CN106569259A - 基于构造倾角的正则化层析速度反演方法和装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种基于构造倾角的正则化层析速度反演方法和装置，该方法包括：获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)；根据倾角来计算以所选择的每一点为中心的正则化算子s_i(y_sj,z_sk)：将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵；将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程；对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量。

Description

基于构造倾角的正则化层析速度反演方法和装置

技术领域

本发明涉及地震勘探中深度域的层析速度反演和建模，具体涉及一种基于构造倾角的正则化层析速度反演方法和装置，可应用于石油地球物理勘探的地震资料处理。

背景技术

基于射线理论的层析速度反演方法是目前工业领域应用最广泛的深度域速度估计方法。不过基于射线理论的层析方法存在明显的缺点，那就是由射线分布的不均匀性引起的层析反演反问题病态性更加明显。为了解决上述问题，不少学者采用正则化技术可显著解决射线层析中的上述问题，取得了一定的效果。把光滑算子加入层析反演灵敏度核函数中对反演的模型进行直接正则化约束，利用正则化思想实现了对反演模型的约束。

不过，发明人发现，上述方法仅从数学角度出发并没有考虑正则化算子的地质特征，因此当地层比较复杂，断层比较发育时，应用效果有待提高。

发明内容

本发明针对勘探地震叠前深度偏移处理中深度域层析速度反演建模的反演稳定性问题，利用地震剖面上提取的地层倾角信息，构建基于地质构造的层析速度反演正则化算子，进而将其作用到层析反演方程的求解中，该方法能够增加层析反演求解过程的稳定性，使得层析求解的结果具有构造意义，符合地质构造，且易于实现。

一方面提出了一种基于构造倾角的正则化层析速度反演方法，该方法包括：获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)，其中(y_j,z_k)代表偏移剖面上的每个点的坐标，y_j表示y方向的坐标，j的范围从1到J，z_k表示z方向的坐标，k的范围从 1到K；对于在所述偏移剖面上选择的要计算正则化算子的每一点(y_sj,z_sk)，根据该点的倾角θ(y_sj,z_sk)来计算以该点为中心的正则化算子：

其中y_sj表示所选择的点的y方向坐标，sj的范围从1到J；z_sk表示所选择的点的z方向坐标，sk的范围从1到K；θ(y_sj,z_sk)表示所选择的点的倾角，s_i(y_sj,z_sk)表示以(y_sj,z_sk)为中心的剖面上所有点的正则化算子数值，ry表示y方向的平滑半径，rz表示z方向的平滑半径，π代表圆周率，i代表剖面上每个点的顺序标记号，具体为i＝(j-1)*K+k，i的范围从1到J*K；将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵；将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程；对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量。

另一方面提出了一种基于构造倾角的正则化层析速度反演装置，该装置包括：用于获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)的部件，其中(y_j,z_k)代表偏移剖面上的每个点的坐标，y_j表示y方向的坐标，j的范围从1到J，z_k表示z方向的坐标，k的范围从1到K；用于对于在所述偏移剖面上选择的要计算正则化算子的每一点(y_sj,z_sk)，根据该点的倾角θ(y_sj,z_sk)来计算针对该点的正则化算子的部件：

其中y_sj表示所选择的点的y方向坐标，sj的范围从1到J；z_sk表示所选择的点的z方向坐标，sk的范围从1到K；θ(y_sj,z_sk)表示所选择的点的倾角，s_i(y_sj,z_sk)表示以(y_sj,z_sk)为中心的剖面上所有点的正则化算子数值，ry表示y方向的平滑半径，rz表示z方向的平滑半径，π代表圆周率，i代表剖面上每个点的顺序标记号， 具体为i＝(j-1)*K+k，i的范围从1到J*K；用于将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵的部件；用于将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程的部件；用于对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量的部件。

本发明基于地层构造倾角来构建正则化算子，具有较好的通用性，同时可以明显增强射线理论层析反演的稳定性，并且使得反演的速度模型更新量更加符合地质构造特征，具有实际应用价值，并且本发明易于实现，计算效率高。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明实施例的基于构造倾角的正则化层析速度反演方法的流程图。

