一种利用局部同相轴斜率的全自动立体层析反演方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气勘探开发中的地震成像与反演领域，具体涉及一种利用局部同相 轴斜率的全自动立体层析反演方法，该技术的实施不需要进行人工干预，且具有较高精度。
【背景技术】
[0002] 估计地下介质的速度（尤其是其低波数部分，也称宏观速度）分布是地震勘探的 核心问题之一，对地下构造偏移成像、预测油气储层参数都依赖于一个准确的速度模型。地 震层析成像技术具有较高的反演精度，是估计地下速度模型的重要方法，其中应用最广泛 的是反射层析成像。反射层析具有效率高、容易实现等优点，然而其需要在叠前地震道集上 拾取沿整个剖面连续分布的同相轴，这一操作十分耗时（特别是在三维情况下），且对于低 信噪比叠前地震数据而言几乎是不可能完成的任务。另外一类在工业中得到广泛应用的宏 观速度估计技术是偏移速度分析（MVA)。该类技术将层析反演的原理与偏移成像生成的共 成像点道集（CIG)结合起来，降低了速度估计技术对叠前地震数据信噪比的要求，具有较 高的实用价值。然而该类技术需要多次实施叠前深度偏移并人机交互拾取共成像点道集， 这使得该类技术在三维情况下十分低效，一定程度上降低了其实用价值。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种利用局部同相轴斜 率的全自动立体层析反演方法，提高速度估计技术的精度与自动化程度。利用局部同相轴 斜率来进行层析速度反演避免了同相轴的连续拾取这一操作，理论上较反射层析更加适应 于低信噪比叠前地震数据；同时，除反射地震走时外，将同相轴斜率用来约束地下速度模 型，缓解了反射层析成像的射线多路径现象，具有更高的精度与反演稳定性。此外，本发明 属于层析成像的范畴，只需要实施一次数据拾取操作，因此较偏移速度分析具有更高的计 算效率。另外，通过引入"同相轴斜率坐标变换恒等式"这一质量监控条件，本发明实现了 一种全自动化的层析反演技术。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种利用局部同相轴斜率的全自动立体层析反演方法，包括：
[0006] ⑴自动化拾取同相轴斜率；
[0007] ⑵利用同相轴斜率坐标变换恒等式进行质量监控，过滤拾取出数据点 (s, R, Ps, Pr, t) pick ；
[0008] ⑶正则化立体层析方程的建立与求解。
[0009] 所述步骤（1)是这样实现的：
[0010] 将叠前数据分选成共炮点道集、共检波点道集和共偏移距道集，然后利用结构张 量分析方法扫描得到这三个道集数据每个采样点的最优局部同相轴斜率，分别记作P R，Ps， Pm。
[0011] 所述步骤（2)是这样实现的：
[0012] 所述同相轴斜率坐标变换恒等式如下：
[0013] Ps+Pr = Pm
[0014] 如果同相轴斜率坐标变换恒等式的误差满足预先给定的误差范围，则为有效拾 取，保存拾取得到的数据点（s，R，P s，PR，t) Pldi ;
[0015] 所述误差用绝对误差ε i = PS+PR-PM或相对误差ε 2 = (PS+PR-PM)/Pm表不。
[0016] 所述步骤（3)中的正则化立体层析方程如（7)式所示：
[0018] (7)式中，D是数据预条件矩阵，用来加权立体层析反演的不同量纲的数据空间分 量；
[0019] F为在mn处取值的Fr6chet导数矩阵，是一个NdataXNnrodel的矩阵，其中N data是立 体层析反演所用到的数据分量的维度；
[0020] I是一个与模型空间维度相同的单位阵
[0021] 心气均为0到1之间的正实数，由用户设定；
[0022] Dp D2分别是对B样条基函数系数更新量在横向和纵向上的一阶差分算子；
[0023] 对每个数据点（s, r, psx, p", t);, Δ d是反演的数据残差，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表示立体层析的非线性正算子，即反射点分别至炮点、检波点方向的初值射线追 足示。
[0027] 所述步骤（3)是通过迭代完成的，具体如下：
[0028] 设第k次迭代的模型分量为mk，则第k+Ι次迭代的过程为：
[0029] (31)、利用模型分量mk正演计算数据分量f(mk)并建立所述正则化立体层析方 程；
[0030] (32)、求解正则化立体层析方程得到第k+Ι次迭代的模型更新量Amk+1 ;
[0031] (33)、进行模型更新得到第k+1次迭代的模型分量mk+1 = mk+Amk+1 ;
[0032] (34)、若数据残差满足用户自定义的阀值，则转入步骤（35)，若不满足，则返回步 骤（31)进入下一次迭代；
[0033] (35)退出迭代，输出最终的模型分量。
[0034] 所述步骤（34)中的数据残差是正演计算的数据分量与拾取的数据分量的残差的 二范数。
[0035] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0036] 第一，整个层析反演迭代过程全自动化，不需要进行人工干预，这提高了整个速度 估计过程的效率，减少了人工工作量，缩短了处理周期；
[0037] 第二，由于引入了同相轴斜率用来约束速度模型，反演得到的速度模型具有较高 的精度，满足后续偏移成像的要求。
【附图说明】
[0038] 图1真实速度模型；
[0039] 图2波动方程有限差分正演的部分炮道集；
[0040] 图3偏移距-2km的全自动拾取结果贴合在共偏移距道集上；
[0041 ] 图4给定的初始速度模型；
[0042] 图5初始的反射点位置分布；
[0043] 图6第6次迭代的速度模型；
[0044] 图7第6次迭代的反射点位置分布；
[0045] 图8第17次迭代的速度模型；
[0046] 图9第17迭代的反射点位置分布。
[0047] 图10以第17次迭代的速度模型作为输入，实施高斯束叠前深度偏移得到的偏移 剖面；
[0048] 图11以第17次迭代的速度模型作为输入，实施高斯束叠前深度偏移得到的共成 像点道集；
[0049] 图12图11在横坐标为150左右的局部放大图。
[0050] 图13本方法的步骤框图。
[0051] 图14由s。到S1的透射过程。
【具体实施方式】
[0052] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0053] 本发明属于线性化反演理论框架下的层析成像技术，其主要的技术内容与流程 是：首先在共炮道集、共检波点道集、共偏移距道集上利用结构张量分析技术计算同相轴斜 率，依据这三个道集上"同相轴斜率坐标变换恒等式"这一质量监控条件全自动地过滤出满 足要求的数据点，作为反演的数据输入；然后给定初始的模型参数，进行射线追踪正演并计 算层析方程，求解层析方程得到本次迭代的模型更新量；最后进行模型更新并进入下一次 迭代直至满足预先给定的收敛要求。该过程完全自动化，不要进行额外的人工干预。
[0054] 如图13所示，本发明的步骤如下：
[0055] ⑴同相轴斜率的自动化拾取。
[0056] 将叠前数据分选成共炮点道集、共检波点道集和共偏移距道集，利用结构张量分 析技术扫描得到这三个道集数据每个采样点的最优局部同相轴斜率，分别记作P R，Ps，PM。
[0057] 针对地震同相轴局部斜率的估计，本发明采用局部结构张量的计算方法（请参考 文献：Lucas J. van Vliet and Piet ff. Verbeek. 1995, Estimators for Orie