一種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及一種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的 全波形聯(lián)合反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)一次反射波勘探，受觀測系統(tǒng)限制，對斷層、鹽丘側(cè)翼等陡傾角地下構(gòu)造照明 不足，高陡構(gòu)造精確成像困難。高陡構(gòu)造產(chǎn)生的棱柱波信息，能夠有效增加高陡構(gòu)造的照明 程度，改善高陡構(gòu)造成像效果。因此充分利用棱柱波信息對于提高高陡構(gòu)造的成像能力是 非常必要的。
[0003] 由于全波形反演高精度以及高分辨率的特點(diǎn)，使其成為速度建模的一種有力工 具，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。全波形反演是一個(gè)非線性數(shù)據(jù)擬合的過程，通過減少觀測數(shù)據(jù)與 預(yù)測數(shù)據(jù)的之間的差值來更新參數(shù)模型，這個(gè)過程以迭代的方式重復(fù)下去，直到數(shù)據(jù)差值 足夠小為止。全波形反演計(jì)算量很大，計(jì)算效率問題成為全波形反演的研究重點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種提高高陡構(gòu)造速度反演 效率的全波形聯(lián)合反演方法，能夠降低對初始模型中高陡構(gòu)造信息是否缺失的依賴性，提 高對高陡構(gòu)造的反演精度和效率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:輸入初始速度場的速度、野外觀測炮記錄及震源子波，并建立觀測系統(tǒng)；
[0008] 步驟2:使用下式表示的成像公式獲得成像結(jié)果：
[0009]
[0010] 其中，I表示成像結(jié)果，u和W分別表示正傳波場和反傳波場，《 = 1/(#(?。^))，1/為 反傳算子，礦表示將限定在檢波器上的數(shù)據(jù)殘差空間擴(kuò)展到整個(gè)模型空間，P〇bs為野外觀測 炮記錄；
[0011] 步驟3:將步驟2中的成像結(jié)果作為反射系數(shù)；
[0012]步驟4:應(yīng)用線性正演模擬和線性波場反傳，分另丨」計(jì)算兩種棱柱波prisml和prism2 的梯度方向；
[0013] 速度場的速度，W'表示野外觀測炮記錄與數(shù)值模擬的地震記錄殘差的反傳波場，Xs為震源 位置，t為時(shí)間；
[0016] 步驟5:將步驟4中所得的兩個(gè)梯度方向相加即可求得棱柱波形反演的梯度方向；
[0017]
[0018] 其中，g(v)prism表示棱柱波形反演的梯度方向；
[0019] 步驟6:用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長α;
[0020] 步驟7:利用求取的梯度方向和更新步長更新速度；
[0021 ] Vk - Vk-l+Qkg ( Vk-1 ) prism
[0022] 其中，下標(biāo)k表示迭代的次數(shù)；
[0023] 步驟8:利用常規(guī)全波形反演方法更新速度；
[0024] vk+i = vk+akg(vk)
[0025] 其中g(shù)(Vk)為第k次迭代常規(guī)全波形反演的梯度方向；
[0026] 步驟9:判斷％+1與vk之差是否滿足誤差條件；
[0027] 若:判斷結(jié)果是％+1與外之差不滿足誤差條件，則執(zhí)行步驟2;
[0028] 或判斷結(jié)果是％+1與外之差滿足誤差條件，則執(zhí)行步驟10;
[0029] 步驟10:輸出反演的速度結(jié)果。
[0030] 優(yōu)選地，在步驟4中，具體包括 [0031]步驟4.1:定義目標(biāo)函數(shù)：
[0032]
[0033] 其中，Ru(t，xr，xs)和p (t，xr，xs)〇bs分別為數(shù)值模擬的地震記錄與野外觀測炮記 錄，x4Px r分別表示炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，t為時(shí)間；
[0034] 步驟4.2:將目標(biāo)函數(shù)變分，得到變分表達(dá)式：
[0035]
[0036]步驟4.3:定義二維聲波波動方程：
[0037：
⑶;
[0038] 將方程(3)變形：
[0039]
(：4) *
[0040] 其中，s(t，xs)表示震源項(xiàng)，▽?▽表示Laplace算子；
[0041] 對方程(4)進(jìn)行Taylor展開：
[0042]
(5)；
[0043] 對公式(5)展開略去高階項(xiàng)：
[0044]
(6);
[0045] 將方程(4)和方程(6)相減，得到：
[0046] v σι v m
[0047] 進(jìn)一步可得：
[0048]
[0049] 其中，L表示正傳播過程；
[0050]步驟4.4:將方程(8)代入變分表達(dá)式(2)，可得：
[0051]
[0052]其中，ifUu-pobs)表示將數(shù)據(jù)殘差空間擴(kuò)展到整個(gè)空間，LllfUu-pobs))表示剩余 波場逆時(shí)傳播；
[0053] 步驟4.5:令數(shù)據(jù)殘差為：
[0054] Ap = Ru-p〇bs (10);
[0055] 步驟4.6:將正傳波場11和數(shù)據(jù)殘差八1)=此- 1)。^分解為如下兩部分：
[0056] U(t，Xr，Xs)=Ul(t，Xr，Xs)+U2(t，Xr，Xs) (11);
[0057] Δ P ( t, Xr , Xs ) = A pi ( t, Xr , Xs ) + A P2 ( t, Xr , Xs ) (12);
[0058] 其中，111(1^1^3)和112(1:，11^3)分別表示一階反射波場和二階棱柱波波場 ；八口1 (t，xr，xs)和△?2^辦48)分別表示一階反射波場的數(shù)據(jù)殘差和二階棱柱波場的數(shù)據(jù)殘差；