图2示出了倾角的示意图。

图3a-3c示出了本发明实施例中不同倾角对应的正则化算子，其中图3a是倾角为0°的正则化算子，图3b是倾角为45°的正则化算子，图3c是倾角为90°的正则化算子。

图4示出了本发明实施例中没有使用沿构造正则化算子得到的速度更新量。

图5示出了本发明实施例中使用沿构造正则化算子得到的速度更新量。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明实施例的基于构造倾角的正则化层析速度反演方法的流程图，该方法包括：

步骤101，获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)。

可以利用作者提出的一种地层倾角检测方法方便地获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)，其中(y_j,z_k)代表偏移剖面上的每一个点的坐标，y_j表示y方向的坐标，j的范围从1到J，z_k表示z方向的坐标，k的范围从1到K。该方法流程为通过获取被分析点附近一定窗口内的地震波形数据，预设扫描倾角个数和范围，然后逐个倾角分析该窗口内地震波形数据的相似能量值，再从各个相似能量值中提取最大值，并将该最大相似能量值所对应的预设扫描倾角作为地层倾角。

当然，本领域技术人员也可以采用其他手段来获取偏移剖面上每个点的倾角。

步骤102，对于在偏移剖面上选择的要计算正则化算子的每一点(y_sj,z_sk)，根据该点的倾角θ(y_sj,z_sk)来计算以该点为中心的正则化算子：

其中y_sj表示所选择的点的y方向坐标，sj的范围从1到J；z_sk表示所选择的点的z方向坐标，sk的范围从1到K；θ(y_sj,z_sk)表示所选择的点的倾角，即该点的切线与y轴正方向的夹角，具体关系如图2所示。s_i(y_sj,z_sk)表示以(y_sj,z_sk)为中心的剖面上所有点的正则化算子数值，ry表示y方向的平滑半径，rz表示z方向的平滑半径，π代表圆周率，i代表剖面上每个点的顺序标记号，具体为i＝(j-1)*K+k，i的范围从1到J*K。

步骤103，将正则化算子排列成正则化矩阵。

在一个示例中，针对剖面上的每一点(y₀,z₀),(y₀,z₁)……(y₀,z_K),(y₁,z₀)……(y_J,z_K)，可将以该点为中心的正则化算子s_i(y₀,z₀)，s_i(y₀,z₁)……s_i(y₀,z_K),s_i(y₁,z₀)……s_i(y_J,z_K)分别作为正则化矩阵S的一行，从而构成正则化矩阵S：

步骤104，将该矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程。

正则化之前的层析方程可以表示为：

Ax＝b (3)

其中A是射线路径矩阵，x是速度更新量，b是成像道集上拾取的剩余时差。可将正则化矩阵作用到层析反演矩阵(3)上，得到正则化之后的层析反演方程如下。

ASS^-1x＝b (4)

其中S^-1表示S矩阵的逆矩阵，可进一步表示为

ASu＝b，其中u＝S^-1x (5)

步骤105，对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量。

可通过共轭梯度法可以对方程(5)进行求解，得到中间结果u，然后利用下述公式可以计算得到速度更新量x。

x＝Su (6)

上述方法针对层析反演不稳定的正则化约束问题，利用从地震剖面上提取的构造倾角信息，计算正则化算子，并将其作用到层析反演矩阵中，通过求解得到符合构造特征的速度更新量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明可以明显增强射线理论层析反演的稳定性，并且使得反演的速度模型更新量更加符合地质构造特征，具有实际应用价值。

2)本发明基于地层构造倾角来构建正则化算子，具有较好的通用性，具有广泛的应用前景；

3)本发明算法简单、易于实现，计算密度高，计算效率高，适合大规模计算。

本发明基于地层构造倾角来构建正则化算子，具有较好的通用性，同时可以明显增强射线理论层析反演的稳定性，并且使得反演的速度模型更新量更加符合地质构造特征，具有实际应用价值，并且本发明易于实现，计算效率高。

