地震数据速度模型建立方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油勘探技术领域，特别涉及一种地震数据速度模型建立方法和装置。
【背景技术】
[0002]速度建模是地震数据处理过程中的关键步骤，其建成的速度模型的好坏，会直接影响地震数据处理的最终成果，即影响地震刨面的质量。一般速度建模方法可以分为两大类:传统的基于射线追踪(ray tracing)的建模方法和基于波动方程的建模方法。
[0003]其中，有一种基于射线追踪(ray tracing)的建模方法是反射层析反演方法(Reflect1n Tomography，简称为RT)，该方法的优点是计算量小(甚至单机可以完成)，缺点是建成的模型比较光滑，缺少细节。这种缺点主要是因为射线追踪方法的以下限制决定的:射线追踪本身是在高频假设(High frequency assumpt1n)对波动方程的一个近似解，因此对速度模型有一定的连续性要求，如果速度模型有很多细节(比如明显的边界)，则射线追踪会失败。
[0004]基于波动方程的建模方法是在基于射线追踪的建模方法的基础上建立起来的，其特点是直接求解波动方程，因此有建成精细模型的潜力。
[0005]然而，对于波动方程的建模方法，其输入(已知条件)是在地表(即，二维平面)上采集的地震数据，而输出(未知数)是三维的地下速度模型，由此可见，输入条件数是小于未知数个数的，这种情况下就会出现“多解性”问题，也就是说，会有很多可以满足使目标函数达到最小的条件的速度模型，而且速度模型之间没有优劣之分，然而，地下的速度只能有一个，因此二者之间是存在矛盾的。
[0006]针对上述基于波动方程的建模方法所出现的多解性问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007]本发明实施例提供了一种地震数据速度模型建立方法和装置，以解决现有技术中基于波动方程的建模方法所出现的多解性问题。
[0008]本发明实施例提供了一种地震数据速度模型建立方法，包括:确定地震数据速度模型的目标函数；基于层位约束计算得到所述目标函数的梯度；根据计算得到的梯度对所述目标函数进行调整，以得到调整后的速度模型。
[0009]在一个实施例中，所述基于层位约束计算得到所述速度模型的梯度，包括:计算所述目标函数的曲率；将所述层位转化为空间中的掩码，其中，所述层位表示N维空间中的一组N-1维的流形；将所述目标函数的曲率与所述掩码相乘得到掩码曲率；利用单程波动方程，将震源子波向下传播，得到下行震源波场；将所述下行震源波场与所述掩码相乘得到第一相乘结果，将所述第一相乘结果用单程波动方程向上传播，得到模拟数据；将所述下行震源波场与所述掩码曲率相乘得到第二相乘结果，将所述第二相乘结果用所述单程波动方程向上传播，得到第一上行震源波场；利用所述单程波动方程，将所述模拟数据向下传播，得到下行数据波场；将所述下行数据波场与所述掩码曲率相乘得到第三相乘结果，将所述第三相乘结果用所述单程波动方程向上传播，得到第二上行震源波场；通过所述下行震源波场、所述第二上行震源波场、所述下行数据波场、和所述第一上行震源波场计算得到所述目标函数的梯度。
[0010]在一个实施例中，通过所述下行震源波场、所述第二上行震源波场、所述下行数据波场、和所述第一上行震源波场计算得到所述目标函数的梯度，包括:按照以下公式计算所述目标函数的梯度:G = Re(Usd*Uru+Urd*Usu)其中，G表示所述目标函数的梯度，Re表示求复数的实部，Usd、Uru、Urd、Usu都是复数，其中，*表示复数乘法。
[0011]在一个实施例中，将所述层位转化为空间中的掩码，包括:对空间中的每个点，判断该点是否在层位上，如果在，则将该点的掩码置为1，如果不在，则将该点的掩码置为O。
[0012]在一个实施例中，在将所述第一相乘结果用单程波动方程向上传播的过程中，当遇到掩码为I时，停止传播，记录当前波场值，并将所述下行震源波场与掩码的相乘结果作为震源继续传播；在将所述第二相乘结果用所述单程波动方程向上传播的过程中，当遇到掩码曲率不为O时，停止传播当前波场值，用当前的掩码曲率替代波场值继续传播；在将所述模拟数据向下传播的过程中，当遇到模拟数据不为O时，停止传播当前的波场值，用当前的模拟数据替代波场值继续传播；在将所述第三相乘结果用所述单程波动方程向上传播的过程中，当遇到掩码曲率不为O时，停止传播当前的波场值，用下行数据波场与掩码曲率相乘的结果替代波场值继续传播。
