CN103217715B - 多尺度规则网格层析反演静校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明是地球物理勘探静校正中多尺度规则网格层析反演静校正方法，采集地震数据，进行矩形网格剖分并将模型速度初始化，通过正演得到每个激发点和接收点对的射线路径和旅行时间，计算实际拾取初至时间与射线正演旅行时间的差值，多尺度层析反演，更新模型速度，重复迭代直到反演的速度场稳定，完成网格层析反演静校正。本发明采用多尺度模型进行剖分可以更好地反演射线稀少位置处的速度值，减少了人为误差，提高了速度模型正反演精度和静校正效果。

Description

多尺度规则网格层析反演静校正方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探静校正方法，是一种矩形网格多尺度层析反演方法。

背景技术

地震勘探中静校正处理主要是解决地震波在近地表介质旅行时间变化影响反射波叠加成像问题。初至波反映近地表地层变化，利用初至波求取静校正量成为静校正的主要的技术手段。利用层析正反演的方法可以建立相对精确地、能够反映速度纵横变化的近地表模型，近年来层析方法在生产中得到了广泛的应用并在许多复杂区取得了良好的效果。

目前应用于静校正中的常规层析方法在剖分时都是矩形网格的，并且一个网格内的速度是常数。在网格尺寸确定的情况下，射线在速度高的位置密度较大，在速度低的位置密度较小或者没有，这样在射线密度不均匀的情况下，在反演时不能得到射线较少位置处的合理值，导致反演的模型不合理，影响了速度模型正反演精度和静校正效果。

中国专利CN101561512公开了一种井间多尺度迭代重建技术(SIRT)层析成像的方法，该方法对每一种尺度的模型分别进行层析成像，后综合各种尺度的层析成像结果，来得到下一次迭代的模型”，即对于每一个尺度的模型，都用SIRT方法反演成像。如果有10个尺度，在用SIRT方法必须反演10次，才能得到10个不同尺度的反演结果。如果每次迭代有10个尺度，则每次迭代用SIRT方法反演(解大型方程组)需要10次；在层析反演中，经常要进行多次迭代，如15次，则该方法总计解方程150次，不仅增加了解方程的次数，而且累计了误差。正如该专利所述，后综合各种尺度的层析成像结果，来得到下一次迭代的模型，在“综合各种尺度的层析成像结果”时会增加人为因素，产出了不必要的人为误差。

发明内容

本发明目的在于提供一种减少人为误差，在射线密度较小或者没有的位置反演出精度高的多尺度规则网格层析反演静校正方法。

本发明通过以下步骤实现：

1)初始化模型：采集地震数据，处理后进行水平方向和垂直方向的矩形网格剖分，并将模型速度初始化；

步骤1)所述的初始化速度是根据模型地表的最小速度和梯度因子，计算模型中间每个网格中的速度；

或用地表面对应的最小速度和模型底对应的最大速度，内插模型中间速度。

2)最短射线路径搜索：通过正演得到每个激发点和接收点对的射线路径和旅行时间；

步骤2)所述的正演是搜寻距激发点同在一个网格中最近所有节点的射线，再以这些节点为新的震源点，搜寻与这些新的震源点同在一个网格的其它节点射线路径；以最小时间为准，搜索它们到激发点之间最短旅行时的射线路径，记录该射线路径在每个网格中射线长度和旅行时间。

3)计算实际拾取初至时间与射线正演旅行时间的差值；

4)多尺度层析反演：用不同尺度的网格对正演模型重新剖分，产出了一个大型稀疏方程组，用正交分解最小二乘法(LSQR)方法解该方程组，同时反演多个不同尺度的模型，累计多个不同尺度模型的慢度扰动量，得到最终模型的慢度扰动量；

步骤4)所述的反演多个不同尺度的模型时重新对模型进行不同尺度剖分，是在水平方向和垂直方向同时对模型进行不同尺度的剖分。

所述的水平方向和垂直方向的倍数相同。

步骤4)所述的不同尺度是正演模型剖分的网格素数倍数。

步骤4)所述的正演模型重新时剖分的网格在水平方向和和垂直方向网格尺寸不同，则多尺度反演时对模型重新剖分后的网格尺寸在水平方向和垂直方向也不同。

步骤4)所述的大型稀疏方程组如下：

$\mathrm{\δ}{t}_i=\underset{k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{w}^{\left(k\right)}\underset{j}{\overset{J_k}{\mathrm{\Σ}}}{e}_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}{\mathrm{\δs}}_j^{\left(k\right)}$