图3a-3c示出了本发明实施例中不同倾角对应的正则化算子，其中图2a是倾角为0°的正则化算子，图2b是倾角为45°的正则化算子，图2c是倾角为90°的正则化算子。

图4示出了本发明实施例中没有使用沿构造正则化算子得到的速度更新量。

图5示出了本发明实施例中使用沿构造正则化算子得到的速度更新量，通过对比图4和图5可以看出，使用沿构造正则化算子后，速度更新量更加平缓、更加符合同相轴的方向，图4中出现的局部异常值现象得到明显改善。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种基于构造倾角的正则化层析速度反演方法，该方法包括：

获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)，其中(y_j,z_k)代表偏移剖面上的每个点的坐标，y_j表示y方向的坐标，j的范围从1到J，z_k表示z方向的坐标，k的范围从1到K；

对于在所述偏移剖面上选择的要计算正则化算子的每一点(y_sj,z_sk)，根据该点的倾角θ(y_sj,z_sk)来计算以该点为中心的正则化算子：

$\begin{array}{c}{s}_i(y_{sj},z_{sk})=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·ry\·rz}e(-0.5*(\frac{{\left(\right(y_i-y_{sj}\left)\cos \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk})+(z_k-z_{sk}\left)\sin \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk}\left)\right)}^2}{{\mathrm{ry}}^2}\\ +\frac{{(-(y_i-y_{sj}\left)\sin \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk})+(z_k-z_{sk}\left)\cos \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk}\left)\right)}^2}{{\mathrm{rz}}^2}\left)\right)\end{array}$

其中y_sj表示所选择的点的y方向坐标，sj的范围从1到J；z_sk表示所选择的点的z方向坐标，sk的范围从1到K；θ(y_sj,z_sk)表示所选择的点的倾角，s_i(y_sj,z_sk)表示以(y_sj,z_sk)为中心的剖面上所有点的正则化算子数值，ry表示y方向的平滑半径，rz表示z方向的平滑半径，π代表圆周率，i代表剖面上每个点的顺序标记号，具体为i＝(j-1)*K+k，i的范围从1到J*K；

将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵；

将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程；

对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量。

2.根据权利要求1所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演方法，其中，将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵包括：

针对剖面上的每一点(y₀,z₀)，(y₀,z₁)……(y₀,z_K),(y₁,z₀)……(y_J,z_K)，将以该点为中心的正则化算子s_i(y₀,z₀)，s_i(y₀,z₁)……s_i(y₀,z_K),s_i(y₁,z₀)……s_i(y_J,z_K)分别作为正则化矩阵S的一行，从而构成正则化矩阵S：

$S=\left[\begin{array}{ccc}{s}_1(y_0,z_0)& s_2(y_0,z_0)......& s_{J*K}(y_0,z_0)\\ s_1(y_0,z_1)& s_2(y_0,z_1)......& s_{J*K}(y_0,z_1)\\ .& & \\ .& & \\ .& & \\ s_1(y_0,z_K)& s_2(y_0,z_K)......& s_{J*K}(y_0,z_K)\\ s_1(y_1,z_0)& s_2(y_1,z_0)......& s_{J*K}(y_1,z_0)\\ .& & \\ .& & \\ .& & \\ s_1(y_J,z_K)& s_2(y_J,z_K)......& s_{J*K}(y_J,z_K)\end{array}\right].$

3.根据权利要求2所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演方法，其中，将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上得到正则化之后的层析反演方程包括：

将正则化矩阵作用到如下正则化之前的层析反演方程上：

Ax＝b

其中A是射线路径矩阵，x是速度更新量，b是成像道集上拾取的剩余时差，得到正则化之后的层析反演方程如下：

ASS^-1x＝b

其中S^-1表示S矩阵的逆矩阵，可进一步表示为：

ASu＝b，其中u＝S^-1x。

4.根据权利要求3所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演方法，对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量包括：