[0013]在一个实施例中，确定地震数据速度模型的目标函数，包括:在地震数据的偏移图像域计算所述目标函数；或者，在地震数据的数据域计算所述目标函数。
[0014]本发明实施例还提供了一种地震数据速度模型建立装置，包括:目标函数确定单元，用于确定地震数据速度模型的目标函数；梯度计算单元，用于基于层位约束计算得到所述目标函数的梯度；模型调整单元，用于根据计算得到的梯度对所述目标函数进行调整，以得到调整后的速度模型。
[0015]在一个实施例中，所述梯度计算单元包括:掩码转化模块，用于计算所述目标函数的曲率，将所述层位转化为空间中的掩码，其中，所述层位表示N维空间中的一组N-1维的流形；第一计算模块，用于将所述目标函数的曲率与所述掩码相乘得到掩码曲率；第一传播模块，用于利用单程波动方程，将震源子波向下传播，得到下行震源波场；第二传播模块，用于将所述下行震源波场与所述掩码相乘得到第一相乘结果，将所述第一相乘结果用单程波动方程向上传播得到模拟数据；第三传播模块，用于将所述下行震源波场与所述掩码曲率相乘得到第二相乘结果，将所述第二相乘结果用所述单程波动方程向上传播，得到第一上行震源波场；第四传播模块，用于利用所述单程波动方程，将所述模拟数据向下传播，得到下行数据波场；第五传播模块，用于将所述下行数据波场与所述掩码曲率相乘得到第三相乘结果，将所述第三相乘结果用所述单程波动方程向上传播，得到第二上行震源波场；第二计算模块，用于通过所述下行震源波场、所述第二上行震源波场、所述下行数据波场、和所述第一上行震源波场计算得到所述目标函数的梯度。
[0016]在一个实施例中，所述第二计算模块用于按照以下公式计算所述目标函数的梯度:G = Re(Usd*UrU+Urd*Usu)，其中，G表示所述目标函数的梯度，Re表示求复数的实部，Usd,Ura、Ur^ Usu都是复数，其中，*表示复数乘法。
[0017]在一个实施例中，所述掩码转化模块用于对空间中的每个点，判断该点是否在层位上，如果在，则将该点的掩码置为1，如果不在，则将该点的掩码置为O。
[0018]在上述实施例中，在计算目标函数梯度的过程中，引入了层位约束，即增加了约束条件，从而有效解决了现有技术中基于波动方程的建模方法的多解性问题，进一步的，通过引入了层位约束的方式确定梯度，使得最终确定的速度模型中也包含有层位信息，从而使得得到的速度模型更为符合地质构造。
【附图说明】
[0019]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0020]图1是本发明实施例的地震数据速度模型建立方法的流程图；
[0021]图2是本发明实施例的波动方程偏移速度分析方法的流程图。
[0022]图3是本发明实施例的地震数据速度模型建立装置的一种结构框图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0024]考虑到现有的基于波动方程的建模方法存在上述的多解性的问题，而地下结构以及速度不是完全随机的，而是有一定规律的，因此可以引入地质条件作为约束(即，以层位信息作为约束)来进行建模调整，以解决现有技术中所存在的多解性问题。具体地，在本例中，提供了一种地震数据速度模型建立方法，如图1所示，包括以下步骤:
[0025]步骤101:确定地震数据速度模型的目标函数；
[0026]其中，所谓的目标函数就是在进行地震数据速度模型建模的过程中一个基准函数，基于对目标函数的优化可以实现对速度模型的优化。以基于波动方程的建模方法中的两种不同方法:全波形反演(Full Waveform Invers1n，简称为FWI)和波动方程偏移速度分析(Wave Equat1n Migrat1n Velocity Analysis，简称为 WEMVA)为例，FffI 的目标函数是模拟数据与实际数据的差，WEMVA的目标