CN105301636B - 速度模型的建立方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种速度模型的建立方法和装置，其中，该方法包括：获取观测数据；对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型。本发明解决了现有技术中反射波波动方程旅行时反演所存在的多解性和观测数据与模拟数据的旅行时不匹配的技术问题，达到了使得得到的速度模型更为符合地质构造的技术效果。

Description

速度模型的建立方法和装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种速度模型的建立方法和装置。

背景技术

速度建模是地震数据处理中的关键步骤，通过速度建模所建成的速度模型的好坏，会直接影响地震数据处理的最终成果，即，会影响最终建立的地震剖面的质量。

目前速度建模方法主要包括以下两类：

第一类，传统的基于射线追踪(ray tracing)的建模方法，例如：反射层析反演方法(Reflection Tomography)，该方法的优点是计算量小，甚至单机就可以完成，该方法的缺点是建成的模型比较光滑，缺少细节，这种缺陷的产生主要是由射线追踪方法的限制决定的，射线追踪本身是在高频假设(High frequency assumption)对波动方程的一个近似解，因此对速度模型有一定的连续性要求，如果速度模型有很多细节(例如：明显的边界)，则射线追踪会失败。

第二类，基于波动方程的建模方法，该方法的特点就是直接求解波动方程，因此有建成精细模型的潜力。这一类方法的代表就是FWI(Full Waveform Inversion，全波形反演)，FWI是将速度建模转化为一个优化方法，即，首先计算一个目标函数(对FWI来说目标函数是模拟数据和实际数据的差)，然后计算这个目标函数对模型的梯度，然后再基于梯度的优化方法(最陡下降或共轭梯度等方式)优化目标函数。

在实际应用的过程中，发现FWI也存在以下问题，具体如下：

1)常规的FWI方法在计算目标函数时直接将模拟数据和观测数据相减，这会引起两个问题：(a)当同一时间在模拟数据和观测数据中的旅行时相差过大时(例如：超过半个周期)，直接相减得到的目标函数不能保证模型优化向正确方向进行，这一现象称为“周期跃迁”(Cycle Skipping)；(b)观测数据由两个要素组成，即旅行时和振幅，旅行时仅和速度有关，而振幅不仅取决于速度，也取决于密度和吸收因子(Q factor)等其他因素，FWI要求模拟数据和观测数据的旅行时和振幅都相同，在实践中是很难实现的。

2)常规的FWI方法主要作用于地震数据的折射波部分和低频部分，而常规的数据处理流程主要针对数据的反射部分和高频部分，因此FWI往往要求重新开发处理流程，并重新处理数据。

为了解决常规的FWI所面临的各种问题，目前比较好的处理方式是采用反射波波动方程旅行时反演(Reflection Wave Equation Travel Time Inversion，简称为RWETTI)的方式，该方法的优点是：优化了观测数据和模拟数据的旅行时差，因此可以解决“周期跃迁”和振幅不匹配的问题，同时可以直接作用于数据的反射波部分，因此不需要重新处理数据。

然而，反射波波动方程旅行时反演方法也有一定的缺陷，具体如下：

1)匹配观测数据和模拟数据的旅行时是非常困难的一个任务，在实际的实践过程中，观测数据和模拟数据都是非常复杂的，两个数据中各自有都有上百个反射信号，然而，旅行时反演需要在对这些反射信号建立一一对应的关系，这是一个难以解决的问题，目前有些人会采用dynamic warping的方法，但是效果并不理想。

2)RWETTI作为一个优化问题，其输入(已知条件)是在地表(二维平面)上采集的地震数据，而输出(未知数)是三维的地下速度模型。由此可见，输入条件数是小于未知数个数的，因此会存在多解性问题，也就是说会有很多速度模型都可以满足使目标函数达到最小的条件，而且相互之间没有优劣之分。

正是因为上述这些问题的存在，使得基于现有的反射波波动方程旅行时反演方式所得到反演结果更新后的速度模型与实际地质构造不符。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种速度模型的建立方法，以达到使得最终建立速度模型可以更为符合实际的地质构造的目的，该方法包括：

