CN104898165A - 一种黄土塬近道约束层析静校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静校正技术领域，特别是一种采用近道信息进行约束反演解决黄土塬区静校正问题的方法，其特征是：它包括以下步骤：步骤1，截取近道初至数据，进行近道数据的迭代反演，得到浅层模型；步骤2，给定近地表浅层底界，结合浅层速度，建立约束权重场；步骤3，用约束权重场约束大范围偏移距初至数据迭代反演，循环迭代，使目标函数最小，得到最终速度模型；步骤4，计算静校正量。该方法能够得到准确的浅层速度模型，从而精确的计算出静校正量。

Description

一种黄土塬近道约束层析静校正方法

技术领域

本发明涉及静校正技术领域，特别是一种采用近道信息进行约束反演解决黄土塬区静校正问题的方法。

背景技术

中国鄂尔多斯盆地南部黄土塬区，海拔高程1100m-1640m，黄土厚度10-300m，近地表速度横向变化大，高速顶不稳定，巨厚的低降速层造成野外低速带调查结果误差非常大，部分地区甚至无法得到小折射和微测井资料，同时，有限的探测深度相对于几百米厚的黄土塬来说，无法精细刻画高精度的近地表速度分布；而目前采用的基于初至波层析反演理论的近地表反演方法，是假设地质模型由“块状”介质构成，每个单元的速度恒定，单元和单元之间速度不同，采用正、反演逐步迭代逼近的方法可以得到速度分布。从理论上讲，层析反演可以模拟任意复杂的近地表速度分布，允许地形剧烈起伏或速度横向变化，是目前最适合于黄土塬区近地表建模的算法。但是，由于受到观测系统和射线分布的影响，反演结果也存在一定的精度问题。因此，根据不同观测方式和数据特点，研究不同数据之间的相互约束和补充，进一步提高近地表模型的反演精度是解决黄土塬区静校正的关键。

在黄土塬地区得不到小折射微测井的前提下，可以采用近偏移距的信息得到更为准确的低速带速度信息，更好的解决静校正问题。

通过对黄土塬区地震资料的分析，认为大炮初至的近道信息可以近似等价于小折射资料，将近道的信息充分利用起来，相当于每一炮都做了小折射，将这些等价的小折射信息进行层析反演，就可以得到浅层高精度的速度模型，将反演的浅层模型作为约束权重场再进行全初至波的层析反演，可以进一步提高整个模型的反演精度，这种方法是目前解决黄土塬区静校正问题切实可行的技术路线，同时在生产实践中也得到了较好的效果。

我们知道，静校正问题解决的好坏取决于近地表速度模型的精度。准确的静校正量既需要足够深度的近地表模型也需要准确的近地表浅层速度，足够的深度才能完全的解决近地表对旅行时的影响，而准确的浅层速度对中长波长静校正有着至关重要的作用。为了保证模型深度，常规的大炮初至反演需要用到较大范围偏移距的初至数据，这时，地震波的传播路径包括了近地表浅中深层，旅行时不变的情况下，反演出来的近地表速度是浅中深层速度的一个平均值，会大大影响近地表浅层的速度。为了既保证足够的模型深度又得到精确的浅层速度，通常情况下我们会用小折射微测井等低测数据对反演过程进行约束，然而，低测数据的获得代价较高，且密度很低，有些工区没有低测数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种黄土塬近道约束层析静校正方法，该方法能够得到准确的浅层速度模型，从而精确的计算出静校正量。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：它包括以下步骤：

步骤1，截取近道初至数据，进行近道数据的迭代反演，得到浅层模型；

步骤2，给定近地表浅层底界，结合浅层速度，建立约束权重场；

步骤3，用约束权重场约束大范围偏移距初至数据迭代反演，循环迭代，使目标函数最小，得到最终速度模型；

步骤4，计算静校正量。

所述的步骤1是对采集的地震数据进行初至波拾取，截取近偏移距初至数据，建立初始模型，对近偏移距初至数据进行迭代反演，当误差值小于门槛值时，终止反演，得到浅层模型；

所述的截取近偏移距初至数据为偏移距小于500m范围内的初至数据。

所述的步骤2是在步骤1反演得到的浅层模型上，给定浅层底界，建立约束权重场，底界以上速度作为约束反演的约束条件。

所述的步骤3是对大范围偏移距初至数据，建立初始模型，以步骤2得到的约束权重场作为约束条件，进行约束迭代反演，当误差值小于门槛值时，终止反演，得到得到最终速度模型；

