CN103543466A - 一种时间域地震层速度反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时间域地震层速度反演方法，属于地震勘探数据处理领域。本发明方法首先通过地震测井获取初始瞬时速度，然后建立瞬时速度与均方根速度之间的关系，将所述初始瞬时速度转换成均方根速度，再用实际拾取的均方根速度进行约束构建目标函数，然后求解目标函数得到更新速度模型所需的变量，通过多次迭代后，当目标函数的值小于阀值ε时，得到最终的层速度。利用本发明方法能够得到稳定的速度，为偏移提供稳定平滑的层速度模型，这个速度可以用于地震偏移成像，进而为油田开发、石油钻井的提供数据支持。

Description

一种时间域地震层速度反演方法

技术领域

本发明属于地震勘探数据处理领域，具体涉及一种时间域地震层速度反演方法。

背景技术

Dix提出由均方根速度估算层速度公式：

$V_{0,n}=\sqrt{\frac{V_{2,n}^2{t}_n-V_{2,n-1}^2{t}_{n-1}}{t_n-t_{n-1}}}$

其中V_0，n是层速度，V_2，n-1，V_2，n是t_n-1时刻上下界面的均方根速度，t_n为对应的旅行时。根据此公式计算，即使在均方根速度变化很小的情况下也容易导致无物理意义的负速度和速度值很大的不稳定。层速度估算的准确性对于时间和深度偏移都很关键，因此很多学者在Dix公式的基础上，致力于研究层速度计算的约束方案，使得计算过程中不会因某些错误的均方根速度而破坏整个层速度反演进程。Harlan算法通过设置一组速度函数，用最小平方法来寻求全局解，该法先将速度奇异点过滤从而避免层速度计算过程速度过大变化，但此法是通过与临近速度比较直接去除所谓的坏的速度点，这种做法没有物理依据。

Dix公式反演计算层速度模型容易产生无物理意义的负速度、导致速度场变化剧烈，这种速度场不符合偏移对速度模型的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种时间域地震层速度反演方法，通过地震测井数据或工区提供的初始瞬时速度模型，用拾取的均方根速度进行约束，为偏移提供稳定平滑的层速度模型。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种时间域地震层速度反演方法，所述方法首先通过地震测井获取初始瞬时速度，然后建立瞬时速度与均方根速度之间的关系，将所述初始瞬时速度转换成均方根速度，再用实际拾取的均方根速度进行约束构建目标函数，然后求解目标函数得到更新速度模型所需的变量，通过多次迭代后，当目标函数的值小于阀值ε时，得到最终的层速度。

所述方法包括以下步骤：

第一步：获取初始瞬时速度：

将测井速度或平均瞬时速度作为初始瞬时速度；

第二步：构建速度更新方程如下：

V_n(t)＝V_n-1+ΔV*e^-kt          (1)

(1)式中，V_n(t)是待求解的层速度，ΔV是速度差，n代表第n次迭代，k为速度变化梯度，k的初始值设为零，*表示相乘，e为自然指数；

第三步：求取均方根速度，计算公式为：

$V_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,t)=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{V}_n^2\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}}=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}(V_n^2+2V_n\mathrm{\ΔV}\·e^{-2\mathrm{k\τ}}+\mathrm{\Δ}{V}^2\·e^{-2\mathrm{kt}})\mathrm{d\τ}}---\left(2\right)$

(2)式中，n的初始值为1，当n＝1时，设ΔV＝0，k＝0，则V₁＝V₀，V₀为第一步得到的初始瞬时速度；

第四步：构建目标函数如下：

$\mathrm{\Φ}(\mathrm{\ΔV},k)=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{{[V}_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,i)-V_i^{\mathrm{data}}]}^2\→\mathrm{Min}---\left(3\right)$

(3)式中，I为速度的时间采样点数，

为初始拾取的均方根速度，

就是由(2)式计算出的；

通过求解所述目标函数求得变量ΔV和k(每次迭代

都是不同的，所以求解的参数ΔV和k是不同的。

第五步，将第四步求得的ΔV和k代入公式(1)，得到新的层速度，同时判断目标函数值是否小于阀值ε，如果是，则所述新的层速度即为最终的层速度数据体，然后转入第六步，否则，使n＝n+1，然后返回第二步；

第六步，输出所述层速度数据体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本发明方法能够得到稳定的速度，为偏移提供稳定平滑的层速度模型，这个速度可以用于地震偏移成像，进而为油田开发、石油钻井的提供数据支持。

附图说明

图1是本发明方法的步骤框图。

图2是本发明方法实施例中的某工区测井层速度数据。

图3是本发明方法实施例中利用本发明方法计算得出的均方根速度和拾取的均方根速度对比图。

图4-1是本发明方法实施例中利用现有的Dix公式直接计算层速度得到的结果。

图4-2是本发明方法实施例中利用本发明方法得到的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种时间域地震层速度反演方法，包括以下步骤：

第一步：获取初始瞬时速度(公知技术)

可利用测井速度或该地区平均瞬时速度作为初始瞬时速度(在实际地震处理中，在进行本发明方法实施之前，野外工区会做vsp测井，vsp测井中会包含初始瞬时速度)。

第二步：构建速度更新方程：(本发明创新)

