初始速度模型； 3) 对得到的初始速度模型进行最短路径射线追踪，求取相应的模型旅行时，并与真实 旅行时做差，得到旅行时残差，在此基础上根据筛选法确定第一菲涅尔带的范围； 4) 针对初始模型建立波动方程模拟波场，求取反映旅行时残差对介质扰动的敏感核函 数，所述敏感核函数为第一菲涅尔带限定的Frechet核函数； 5) 建立层析反演方程组；求解该层析反演方程组得到慢度更新量；根据得到的慢度更 新量对初始速度模型进行修改，得到第一次迭代的结果； 6) 重复上述步骤，直到获得满足精度要求的反映地下介质速度分布的真实速度场，流 程结束。
2. 根据权利要求1所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤1)中，在拾 取初至旅行时之前，还包括输入叠前数据的步骤，所述叠前数据包括观测系统数据，激发点 数据，接收点高程。
3. 根据权利要求2所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤3)中，在进 行最短路径射线追踪时要分别以炮点、检波点为激发点计算正、反向旅行时。
4. 根据权利要求3所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤3)中，所述 根据筛选法确定第一菲涅尔带的范围采用的公式是：
TSP代表震源S到介质任意一点P的旅行时，TKP代表由接收点R到P点的旅行时，TSK为 震源S到接收点R的最短旅行时，A为地震波主频对应的波长。
5. 根据权利要求4所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤4)中，所述 波动方程模拟波场为能准确模拟野外采集时采用的观测系统的频率域波动方程模拟波场。
6. 根据权利要求5所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤4)中，所述 第一菲涅尔带限定的Frechet核函数的具体表达式为：
其中〇为圆频率，Gc!为背景介质的格林函数，Im代表取虚部。
7. 根据权利要求5所述的近地表层析速度分析方法，其特征在于：在步骤5)中，求解 层析反演方程组时，选取LSQR方法来求解反演方程，并加入适当的正则化因子，使反演结 果更加稳定，加快收敛速度。
【专利摘要】本发明公开了一种近地表层析速度分析方法，包括针对叠前数据拾取初至旅行时，通过叠前处理得到反映地下介质速度分布的初始模型；对模型利用最短路径射线追踪方法获取模拟旅行时；对模型利用频率域波动方程进行波场模拟，求取反映介质对旅行时扰动的敏感核函数；建立相应的反演方程并求解，得到慢度更新量。本发明基于菲涅尔带的层析速度分析，解决了传统基于射线理论的层析速度分析存在的大型稀疏矩阵求解不稳定的问题，更加真实地刻画了地震波传播规律，具有地球物理意义明显，稳定性强，效率高，计算结果更加真实可靠的优点。
【IPC分类】G01V1-30
【公开号】CN104570106
【申请号】CN201310520479
【发明人】刘立平, 刘成斋, 韩站一, 单联瑜, 李振春, 邹奋勤, 王蓬
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月29日