所述的门槛值是采样率*2。

所述的大范围偏移距初至数据为偏移距范围是0～最大偏移距的初至数据。

所述的步骤4是在步骤3得到的最终速度模型上，拾取近地表底界面，计算静校正量。

所述的迭代反演推导如下：

在层析反演中，M条射线和N个未知数建了的层析方程组可表示为：

AΔS＝ΔT

其中A、ΔS和ΔT分别是Jacob矩阵、慢度修正量和旅行时残差，

L个约束条件建立的约束方程组可表示为：

CΔS＝F

其中：

$\begin{array}{ccc}C=\left[\begin{array}{cccc}{c}_{11}& c_{12}& \·\·\·& c_{1N}\\ c_{21}& c_{22}& \·\·\·& c_{2N}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ c_{L1}& c_{L2}& \·\·\·& c_{\mathrm{LN}}\end{array}\right]& \mathrm{\ΔS}=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{s}_1\\ \mathrm{\Δ}{s}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{s}_N\end{array}\right]& F=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ f_L\end{array}\right]\end{array}$

在约束方程组中，利用大炮初至的近道信息，假设为通过近道信息建立的极浅近地表速度，那么有：

$c_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1& i=j\\ 0& i\≠j\end{array}\right.,f_i={\tilde{s}}_i-s_i$

i＝1,2,3,……L；j＝1,2,3,……N

式中Si为第i个单元上一次迭代层析反演慢度值；Δs_i为第i个单元上的慢度修正量；

旅行时和约束方程构建成的联合方程组可表示为：

BΔS＝H   ①

其中：

$B=\left[\begin{array}{c}A\\ \sqrt{\mathrm{\λ}}C\end{array}\right],H=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔT}\\ \sqrt{\mathrm{\λ}}F\end{array}\right],$ B是(M+L)×N维矩阵，λ为约束系数；

朗格朗日最优约束的目标函数可表示为：

ξ(ΔS)＝(BΔS-H)^T(BΔS-H)＝(AΔS-ΔT)^T(AΔS-ΔT)+λ(CΔS-F)^T(CΔS-F)

当目标函数最小时，存在▽ξ(ΔS)＝0，可获得方程①，使用LSQR方法求解约束层析方程式①，即可获得近道约束下的层析反演近地表速度模型，近道约束前的近地表模型和近道约束后的近地表模型。

本发明的有益效果是：本发明的约束层析反演技术将近道信息等价为高精度极浅层低速带信息，充分利用了采集数据的近偏移距信息，节约了野外采集成本，在客观条件的限制下能转换思路，结合大炮初至的优势，进一步提高了近地表模型的精度，静校正效果明显好于没有采用约束时的静校正效果，对近地表浅层的刻画比较精细，这种方式计算的静校正量更为准确，剖面的成像效果也更好。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的黄土塬近道约束层析静校正方法流程图。

图2是未采用约束条件建立的近地表模型示意图；

图3是采用约束条件建立的近地表模型示意图；

图4是近道约束前的近地表模型示意图；

图5是近道约束后的近地表模型示意图；

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种黄土塬近道约束层析静校正方法，如图1，具体它包括以下步骤：

步骤1，截取近道初至数据，进行近道数据的迭代反演，得到浅层模型；

步骤2，给定近地表浅层底界，结合浅层速度，建立约束权重场；

步骤3，用约束权重场约束大范围偏移距初至数据迭代反演，循环迭代，使目标函数最小，得到最终速度模型；

步骤4，计算静校正量。

本发明的约束层析反演技术将近道信息等价为高精度极浅层低速带信息，充分利用了采集数据的近偏移距信息，节约了野外采集成本，在客观条件的限制下能转换思路，结合大炮初至的优势，进一步提高了近地表模型的精度，静校正效果明显好于没有采用约束时的静校正效果，从图2及图3反演的近地表模型可以明显看到，图2中未采用约束条件建立的近地表模型低速成分较少，也就是说对于近地表浅层的刻画比较粗糙，而图3中采用约束条件建立的近地表模型低速成分较多，也就是说对近地表浅层的刻画比较精细，这种方式计算的静校正量更为准确，剖面的成像效果也更好。

实施例2

上述实施例中的步骤1的取近道初至数据，进行近道数据的迭代反演，得到浅层模型，是指对采集的地震数据进行初至波拾取，截取近偏移距初至数据，建立初始模型，对近偏移距初至数据进行迭代反演，当误差值小于门槛值时，终止反演，得到极浅层速度深度模型；门槛值是采样率*2。

其中截取近偏移距初至数据为偏移距小于500m范围内的初至数据。

步骤2的给定近地表浅层底界，结合浅层速度，建立约束权重场，是指在步骤1反演得到的模型上，给定浅层底界，建立约束权重场，底界以上速度作为约束反演的约束条件。

步骤3的用约束权重场约束大范围偏移距初至数据反演，循环迭代，使目标函数最小，得到最终速度模型，是指对大范围偏移距初至数据，建立初始模型，以步骤2得到的约束权重场作为约束条件，进行约束迭代反演，当误差值小于门槛值时，终止反演，得到最终近地表速度深度模型；