对方程ASu＝b进行求解，得到中间结果u，然后利用下述公式计算得到速度更新量x：

x＝Su。

5.一种基于构造倾角的正则化层析速度反演装置，该装置包括：

用于获取偏移剖面上每个点的倾角θ(y_j,z_k)的部件，其中(y_j,z_k)代表偏移剖面上的每个点的坐标，y_j表示y方向的坐标，j的范围从1到J，z_k表示z方向的坐标，k的范围从1到K；

用于对于在所述偏移剖面上选择的要计算正则化算子的每一点(y_sj,z_sk)，根据该点的倾角θ(y_sj,z_sk)来计算针对该点的正则化算子的部件：

$\begin{array}{c}{s}_i(y_{sj},z_{sk})=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·ry\·rz}e(-0.5*(\frac{{\left(\right(y_i-y_{sj}\left)\cos \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk})+(z_k-z_{sk}\left)\sin \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk}\left)\right)}^2}{{\mathrm{ry}}^2}\\ +\frac{{(-(y_i-y_{sj}\left)\sin \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk})+(z_k-z_{sk}\left)\cos \mathrm{\θ}\right(y_{sj},z_{sk}\left)\right)}^2}{{\mathrm{rz}}^2}\left)\right)\end{array}$

其中y_sj表示所选择的点的y方向坐标，sj的范围从1到J；z_sk表示所选择的点的z方向坐标，sk的范围从1到K；θ(y_sj,z_sk)表示所选择的点的倾角，s_i(y_sj,z_sk)表示以(y_sj,z_sk)为中心的剖面上所有点的正则化算子数值，ry表示y方向的平滑半径，rz表示z方向的平滑半径，π代表圆周率，i代表剖面上每个点的顺序标记号，具体为i＝(j-1)*K+k，i的范围从1到J*K；

用于将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵的部件；

用于将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上，得到正则化之后的层析反演方程的部件；

用于对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量的部件。

6.根据权利要求5所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演装置，其中，将正则化算子s_i(y_sj,z_sk)排列成正则化矩阵包括：

针对剖面上的每一点(y₀,z₀)，(y₀,z₁)……(y₀,z_K),(y₁,z₀)……(y_J,z_K)，将以该点为中心的正则化算子s_i(y₀,z₀)，s_i(y₀,z₁)……s_i(y_0,z_K),s_i(y₁,z₀)……s_i(y_J,z_K)分别作为正则化矩阵S的一行，从而构成正则化矩阵S：

$S=\left[\begin{array}{ccc}{s}_1(y_0,z_0)& s_2(y_0,z_0)......& s_{J*K}(y_0,z_0)\\ s_1(y_0,z_1)& s_2(y_0,z_1)......& s_{J*K}(y_0,z_1)\\ .& & \\ .& & \\ .& & \\ s_1(y_0,z_K)& s_2(y_0,z_K)......& s_{J*K}(y_0,z_K)\\ s_1(y_1,z_0)& s_2(y_1,z_0)......& s_{J*K}(y_1,z_0)\\ .& & \\ .& & \\ .& & \\ s_1(y_J,z_K)& s_2(y_J,z_K)......& s_{J*K}(y_J,z_K)\end{array}\right].$

7.根据权利要求6所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演装置，其中，将该正则化矩阵作用到正则化之前的层析反演方程上得到正则化之后的层析反演方程包括：

将正则化矩阵作用到如下正则化之前的层析反演方程上：

Ax＝b

其中A是射线路径矩阵，x是速度更新量，b是成像道集上拾取的剩余时差，得到正则化之后的层析反演方程如下：

ASS^-1x＝b

其中S^-1表示S矩阵的逆矩阵，可进一步表示为：

ASu＝b，其中u＝S^-1x。

8.根据权利要求7所述的基于构造倾角的正则化层析速度反演装置，对正则化之后的层析反演方程进行求解，得到速度更新量包括：

对方程ASu＝b进行求解，得到中间结果u，然后利用下述公式计算得到速度更新量x：

x＝Su。