获取观测数据；

对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型。

在一个实施方式中，逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演，包括：

对每个层位做如下操作：

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；

对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；

对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

在一个实施方式中，对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据，包括：

对当前的深度域层位做Born模拟得到当前层位的模拟数据。

在一个实施方式中，对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面，包括：

对所述观测数据进行动校正和叠加操作得到时间域地震剖面；

相应地，

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据，包括：对当前的时间域层位进行反动校正处理得到当前层位的观测数据。

在一个实施方式中，逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演，包括：

从上到下逐层，对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

或者，从下到上逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演。

本发明实施例还提供了一种速度模型的建立装置，以达到使得最终建立速度模型可以更为符合实际的地质构造的目的，该装置包括：

获取模块，用于获取观测数据；

处理模块，用于对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

叠前偏移模块，用于对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

拾取模块，用于从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

反演模块，用于逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

更新模块，用于根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型。

在一个实施方式中，所述反演模块包括：

反演单元，用于对每个层位做如下操作：

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；

对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；

对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

在一个实施方式中，所述反演单元，具体用于对当前的深度域层位做Born模拟得到当前层位的模拟数据。

在一个实施方式中，所述处理模块，具体用于对所述观测数据进行动校正和叠加操作得到时间域地震剖面；相应地，所述反演单元，具体用于对当前的时间域层位进行反动校正处理得到当前层位的观测数据。

在一个实施方式中，所述反演模块，具体用于从上到下逐层，对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；或者，从下到上逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演。

在本发明实施例中，引入了层位信息进行反射波波动方程旅行时反演，从而解决了现有技术中反射波波动方程旅行时反演的多解性问题，进一步的，因为时间域地震剖面和深度域地震剖面是基于同一观测数据获取的，因此层位之间可以尽可能保证一一对应，再拾取层位的时候也保证按照一一对应的方式拾取，从而可以使得反演过程中观测数据和模拟数据的旅行时匹配不会出错，且是逐层做反演，因此使得得到的速度模型更为符合地质构造。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的速度模型的建立方法的方法流程图；

图2是根据本发明实施例的动校正和叠加示意图；

图3是根据本发明实施例的速度模型的建立装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人考虑到，可以通过引入层位信息来解决RWETTI中的多解性问题，通过对同一组观测数据处理得到时间域地震剖面和深度域地震剖面，可以解决观测数据和模拟数据的旅行时难以匹配的问题。在本申请实施例中，提出了一种速度模型的建立方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：获取观测数据；

所谓的观测数据指的就是实际观测和检测到的地震数据，这些数据主要是通过实测方式获得的，是地层的真实数据，例如可以通过炮点和建波点的方式获得。在获取到观测数据，可以对观测数据进行一些常规的数据处理，例如去噪滤波等等。

步骤102：对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

具体地，可以对观测数据进行动校正和叠加操作以得到时间域地震剖面；

其中，动校正(Normal Moveout Correction，简称为NMO)，指的是在界面水平的情况下，从观测到的反射波旅行时中减去正常时差△t，得到x/2处的时间t0时间。这一过程称为正常时差校正或动校正。其中，正常时差是由于炮检距引起的非零炮检距与零炮检距的反射时间之差，动校正是将不同炮检距的反射时间校正到零炮检距反射时间的过程。动校正中“动”的概念主要体现在同一地震道上不同反射时间的动校正量不同。

动校正和叠加是地震信号数字处理基本内容之一，叠加的目的是压制干扰，提高地震资料的信噪比，动校正的目的是消除炮检距对反射波旅行时的影响，校平共深度点反射波时距曲线的轨迹，增强利用叠加技术压制干扰的能力，减小叠加过程引起的反射波同相轴畸变。