式中，δti是第i条射线时间差，K是总尺度个数，w^(k)是尺度k的权值，所有尺度权值的总和等于1，J_K是尺度k模型中射线i穿过的网格总个数，e^(k) _ij是射线i在尺度k模型中射线过第j个网格的长度，δS^(k) _j是射线i在尺度k模型中射线过第j个网格的慢度(速度的倒数)扰动量。

步骤4)所述的累计多个不同尺度模型的慢度扰动量，得到最终模型的慢度扰动量是指，该方法反演后，最大尺度N剖分后的模型(整个模型)反演出的慢度扰动量就是与原始模型(正演使用的模型)的整体差；第N-1个尺度反演出的慢度扰动量是在第N个尺度模型基础上与原始模型的慢度差；第N-2个尺度反演出的慢度扰动量是在N和N-1个尺度模型基础上与原始模型的慢度差，依次类推，第一个尺度(正演使用的模型)反演出的慢度扰动量是在其它所有尺度模型基础上与原始模型的慢度差，所以累积所有尺度模型反演出的慢度扰动量就可以得到最终反演的慢度扰动量。

5)更新模型速度；

6)重复迭代2)到5)，直到反演的速度场稳定，完成网格层析反演静校正。

本发明采用多尺度模型进行剖分可以更好地反演射线稀少位置处的速度值，减少了人为误差，提高了速度模型正反演精度和静校正效果。

附图说明

图1是多尺度层析方法反演时对模型重新剖分剖分的结果。

图2是本发明一次迭代后多尺度反演的速度模型。

具体实施方式

以下结合附图具体说明实施例。

多尺度层析静校正反演方法，有以下步骤实现：

1)初始化模型：采集地震数据采样后，用所有接收点和激发点的坐标范围和地表高程来确定模型的范围，在水平方向和垂直方向进行矩形网格剖分；再给出模型地表位置处的起始速度和梯度因子，计算模型中间每个网格中的速度。如图1所示，图中的网格代表不同尺度剖分的结果，图1中1图即是正演使用的剖分模型，也是反演使用的最小尺度剖分的模型；图1中10图是反演使用的最大尺度剖分的模型，即整个模型；图1中的其它图是反演使用的其它尺度剖分的模型。

水平方向层析网格间距20米，总共25个网格，长度500米；垂直方向网格间距10米，总共75个网格，深度750米。网格剖分后对模型速度初始化：给出模型地表的最小速度，再给出梯度因子或模型底的最大速度，计算出模型中间每个网格中的速度；或用地表面对应的最小速度和模型底对应的最大速度，内插模型中间速度。

2)最短射线路径搜索：搜寻距激发点同在一个网格中最近所有节点的射线，再以这些节点为新的震源点，搜寻与这些新的震源点同在一个网格的其它节点射线路径；以最小时间为准，搜索它们到激发点之间最短旅行时的射线路径，记录该射线路径在每个网格中射线长度和旅行时间。

3)计算出实际拾取初至时间与搜索的射线旅行时间的差值。

4)多尺度层析反演，主要有如下步骤：

(1)反演时重新对模型进行多个尺度重新剖分，在水平方向和垂直方向同时对模型进行不同尺度的剖分，产生多个不同尺度的模型。尺度是正演模型剖分的网格素数倍数，如1，2，3，5，7，9，11，13等。在水平方向和垂直方向的倍数是相同的，正演时剖分的网格在水平方向和和垂直方向网格尺寸不同，则多尺度反演时对模型重新剖分后的网格尺寸在水平方向和垂直方向也不同。如多尺度反演时用第一个尺度(倍数是1)对模型重新剖分后和正演时使用的模型剖分结果相同；多尺度反演时用第二个尺度(倍数是2)对模型重新剖分后，在水平方向和垂直方向模型剖分网格尺寸是正演时模型剖分网格尺寸的2倍；多尺度反演时用第三个尺度(倍数是3)对模型重新剖分后，在水平方向和垂直方向模型剖分网格尺寸是正演时模型剖分网格尺寸的3倍；多尺度反演时用其它尺度(倍数是N)对模型重新剖分后，在水平方向和垂直方向模型剖分网格尺寸是正演时模型剖分网格尺寸的N倍；多尺度反演时用最大尺度对模型重新剖分后，在水平方向和垂直方向模型剖分网格尺寸是整个模型。