大范围偏移距初至数据为偏移距范围是0～3000m的初至数据。

步骤4的计算静校正量是指在步骤3得到的最终近地表模型上，拾取近地表底界面，计算静校正量。

实施例3

上述实施例1中的所述的迭代反演推导如下：

在层析反演中，M条射线和N个未知数建了的层析方程组可表示为：

AΔS＝ΔT

其中A、ΔS和ΔT分别是Jacob矩阵、慢度修正量和旅行时残差，

L个约束条件建立的约束方程组可表示为：

CΔS＝F

其中：

$\begin{array}{ccc}C=\left[\begin{array}{cccc}{c}_{11}& c_{12}& \·\·\·& c_{1N}\\ c_{21}& c_{22}& \·\·\·& c_{2N}\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ c_{L1}& c_{L2}& \·\·\·& c_{\mathrm{LN}}\end{array}\right]& \mathrm{\ΔS}=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{s}_1\\ \mathrm{\Δ}{s}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{s}_N\end{array}\right]& F=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ f_L\end{array}\right]\end{array}$

在约束方程组中，利用大炮初至的近道信息，假设为通过近道信息建立的极浅近地表速度，那么有：

$c_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1& i=j\\ 0& i\≠j\end{array}\right.,f_i={\tilde{s}}_i-s_i$

i＝1,2,3,……L；j＝1,2,3,……N

式中Si为第i个单元上一次迭代层析反演慢度值；Δs_i为第i个单元上的慢度修正量；

旅行时和约束方程构建成的联合方程组可表示为：

BΔS＝H   ①

其中：

$B=\left[\begin{array}{c}A\\ \sqrt{\mathrm{\λ}}C\end{array}\right],H=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔT}\\ \sqrt{\mathrm{\λ}}F\end{array}\right],$ B是(M+L)×N维矩阵，λ为约束系数；

朗格朗日最优约束的目标函数可表示为：

ξ(ΔS)＝(BΔS-H)^T(BΔS-H)＝(AΔS-ΔT)^T(AΔS-ΔT)+λ(CΔS-F)^T(CΔS-F)

当目标函数最小时，存在▽ξ(ΔS)＝0，可获得方程①，使用LSQR方法求解约束层析方程式①，即可获得近道约束下的层析反演近地表速度模型，近道约束前的近地表模型和近道约束后的近地表模型。

Claims (9)

1.一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：它包括以下步骤：

步骤1，截取近道初至数据，进行近道数据的迭代反演，得到浅层模型；

步骤2，给定近地表浅层底界，结合浅层速度，建立约束权重场；

步骤3，用约束权重场约束大范围偏移距初至数据迭代反演，循环迭代，使目标函数最小，得到最终速度模型；

步骤4，计算静校正量。

2.根据权利要求1所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的步骤1是对采集的地震数据进行初至波拾取，截取近偏移距初至数据，建立初始模型，对近偏移距初至数据进行迭代反演，当误差值小于门槛值时，终止反演，得到浅层模型。

3.根据权利要求2所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的截取近偏移距初至数据为偏移距小于500m范围内的初至数据。

4.根据权利要求1所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的步骤2是在步骤1反演得到的浅层模型上，给定浅层底界，建立约束权重场，底界以上速度作为约束反演的约束条件。

5.根据权利要求1所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的步骤3是对大范围偏移距初至数据，建立初始模型，以步骤2得到的约束权重场作为约束条件，进行约束迭代反演，当误 差值小于门槛值时，终止反演，得到得到最终速度模型。

6.根据权利要求5所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的门槛值是采样率*2。

7.根据权利要求5所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的大范围偏移距初至数据为偏移距范围是0～最大偏移距的初至数据。

8.根据权利要求1所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的步骤4是在步骤3得到的最终速度模型上，拾取近地表底界面，计算静校正量。

9.根据权利要求1所述的一种黄土塬近道约束层析静校正方法，其特征是：所述的迭代反演推导如下：

在层析反演中，M条射线和N个未知数建了的层析方程组可表示为：

AΔS＝ΔT

其中A、ΔS和ΔT分别是Jacob矩阵、慢度修正量和旅行时残差，

L个约束条件建立的约束方程组可表示为：

CΔS＝F

其中：

在约束方程组中，利用大炮初至的近道信息，假设 为通过近道信息建立的极浅近地表速度，那么有：

i＝1,2,3,……L；j＝1,2,3,……N

式中Si为第i个单元上一次迭代层析反演慢度值；Δs_i为第i个单元上的慢度修正量；

旅行时和约束方程构建成的联合方程组可表示为：

BΔS＝H   ①

其中：

B是(M+L)×N维矩阵，λ为约束系数；

朗格朗日最优约束的目标函数可表示为：

ξ(ΔS)＝(BΔS-H)^T(BΔS-H)＝(AΔS-ΔT)^T(AΔS-ΔT)+λ(CΔS-F)^T(CΔS-F)当目标函数最小时，存在▽ξ(ΔS)＝0，可获得方程①，使用LSQR方法求解约束层析方程式①，即可获得近道约束下的层析反演近地表速度模型，近道约束前的近地表模型和近道约束后的近地表模型。