一种反演框架下的地震多波建模方法
【技术领域】。
[0001] 本发明属于油气勘探地震数据处理方法领域，具体是一种适用于多波多分量地震 数据用于实现多波速度建模的方法。 现有技术。
[0002] 近年来，我国部分老油区勘探开发难度日益增大，勘探目标逐渐转向裂缝油气藏 和岩性油气藏等，与常规纵波勘探寻找构造油气藏相比，这对地震处理和解释精度提出了 更高的要求。常规地震勘探在处理多波多分量地震数据时，往往将垂直分量当作纵波进行 处理，将水平分量当作转换横波进行类似于纵波的处理，实现速度建模的时候一般先反演 纵波，然后再反演横波，整个过程中并没有考虑地震波的弹性矢量波特征，并且其处理效果 在很大程度上依赖于波场分离的精度，如果不同波型的能量未完全分离，残余的非本型波 能量会在成像结果中产生大量噪声串扰，继而严重影响层析反演效果。实际上，地球介质是 一种非均匀，非完全弹性、各向异性、多相态的介质，其中传播的地震波是一种弹性波，纵横 波是耦合在一起的，基于声波假设的数据处理方法对多波多分量数据并不适用，如果不从 本质上改变地震数据处理方法，很难取得比较重大的油气突破。
[0003] 叠前深度偏移是目前多波多分量地震高精度成像的关键技术，其成败很大程度上 取决于速度建模的精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种在地震反演框架下，根据深 度偏移对速度的强敏感性，利用角道集剩余曲率与多波灵敏度矩阵之间的关系建立反演方 程，即将角道集剩余曲率沿着一系列射线轨迹转化为纵横波的慢度更新量以进行速度迭代 建模的过程，并综合了高斯束多波偏移的灵活性和高效性以及射线层析建模的高精度，采 用偏移和建模交替迭代的方式进行，兼具高计算效率和反演精度，使其可以作为老油区多 波勘探实际生产的反演框架下的地震多波建模方法。
[0005] 本发明的技术方案
[0006] 本发明基于反演框架的地震多波建模方法的主要思路是：利用多波高斯束叠前深 度偏移提取角道集，利用自动拟合方法获取剩余曲率，将一系列角道集剩余曲率沿着射线 追踪路径反投影得到纵横波剩余慢度，以偏移和建模迭代的方式实现反演更新。其中：
[0007] (1)反演框架下地震多波建模方程
[0008] 由于速度不准确产生的小界面扰动会使多波射线传播路径发生改变，从而产生射 线走时差，根据其中的几何关系可以推导得到加入正则化约束的反演框架下多波建模方 程。速度建模之前需要确定两个待求量：灵敏度矩阵和角道集剩余曲率。其中，灵敏度矩阵 是通过在纵横波速度场中进行射线追踪获得的，其矩阵元素代表射线在网格内的射线路径 长度；角道集剩余曲率可以通过自动拟合方法获取。
[0009] (2)灵敏度矩阵的求取
[0010] 采用改进的常速度梯度法射线追踪分别在纵横波场中进行灵敏度矩阵的求取。与 常规射线层析不同的是，本发明在纵横波速度场中进行射线追踪不需要求取多波射线走 时，仅仅需要记录网格内的射线路径，优势在于可以根据建模的精度要求选取固定步长，避 免了直接求解射线追踪方程中的一元二次方程，提高了计算效率和灵活性。
[0011] (3)角道集剩余曲率的拾取
[0012] 角道集剩余曲率的拾取有两种方法：一种是手动拾取，可以根据处理人员的经验 进行拾取，具有较高的拾取精度，但是工作量大；另一种是自动拾取，大多数拾取精度低，但 是简单快速，易于应用到工业生产中。本发明采用自动拟合法求取角道集剩余曲率，首先利 用互相关法自动获取至少三个控制点的拟合Y (偏移深度与真实深度的比值），然后代入 深度剩余量方程可以求取角道集剩余曲率。该方法的优势是：不受网格精度的限制，利用角 道集随Y的函数关系拾取角道集，不会出现不同角度对应同一偏移深度的情况，并且拾取 过程可以加入部分修改功能，具有较高的拾取精度。
[0013] 本发明基于上述技术路线而提出的技术方案是：
[0014] 一种反演框架下的地震多波建模方法，包括：
[0015] 1)输入叠前处理后的多分量地震数据，通过多波时域叠加速度分析获取初始的纵 横波均方根速度并利用DiX公式转换为层速度；
[0016] 2)选取适定的角度范围，根据建模的精度要求确定固定步长进行射线追踪以获得 纵横波灵敏度矩阵；同时，通过弹性多波高斯束偏移抽取PP波和PS波角道集，利用自动拟 合方法拾取角道集剩余曲率；