如图2所示，为动校正和叠加的示意图，一般如图2所示，先执行动校正再执行那个叠加，最终得到的就是时间地震剖面。

步骤103：对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

其中，叠前时间偏移是复杂构造成像最有效的方法之一，该方法可以适应纵横向速度变化较大的情况，适用于大倾角的偏移成像。影响偏移成像效果的主要因素是偏移孔径和偏移速度。偏移孔径过小，偏移剖面将损失陡倾角的同相轴；偏移的孔径过大，会降低信噪比资料的偏移质量，在实际使用中应根据倾角来确定孔径。叠前偏移对偏移速度较敏感，较小的速度误差都可能影响偏移成像效果，可以通过迭代确定最佳偏移速度。

具体地，可以用以下两种方法进行叠前时间偏移：用于准确构造成像的叠前时间偏移和振幅保持叠前时间偏移，这两种方法都可以通过Kirch-hoff型和波动方程型方式实现.。在实际使用中，可以按照需要选择叠前时间偏移的实现方法和方式，本申请对此不作限定，且上述几种实现方法和实现方式仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定，还可以采用其它的实现方法和实现方式。

步骤104：从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，且所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

因为时间域地震剖面和深度域地震剖面是根据同一组观测数据处理得到的，因此，时间域地震剖面和深度域地震剖面的主要层位之间存在一一对应关系，这样分别在时间域地震剖面和深度域地震剖面上拾取一套层位，两者的层位一定是一一对应的。在这种前提下，再逐层进行RWETTI，两套数据每层的层位也相应的是对应的。

其中，层位(horizon)指的是在地层层序中的某一特定位置，地层层位有许多种，例如：具有特殊岩性特征的岩性层位，具有特殊化石的化石层位，具有特定时代的年代层位，以及地震层位、电测层位等。因此地层的层位可以是地层单位的界线，也可以是属于某一特定时代的标志层等。

该步骤可以是由解释人员执行，他们可以按照需求从时间域地震剖面和深度域地震剖面上分别拾取一套层位，在拾取的过程中，解释人员需要保证层位是一一对应的。

步骤105：逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

可以从上到下逐层进行，也可以从下到上逐层进行，然而这种顺序逐层仅仅是为了操作时候规律又方便，在具体实现的时候，也可以随机选取层进行处理，只要保证遍历了所有层就可以，具体的实现方式，不作限定，可以根据实际需要选取。

具体地，可以按照以下方式对各层位进行处理，以实现反射波波动方程旅行时反演，包括：

S1：对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；

如果当时的时间域地震剖面是通过对观测数据进行动校正和叠加操作得到的，那么此处可以是对当前的时间域层位进行反动校正处理以得到当前层位的观测数据。

S2：对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；

具体地，可以采用对深度域层位做Born模拟以得到当前层位的模拟数据。

其中，所谓Born模拟的执行过程包括：先根据下行波动方程产生下行模拟波场，然后用得到的下行模拟波场乘以反射率，通过上行波动方程对上述模拟乘以反射率的下行模拟波场进行处理得到上行波场，该最终得到的上行波场即为Born模拟得到的结果。

S3：对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

步骤106：根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型。

即，在得到反射波波动方程旅行时反演结果后，就可以根据该结果来对速度模型进行更新了，以得到更为精准的速度模型。

在上述实施例中，考虑到引入了地质条件约束来解决多解性问题，具体来讲是引入层位约束，层位约束的原理是：地下的结构以及速度并不是完全随机的，而是有一定规律可循的，其中较为重要的一条规律就是同一地质年代的地层速度变化小，不同地质年代之间速度差异大，因此有了地层的概念，从而使得地质学家可以根据地震刨面解释出地层的具体位置。因此，在本申请实施例中就在现有的RWETTI方法中导入了层位信息，从而使得生成的速度模型可以更为符合地质结构。

进一步地，在本申请中利用了地震数据处理的一个特性：观测数据经动校正(NMO)和叠加得到的时间域地震刨面和同一观测数据经叠前深度偏移得到深度域地震刨面的主要层位之间存在一一对应关系。根据这一特性，在时间域地震刨面和深度域地震刨面上各拾取一套层位，这两套层位也必然是有一一对应关系的。在得到两套层位以后，可以逐层进行RWETTI：首先，对时间域层位做反动校正以得到观测数据，然后，对深度域层位做Born模拟得到模拟数据，然后，再对这两套数据做RWETTI。

