一種近地表層析速度分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震物理勘探領(lǐng)域，涉及地震數(shù)據(jù)處理中的速度分析，具體涉及一種 近地表層析速度分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震速度建模方法主要有三類：常規(guī)疊加速度分析，基于道集分析類的偏移速度 建模方法，反演類的速度建模方法，三類方法經(jīng)歷了交叉發(fā)展，精度依次提高。層析成像作 為目前理論上精度相對(duì)較高的速度建模方法被廣泛應(yīng)用于速度建模工作當(dāng)中。
[0003] 層析反演方法主要包括：射線層析和波動(dòng)層析兩大類。在傳統(tǒng)的地震層析成像中， 射線理論一直扮演著重要的角色。射線理論流行的重要原因主要在于以下兩個(gè)方面：（1) 計(jì)算機(jī)計(jì)算和存儲(chǔ)能力的不足；（2)射線理論在地震成像方法中容易實(shí)現(xiàn)。但是，射線理論 是波動(dòng)方程的一種高頻近似。射線理論的適用要滿足兩個(gè)假設(shè)條件：首先，速度擾動(dòng)體在相 當(dāng)于地震波波長(zhǎng)尺度上的變化要非常平滑，在這種情況下，是不存在散射的，也就是說相位 的擾動(dòng)是與頻率成線性關(guān)系并且地震子波不會(huì)發(fā)生畸變；另一方面，因?yàn)椴淮嬖谏⑸洌渚€ 是一條無限細(xì)的直線，只會(huì)覆蓋速度場(chǎng)非常小的部分，且射線對(duì)經(jīng)過的速度擾動(dòng)體具有記 憶能力，因此無法根據(jù)觀測(cè)到的旅行時(shí)擾動(dòng)來確定速度擾動(dòng)的位置，因此射線層析要求觀 測(cè)系統(tǒng)必須提供足夠的觀測(cè)視角，這就要求大量的炮檢點(diǎn)，而在實(shí)際中，并不能滿足這個(gè)要 求，因此射線層析求解存在很大的不適定性。上述問題嚴(yán)重制約了射線層析反演的發(fā)展。
[0004] 為了解決層析反演存在的上述問題，上世紀(jì)80年代出現(xiàn)了波動(dòng)方程層析成像方 法。波動(dòng)方程層析不存在射線的高頻假設(shè)，因此理論上應(yīng)該有更高的反演精度。但是相對(duì)于 射線層析而言，波動(dòng)方程層析中速度擾動(dòng)與目標(biāo)函數(shù)之間往往呈現(xiàn)非常強(qiáng)的非線性關(guān)系， 要求精度很高的初始速度模型，這就為初始速度建模以及迭代反演帶來的很大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種近地表層析速度分析方法。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種近地表層析速度分析方法，其特征在于，該方法包 括如下步驟：
[0007] 1)針對(duì)疊前數(shù)據(jù)的初至旅行時(shí)的拾取，為反演提供準(zhǔn)確的真實(shí)旅行時(shí)信息；
[0008] 2)對(duì)疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理得到大致反映地下介質(zhì)速度分布的初始速度模型；
[0009] 3)對(duì)得到的初始速度模型進(jìn)行最短路徑射線追蹤，求取相應(yīng)的模型旅行時(shí)，并與 真實(shí)旅行時(shí)做差，得到旅行時(shí)殘差，在此基礎(chǔ)上根據(jù)篩選法確定第一菲涅爾帶的范圍；
[0010] 4)針對(duì)初始模型建立波動(dòng)方程模擬波場(chǎng)，求取反映旅行時(shí)殘差對(duì)介質(zhì)擾動(dòng)的敏感 核函數(shù)，所述敏感核函數(shù)為第一菲涅爾帶限定的Frechet核函數(shù)；
[0011] 5)建立層析反演方程組；求解該層析反演方程組得到慢度更新量；根據(jù)得到的慢 度更新量對(duì)初始速度模型進(jìn)行修改，得到第一次迭代的結(jié)果；
[0012] 6)重復(fù)上述步驟，直到獲得滿足精度要求的反映地下介質(zhì)速度分布的真實(shí)速度 場(chǎng)，流程結(jié)束。
[0013] 進(jìn)一步，在步驟1)中，在拾取初至旅行時(shí)之前，還包括輸入疊前數(shù)據(jù)的步驟，所述 疊前數(shù)據(jù)包括觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，激發(fā)點(diǎn)數(shù)據(jù)，接收點(diǎn)高程。