利用如下公式更新速度模型：

V_n(t)＝V_n-1+ΔV*e^-kt  (1)

第一次迭代时，V₀为从第一步得到的初始瞬时速度，k为速度变化梯度(此时k是未知数，初始设为零，下一次迭代通过求解目标函数得到。(1)式中V_n(t)是待求解的速度，n代表第n次迭代，ΔV是速度差，未知数，初始值设为零，下一次迭代通过求解目标函数得到。*是相乘，e为自然指数。

第三步：通过第一步得到的初始瞬时速度求取均方根速度(本发明创新的)计算公式为：

$V_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,t)=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{V}_n^2\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}}=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}(V_n^2+2V_n\mathrm{\ΔV}\·e^{-2\mathrm{k\τ}}+\mathrm{\Δ}{V}^2\·e^{-2\mathrm{kt}})\mathrm{d\τ}}---\left(2\right)$

从上式中可以看出

是ΔV和k的函数。

第四步：通过最小二乘匹配(即公式(3))构建目标函数(公知技术)

$\mathrm{\Φ}(\mathrm{\ΔV},k)=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{{[V}_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,i)-V_i^{\mathrm{data}}]}^2\→\mathrm{Min}---\left(3\right)$

(3)式中I为速度的时间采样点数，

为初始拾取的均方根速度，(3)式中的就是由(2)计算出的

的拾取是地震处理的另一项技术，有专门的成熟地震处理软件可以拾取速度，在本发明技术实施之时，

已是已知的了。通过求解目标函数求得变量ΔV和k(求解此目标函数有行业通用的解法，即高斯-牛顿迭代法)。

第五步，通过公式(1)得到更新后的层速度，同时判断目标函数值是否小于阀值ε(该阙值和具体工区与经验有关，一般是井速度和拾取速度误差的10％)，如果是，公式(1)得到的速度即为最终的层速度数据体，然后转入第六步，否则返回第二步进行循环迭代；

第六步，输出层速度数据体，即图1中的层速度模型。

利用本发明方法的一个实施例如下：

具体实施时，可以利用FORTRAN编程语言，以Linux操作系统系统为平台，实现本发明所述的方法，将其用于某工区实际地震速度计算，取得了稳定的速度场，为进一步地震偏移提供了一个好的速度模型。本发明提供的只是一种地震层速度的反演方法，与编程语言和操作系统无关。

某工区测井层速度数据(即第一步中用到的“初始瞬时速度”)如图2所示。利用公式(2)计算得出的均方根速度和拾取的均方根速度对比图如图3所示，图3中，虚线为计算的均方根速度，实线为拾取的均方根速度，从图3可以看出，两者很接近，本发明的方法可靠。

利用现有的Dix直接计算层速度所得的结果如图4-1所示，从图4-1中可以看出噪音严重，速度变化剧烈，利用本发明方法求得的速度如图4-2所示，从图4-2中可以看出此速度稳定，变化均匀，满足偏移成像对速度模型的要求。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (2)

1.一种时间域地震层速度反演方法，其特征在于：所述方法首先通过地震测井获取初始瞬时速度，然后建立瞬时速度与均方根速度之间的关系，将所述初始瞬时速度转换成均方根速度，再用实际拾取的均方根速度进行约束构建目标函数，然后求解目标函数得到更新速度模型所需的变量，通过多次迭代后，当目标函数的值小于阀值ε时，得到最终的层速度。

2.根据权利要求1所述的时间域地震层速度反演方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第一步：获取初始瞬时速度：

将测井速度或平均瞬时速度作为初始瞬时速度；

第二步：构建速度更新方程如下：

V_n(t)＝V_n-1+ΔV*e^-kt             (1)

(1)式中，V_n(t)是待求解的层速度，ΔV是速度差，n代表第n次迭代，k为速度变化梯度，k的初始值设为零，*表示相乘，e为自然指数；

第三步：求取均方根速度，计算公式为：

$V_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,t)=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{V}_n^2\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}}=\sqrt{\frac{1}{t}\·\underset{0}{\overset{t}{\∫}}(V_n^2+2V_n\mathrm{\ΔV}\·e^{-2\mathrm{k\τ}}+\mathrm{\Δ}{V}^2\·e^{-2\mathrm{kt}})\mathrm{d\τ}}---\left(2\right)$

(2)式中，n的初始值为1，当n＝1时，设ΔV＝0，k＝0，则V₁＝V₀，V₀为第一步得到的初始瞬时速度；

第四步：构建目标函数如下：

$\mathrm{\Φ}(\mathrm{\ΔV},k)=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{{[V}_{\mathrm{rms}}^{\mathrm{cal}}(\mathrm{\ΔV},k,i)-V_i^{\mathrm{data}}]}^2\→\mathrm{Min}---\left(3\right)$

(3)式中，I为速度的时间采样点数，为初始拾取的均方根速度；通过求解所述目标函数求得变量ΔV和k；

第五步，将第四步求得的ΔV和k代入公式(1)，得到新的层速度，同时判断目标函数值是否小于阀值ε，如果是，则所述新的层速度即为最终的层速度数据体，然后转入第六步，否则，使n＝n+1，然后返回第二步；

第六步，输出所述层速度数据体。

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