(2)多尺度反演时对模型进行了N个尺度的重新剖分，产生了N个速度模型，这N个模型产生了一个大型稀疏方程组，解该方程组，就是同时反演了这N个模型的慢度扰动量。

(3)多尺度反演，对模型进行了N个尺度的重新剖分，如果有N个尺度，本发明利用LSQR方法只反演1次，就能得到N个不同尺度的反演结果。同时反演了N个不同尺度的模型，同时产生了N个不同尺度的慢度扰动量。按照最小尺度剖分的模型为最终模型(即正演使用的模型)，把这N个不同尺度模型空间位置相同的慢度扰动量的累计求和，就是最终模型的慢度扰动量。因为用LSQR方法反演后，最大尺度N剖分后的模型(整个模型)反演出的慢度扰动量就是与原始模型(正演使用的模型)的整体差；第N-1个尺度反演出的慢度扰动量是在第N个尺度模型基础上与原始模型的慢度差；第N-2个尺度反演出的慢度扰动量是在N和N-1个尺度模型基础上与原始模型的慢度差，依次类推，第一个尺度(正演使用的模型)反演出的慢度扰动量是在其它所有尺度模型基础上与原始模型的慢度差，所以累积所有尺度模型反演出的慢度扰动量就可以得到最终反演的慢度扰动量。

5)更新模型速度。

6)重复迭代2)到5)，直到反演的速度场稳定。

图2是本发明一次迭代后多尺度反演的速度模型。图2中10图模型是尺度10(最大的尺度)反演的速度模型；9图是在尺度10基础上，加上尺度9反演的速度模型；8图是在尺度10和尺度9基础上，加上尺度8反演的速度模型，依次类推，1图是全部尺度速度扰动量累计和的反演模型，也是多尺度层析最终反演的速度模型。

Claims (8)

1.一种多尺度规则网格层析反演静校正方法，特点是通过以下步骤实现：

1)采集地震数据，处理后进行水平方向和垂直方向的矩形网格剖分，并将模型速度初始化，其中模型速度初始化：采集地震数据采样后，用所有接收点和激发点的坐标范围和地表高程来确定模型的范围，在水平方向和垂直方向进行矩形网格剖分；再给出模型地表位置处的起始速度和梯度因子，计算模型中间每个网格中的速度；

2)最短射线路径搜索：通过正演得到每个激发点和接收点对的射线路径和旅行时间；

3)计算实际拾取初至时间与射线正演旅行时间的差值；

4)多尺度层析反演：用不同尺度的网格对正演模型重新剖分，产出了一个大型稀疏方程组，用正交分解最小二乘法方法解该方程组，同时反演多个不同尺度的模型，累计多个不同尺度模型的慢度扰动量，得到最终模型的慢度扰动量；

5)更新模型速度；

6)重复迭代2)到5)，直到反演的速度场稳定，完成网格层析反演静校正；

其中，步骤4)所述的大型稀疏方程组如下：

${\mathrm{\δt}}_i=\underset{k}{\overset{K}{\Σ}}{w}^k\underset{j}{\overset{J_k}{\Σ}}{e}_{ij}^k{\mathrm{\δs}}_j^k$

式中，δt_i是第i条射线时间差，K是总尺度个数，w^k是尺度k的权值，所有尺度权值的总和等于1，J_K是尺度k模型中射线i穿过的网格总个数，是射线i在尺度k模型中射线过第j个网格的长度，是射线i在尺度k模型中射线过第j个网格的慢度扰动量。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的模型速度初始化是根据模型地表的最小速度和梯度因子，计算模型中间每个网格中的速度；

或用地表面对应的最小速度和模型底对应的最大速度，内插模型中间速度。

3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)所述的正演是搜寻距激发点同在一个网格中最近所有节点的射线，再以这些节点为新的震源点，搜寻与这些新的震源点同在一个网格的其它节点射线路径；以最小时间为准，搜索它们到激发点之间最短旅行时的射线路径，记录该射线路径在每个网格中射线长度和旅行时间。

4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的反演多个不同尺度的模型时重新对模型进行不同尺度剖分，是在水平方向和垂直方向同时对模型进行不同尺度的剖分。

5.根据权利要求4所述的方法，特点是所述的水平方向和垂直方向的倍数相同。

6.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的不同尺度是正演模型剖分的网格素数倍数。

7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的正演模型重新剖分时的网格在水平方向和和垂直方向网格尺寸不同，则多尺度反演时对模型重新剖分后的网格尺寸在水平方向和垂直方向也不同。

8.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的累计多个不同尺度模型的慢度扰动量，得到最终模型的慢度扰动量是指，该方法反演后，最大尺度N剖分后的模型反演出的慢度扰动量就是与原始模型的整体差；第N-1个尺度反演出的慢度扰动量是在第N个尺度模型基础上与原始模型的慢度差；第N-2个尺度反演出的慢度扰动量是在N和N-1个尺度模型基础上与原始模型的慢度差，依次类推，第一个尺度反演出的慢度扰动量是在其它所有尺度模型基础上与原始模型的慢度差，所以累积所有尺度模型反演出的慢度扰动量就可以得到最终反演的慢度扰动量。