通过上述方式，得到的两套数据都只有一个反射波，因此反演过程中观测数据和模拟数据的旅行时匹配不会出错，匹配模拟数据和观测数据是一定正确的，且因为逐层做反演，得到的速度模型自然符合地质构造。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种速度模型的建立装置，如下面的实施例所述。由于速度模型的建立装置解决问题的原理与速度模型的建立方法相似，因此速度模型的建立装置的实施可以参见速度模型的建立方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3是本发明实施例的速度模型的建立装置的一种结构框图，如图3所示，包括：获取模块301、处理模块302、叠前偏移模块303、拾取模块304、反演模块305和更新模块306，下面对该结构进行说明。

获取模块301，用于获取观测数据；

处理模块302，用于对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

叠前偏移模块303，用于对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

拾取模块304，用于从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

反演模块305，用于逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

更新模块306，用于根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型。

在一个实施方式中，反演模块305可以包括：反演单元，用于对每个层位做如下操作：对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

在一个实施方式中，反演单元，具体可以用于对当前的深度域层位做Born模拟得到当前层位的模拟数据。

在一个实施方式中，处理模块302，具体可以用于对所述观测数据进行动校正和叠加操作得到时间域地震剖面；相应地，所述反演单元，具体可以用于对当前的时间域层位进行反动校正处理得到当前层位的观测数据。

在一个实施方式中，反演模块305，具体可以用于从上到下逐层，对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；或者，从下到上逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：引入了层位信息进行反射波波动方程旅行时反演，从而解决了现有技术中反射波波动方程旅行时反演的多解性问题，进一步的，因为时间域地震剖面和深度域地震剖面是基于同一观测数据获取的，因此层位之间可以尽可能保证一一对应，再拾取层位的时候也保证按照一一对应的方式拾取，从而可以使得反演过程中观测数据和模拟数据的旅行时匹配不会出错，且是逐层做反演，因此使得得到的速度模型更为符合地质构造。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种速度模型的建立方法，其特征在于，包括：

获取观测数据；

对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型；

其中，逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演，包括：

对每个层位做如下操作：

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；

对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；

对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据，包括：

对当前的深度域层位做Born模拟得到当前层位的模拟数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面，包括：

对所述观测数据进行动校正和叠加操作得到时间域地震剖面；

相应地，

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据，包括：对当前的时间域层位进行反动校正处理得到当前层位的观测数据。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演，包括：

从上到下逐层，对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

或者，从下到上逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演。

5.一种速度模型的建立装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取观测数据；

处理模块，用于对所述观测数据进行处理得到时间域地震剖面；

叠前偏移模块，用于对所述观测数据进行叠前时间偏移得到深度域地震剖面；

拾取模块，用于从所述时间域地震剖面上拾取一套时间域层位，从所述深度域地震剖面上拾取一套深度域层位，其中，所述一套时间域层位与所述一套深度域层位的层位一一对应；

反演模块，用于逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；

更新模块，用于根据反射波波动方程旅行时反演结果更新速度模型；

其中，所述反演模块包括：

反演单元，用于对每个层位做如下操作：

对当前的时间域层位进行处理得到当前层位的观测数据；

对当前的深度域层位做模拟得到当前层位的模拟数据；

对所述当前层位的观测数据和所述当前层位的模拟数据做反射波波动方程旅行时反演，得到当前层位的反射波波动方程旅行时反演结果。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述反演单元，具体用于对当前的深度域层位做Born模拟得到当前层位的模拟数据。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于对所述观测数据进行动校正和叠加操作得到时间域地震剖面；相应地，所述反演单元，具体用于对当前的时间域层位进行反动校正处理得到当前层位的观测数据。

8.如权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述反演模块，具体用于从上到下逐层，对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演；或者，从下到上逐层对所述一套时间域层位和所述一套深度域层位做反射波波动方程旅行时反演。