[0017] 3)构建加入正则化的约束最小二乘多波建模方程，求解建模方程以获取纵波和横 波慢度更新量；
[0018] 4)速度建模的迭代终止条件为：纵波和转换波成像深度一致、角道集剩余曲率为 零，若满足建模要求则终止循环，否则返回继续进行迭代更新。
[0019] 上述技术方案进一步细化方案包括：
[0020] 1)输入数据为经过预处理的多波Z、X分量，通过拾取P波和PS波叠加速度谱的 聚焦能量获得初始的均方根速度，利用Dix公式转换为初始的纵横波层速度，其中Dix公式 为：
[0021]
( D
[0022] 式中V1为第i层的层速度，VRil为第1到第i层的均方根速度，^ i为第1到第i 层的自激自收时间；
[0023] 2)在弹性多波高斯束偏移抽取PP波和PS波角道集，利用自动拟合方法拾取角道 集剩余曲率：选取深度窗，确定零角度偏移深度z。，利用互相关方法求取M(M> 3)个控制点 的偏移深度zal (i = 1，M)，根据角道集角度β i与其对应的偏移深度Zal应用式（2)求取拟 合Y，代入公式⑶求得拟合的剩余曲率Δz :
[0024]
(2) CN 105093281 A 说明干ι 3/6 页
[0025]
(3)
[0026] 选取适定的角度范围（一般为-30°~30°，最大可选取-40°~40° )，根据建 模的精度要求确定固定步长，利用常速度梯度法射线追踪以获得纵横波速度场中每个网格 内的射线路径即为灵敏度矩阵，求取公式为：
(4) (5)
[0029] 式中，1为网格内的射线路径长度，dl为射线步长，Ip I2分别为网格内射线段起 始和终止路径长度；n(l)为当前射线方向向量，η。是初始射线方向向量，V。为射线路径上的 局部速度，λ为速度梯度。
[0030] 3)构建加入正则化约束的弹性多波建模方程，利用LSQR法求解建模方程可以获 取纵波和横波慢度更新量，加入正则化约束的最小二乘建模方程为：
[0031]
C6)
[0032] 式中，L(Sp)和L(Ss)分别为P波和S波误差泛函，A p和As分别为P波和S波灵敏 度矩阵，代表射线在P波和S波速度场网格中的路径长度；Λ Sp和Λ Ss为待反演的P波和 S波慢度更新量，Λ Ζρρ和Λ Zps分别为PP波和PS波角道集剩余曲率，Sp为成像点处的P波 慢度值，ct为反射层倾角，β为P波入射角，Θ为S波反射角，μ为正则化因子，Γ为正 则化矩阵。
[0033] 4)速度建模的迭代终止条件为：纵波和转换波成像深度一致和角道集剩余曲率 为零，若满足建模要求则终止循环，否则返回继续进行迭代更新。
[0034] 发明的效果。
[0035] 反演框架下的地震多波建模方法，其技术优势主要表现在以下几个方面：
[0036] 第一、技术效果的可靠性。该方法从理论上充分考虑了地震波的弹性矢量特性，综 合了高斯束多波叠前偏移的灵活性和高效性以及层析建模的高精度，能够获得较为精确的 建模效果；
[0037] 第二、对输入的初始速度要求较低，与当前油气勘探软件兼容性好。仅仅利用时域 叠加速度分析获得的时间域速度转化为深度域速度作为初始速度输入，既能够进行迭代建 模获取较好效果，并且与当前的油气勘探软件能够较好兼容或者搭配使用；
[0038] 第三、能够产生叠前深度偏移结果作为质量监控，不产生多余的计算量。抽取角道 集的过程中可以直接进行叠加生成偏移剖面，作为建模结果的QC，这个过程不产生多余的 计算量。
【附图说明】
[0039] 图1为发明的技术流程图；
[0040] 图2断层模型的速度场；
[0041] 图3模型多分量叠前数据；
[0042] 图4模型初始速度场；
[0043] 图5模型PP波和PS波初始角道集和层析角道集；
[0044] 图6模型建模速度场；
[0045] 图7模型中Distance = I. 5km处P波、S波真实速度、初始速度和建模速度的对 比图；
[0046] 图8多分量实际地震数据实例；
[0047] 图9实例初始速度场；
[0048] 图10实例PP波和PS波初始角道集和层析角道集；
[0049] 图11实例建模速度场。
[0050] 附