[0014] 進(jìn)一步，在步驟3)中，在進(jìn)行最短路徑射線追蹤時(shí)要分別以炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn) 計(jì)算正、反向旅行時(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種近地表層析速度分析方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 1) 針對(duì)疊前數(shù)據(jù)的初至旅行時(shí)的拾取，為反演提供準(zhǔn)確的真實(shí)旅行時(shí)信息； 2) 對(duì)疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理得到大致反映地下介質(zhì)速度分布的初始速度模型； 3) 對(duì)得到的初始速度模型進(jìn)行最短路徑射線追蹤，求取相應(yīng)的模型旅行時(shí)，并與真實(shí) 旅行時(shí)做差，得到旅行時(shí)殘差，在此基礎(chǔ)上根據(jù)篩選法確定第一菲涅爾帶的范圍； 4) 針對(duì)初始模型建立波動(dòng)方程模擬波場(chǎng)，求取反映旅行時(shí)殘差對(duì)介質(zhì)擾動(dòng)的敏感核函 數(shù)，所述敏感核函數(shù)為第一菲涅爾帶限定的Frechet核函數(shù)； 5) 建立層析反演方程組；求解該層析反演方程組得到慢度更新量；根據(jù)得到的慢度更 新量對(duì)初始速度模型進(jìn)行修改，得到第一次迭代的結(jié)果； 6) 重復(fù)上述步驟，直到獲得滿足精度要求的反映地下介質(zhì)速度分布的真實(shí)速度場(chǎng)，流 程結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟1)中，在拾 取初至旅行時(shí)之前，還包括輸入疊前數(shù)據(jù)的步驟，所述疊前數(shù)據(jù)包括觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，激發(fā)點(diǎn) 數(shù)據(jù)，接收點(diǎn)高程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟3)中，在進(jìn) 行最短路徑射線追蹤時(shí)要分別以炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn)計(jì)算正、反向旅行時(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟3)中，所述 根據(jù)篩選法確定第一菲涅爾帶的范圍采用的公式是：
TSP代表震源S到介質(zhì)任意一點(diǎn)P的旅行時(shí)，TKP代表由接收點(diǎn)R到P點(diǎn)的旅行時(shí)，TSK為 震源S到接收點(diǎn)R的最短旅行時(shí)，A為地震波主頻對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟4)中，所述 波動(dòng)方程模擬波場(chǎng)為能準(zhǔn)確模擬野外采集時(shí)采用的觀測(cè)系統(tǒng)的頻率域波動(dòng)方程模擬波場(chǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟4)中，所述 第一菲涅爾帶限定的Frechet核函數(shù)的具體表達(dá)式為：
其中〇為圓頻率，Gc!為背景介質(zhì)的格林函數(shù)，Im代表取虛部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的近地表層析速度分析方法，其特征在于：在步驟5)中，求解 層析反演方程組時(shí)，選取LSQR方法來求解反演方程，并加入適當(dāng)?shù)恼齽t化因子，使反演結(jié) 果更加穩(wěn)定，加快收斂速度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近地表層析速度分析方法，包括針對(duì)疊前數(shù)據(jù)拾取初至旅行時(shí)，通過疊前處理得到反映地下介質(zhì)速度分布的初始模型；對(duì)模型利用最短路徑射線追蹤方法獲取模擬旅行時(shí)；對(duì)模型利用頻率域波動(dòng)方程進(jìn)行波場(chǎng)模擬，求取反映介質(zhì)對(duì)旅行時(shí)擾動(dòng)的敏感核函數(shù)；建立相應(yīng)的反演方程并求解，得到慢度更新量。本發(fā)明基于菲涅爾帶的層析速度分析，解決了傳統(tǒng)基于射線理論的層析速度分析存在的大型稀疏矩陣求解不穩(wěn)定的問題，更加真實(shí)地刻畫了地震波傳播規(guī)律，具有地球物理意義明顯，穩(wěn)定性強(qiáng)，效率高，計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)可靠的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01V1-30
【公開號(hào)】CN104570106
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310520479
【發(fā)明人】劉立平, 劉成齋, 韓站一, 單聯(lián)瑜, 李振春, 鄒奮勤, 王蓬
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月29日