[0059] 步驟 4.7:將方程(10)、（11)、（12)代入方程(9):
[0060]
[0061 ]步驟4.8:求取目標(biāo)函數(shù)對速度模型的梯度：
[0062]
[0064]
[0063] 令8<>)1^1(3。1；，8(>)1)1^1111和8(>) 1)1^1112分別表示一次反射波的梯度41^81111的梯度和 prism2的梯度，貝lj
[0065]
[0066]
[0067]將一階反射波場U1 ( t，Xr，Xs )由正傳波場U表示，二階棱柱波波場U2 ( t，Xr，Xs )由線 性正演模擬B(U)表示，一階反射波場的數(shù)據(jù)殘差的LlRlApi)由反傳波場W'表示，二階棱 柱波波場的數(shù)據(jù)殘差的!Λ?Τ(Δρ 2)由反傳波場w'的線性波長反傳礦(w'）表示，做相應(yīng)的變 量替換，則
[0068]
[0069]
[0070]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：
[0071] 本發(fā)明提出了一種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法，與現(xiàn)有技 術(shù)相比，一種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法，可充分利用棱柱波信息， 對鹽體側(cè)翼進(jìn)行準(zhǔn)確的速度更新，因此，在描述鹽丘側(cè)翼的垂直邊界方面，本發(fā)明發(fā)揮很大 的作用;本發(fā)明對初始模型的依賴程度較常規(guī)全波形反演方法低，可以在初始模型高陡信 息較少甚至缺失的情況下較為準(zhǔn)確地反演存在高陡構(gòu)造的模型，提高了對高陡構(gòu)造的反演 精度和效率，為高精度成像方法提供了準(zhǔn)確的偏移速度場。
【附圖說明】
[0072] 圖1為本發(fā)明一種提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法的流程框 圖。
[0073] 圖2為本發(fā)明使用的真實(shí)速度模型。
[0074] 圖3為本發(fā)明使用的初始速度模型。
[0075] 圖4為使用本發(fā)明得到的第10次迭代的反演速度。
[0076] 圖5為使用常規(guī)全波形反演方法得到的第10次迭代的反演速度。
[0077] 圖6為使用本發(fā)明得到的最終反演速度。
[0078]圖7為使用常規(guī)全波形反演方法得到的相同迭代次數(shù)的反演速度。
[0079]圖8為反演速度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0080]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0081] -種利用棱柱波信息提高高陡構(gòu)造速度反演效率的全波形聯(lián)合反演方法的流程 圖（如圖1所示），包括如下步驟：
[0082] 輸入初始速度場、炮記錄及震源子波，并建立觀測系統(tǒng)；
[0083] 使用傳統(tǒng)逆時(shí)偏移獲得成像結(jié)果，使用逆時(shí)偏移成像結(jié)果作為反射系數(shù)模型，應(yīng) 用線性正演模擬和線性波場反傳；
[0084]計(jì)算兩種棱柱波prisml和prism2的梯度方向，并將這兩部分梯度相加即可求得棱 柱波形反演的梯度方向，用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長，利用求取的梯 度方向和步長更新速度；
[0085]利用常規(guī)全波形反演方法再次更新速度，判斷是否滿足誤差條件，如果不滿足誤 差條件，利用更新的速度作為輸入速度再次進(jìn)行速度更新，如果滿足誤差條件，輸出反演的 速度結(jié)果。
[0086] 具體步驟為：
[0087] 步驟1:輸入初始速度場的速度、野外觀測炮記錄及震源子波，并建立觀測系統(tǒng)；
[0088] 步驟2:使用下式表示的成像公式獲得成像結(jié)果：
[0089]
[0090]其中I表示成像結(jié)果，u和w分別表示正傳波場和反傳波場，《 = 1^(浐(？-))，1^為反 傳算子，If表示將限定在檢波器上的數(shù)據(jù)殘差空間擴(kuò)展到整個(gè)模型空間，Pobs為野外觀測炮 記錄；
[0091]步驟3:使用逆時(shí)偏移成像結(jié)果作為反射系數(shù)模型，應(yīng)用線性正演模擬和線性波場 反傳，這兩個(gè)過程分別由B和B*表示；
[0092] 步驟4:計(jì)算兩種棱柱波prisml和prism2的梯度方向；
[0093] 根據(jù)棱柱波的特性可將其分為兩種類型，第一種稱為prisml，特點(diǎn)是地震波先在 沉積界面上發(fā)生反射隨后又在透鏡體側(cè)翼發(fā)生反射并傳播至地面被檢波器接收，因此被稱 為IF棱柱波反射;第二種稱為prism2，是地震波先在透鏡體側(cè)翼反射隨后在沉積界面反射 并傳播回地面接收形成的；
[0094] 利用全波形反演獲取地層速度，通常將全波形反演問題定義為求解目標(biāo)函數(shù)的極 小值，采用下式所示的L2范數(shù)格式的目標(biāo)函數(shù)：
[0095]
[0096]其中，Ru ( t，Xr，Xs )和p ( t，Xr，Xs ) obs分別為數(shù)值模擬的地震記錄與野外觀測數(shù)值，Xs 和Xr分別表示炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，t為時(shí)間；
[0097]目標(biāo)函數(shù)的變分可以表示為：
[0098]
[00"]給定一個(gè)速度擾動δν，它會引起一個(gè)正傳波場的擾動διι，這種關(guān)系ν+δν-??+διι滿 足二維聲波波動方程(3)，帶入方程可得(4);
[0102] 其中，s(t，xs)表示震源項(xiàng)，▽?▽表示Laplace算子，對方程(4)進(jìn)行Taylor展開近 似：
[0100]
[0101]
[0103]