CN107817516A - 基于初至波信息的近地表建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于初至波信息的近地表建模方法及系统。该方法可以包括：1)基于叠前数据，拾取初至波旅行时；2)建立反映地下介质速度分布的初始速度模型；3)基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差；4)基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数；5)基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量；6)基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果；7)当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型。

Description

基于初至波信息的近地表建模方法及系统

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，更具体地，涉及一种基于初至波信息的近地表建模方法及系统。

背景技术

在地表条件复杂的区域，如沙漠地区，山前带地区等，地表速度的准确程度对速度分析，偏移成像的质量，静校正的精度都会造成不同程度的影响，地表速度的横向剧烈的变化会严重影响中深层的成像结果，准确的建立近地表模型已成为地下准确成像的条件，同时也可用来做近地表调查，指导野外施工，确定井位，做静校正的计算等。近地表速度建模的方法有很多，包括层析法，折射法，面波法等。

发明人发现，旅行时层析法是目前速度建模的一种准确高效的方法，其基于射线理论，利用地震波旅行时信息来反演地下速度，具有以下特点(1)地震走时信息主要取决于介质的速度分布，受激发和接收条件的影响较小；(2)射线追踪方法很多，计算效率高；(3)将非线性问题线性化后得到大型稀疏层析方程组，求解该层析方程组的方法很多，通过多次迭代能够得到更为可靠的反演结果。对于近地表速度反演的初至波层析实现过程中不必对低速带速度和厚度等做任何假设与限制，也不需要分清初至波属于哪种类型，只要旅行时信息量充足就能得到地下不同深度的速度值，并且拾取初至时间比较准确，也较易推广到三维情况。因此，有必要开发一种基于初至波信息的高精度的近地表建模方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种基于初至波信息的近地表建模方法及系统，其能够通过最短路径射线追踪理论模拟得到较为准确的初至波旅行时，然后将计算初至波旅行时和拾取初至旅行时做残差，并将残差和核函数组成层析反演方程组，通过迭代反演求解出精确的近地表速度场。实现作为后续深层深度域建模和偏移成像提供精确的速度输入，为复杂地表全速度场建模及地质解释提供技术支撑。

根据本发明的一方面，提出了一种基于初至波信息的近地表建模方法方法。所述方法可以包括：1)基于叠前数据，拾取初至波旅行时；2)建立反映地下介质速度分布的初始速度模型；3)基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差；4)基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数；5)基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量；6)基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果；7)当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型。

根据本发明的另一方面，提出了一种基于初至波信息的近地表建模系统，所述系统可以包括：A)用于基于叠前数据，拾取初至波旅行时的单元；B)用于建立反映地下介质速度分布的初始速度模型的单元；C)用于基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差的单元；D)用于基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数的单元；E)用于基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量的单元；F)用于基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果的单元；G)用于当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型的单元。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的基于初至波信息的近地表建模方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的真实速度模型的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的初始梯度速度模型的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的真实速度模型射线追踪的示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的初至层析反演速度模型的示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的初始速度、真实速度以及反演速度对比图的示意图。

具体实施方式

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

实施例1

图1示出了基于初至波信息的近地表建模方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的基于初至波信息的近地表建模方法可以包括：

1)基于叠前数据，拾取初至波旅行时；

2)建立反映地下介质速度分布的初始速度模型；

3)基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差；

4)基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数；

5)基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量；

6)基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果；

7)当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型。

该实施例通过最短路径射线追踪理论模拟得到较为准确的初至波旅行时，然后将计算初至波旅行时和拾取初至旅行时做残差，并将残差和核函数组成层析反演方程组，通过迭代反演求解出精确的近地表速度场。实现作为后续深层深度域建模和偏移成像提供精确的速度输入，为复杂地表全速度场建模及地质解释提供技术支撑。

下面详细说明根据本发明的基于初至波信息的近地表建模方法的具体步骤。

在一个示例中，可以基于叠前数据，拾取初至波旅行时。

在一个示例中，叠前数据可以包括观测系统数据，激发点数据以及接收点高程。

在一个示例中，可以建立反映地下介质速度分布的初始速度模型。

在一个示例中，可以基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差。

其中，所述最短路径射线追踪是在全局速度场中寻找一点到另一点的最小走时，将其作为两点间的旅行时，将其路径作为两点间相应的射线路径。具体可以为：

a)初始时Q集合包含所有节点，除震源S的旅行时已知为t_s＝O外，其余所有节点的旅行时均为t_i，其中，i属于Q但不等于S，集合为空集；

b)在Q中找一个旅行时最小的节点i，它的旅行时为t_i；

c)确定与节点i相连的所有节点的集合V；

d)求节点j，其中j属于V且j不属于P，与节点i连线的旅行时d_t；

e)求节点j的新旅行时t_j：取原有旅行时t_j与t_j+d_t的最小值；

f)将i点从Q集合转到P集合；

g)若P集合中的节点个数小于总节点数N，转b)，否则结束旅行时追踪；

h)从接收点开始倒推出各道从源点到接收点的射线路径，只要每个节点记下使它形成最小旅行时的前一个节点号，倒推出射线路径。

t_j＝t_i+d_ijs (1)

其中，t_j表示j节点旅行时，t_i表示i节点旅行时，d_ij表示当前i节点与j节点之间的距离，s表示当前所处网格的慢度。

在一个示例中，可以在进行最短路径射线追踪时分别以炮点、检波点为激发点计算正、反向旅行时。

在一个示例中，可以基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数。

在一个示例中，可以基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量。

其中所述层析反演：

在高频近似理论下，地震波可以认为是沿着射线路径在慢度场内进行传播，地震记录的反射旅行时则是地震波沿射线路径的传播时间，在各向同性条件下，旅行时可以表示为沿着射线路径的Radon变换(将x，y域变为s，r激发接收点域)

t(s,r)＝∫_L(s,r)s(x,y)dl (2)

其中，t(s,r)表示初至波旅行时，s和r分别表示激发点和接收点，L(s,r)表示从激发点s到接收点r的射线路径，s(x,y)表示慢度，dl表示沿射线路径的距离增量，在离散情况下上式变为：

其中，Δl_j表示当前射线在j网格内的长度，m_j表示j网格内的慢度，每条射线都对应一个层析方程，所有射线的方程便组成了一个庞大的稀疏线性方程组

t＝Lm (4)

首先要建立一个假设的初始速度模型，此模型越接近真实速度模型越好。在这个初始速度模型中进行射线追踪得到矩阵L和模型旅行时t，将此时间记为t_cal，初至波旅行时为t_obs，将这两个时间相减得到旅行时残差Δt：

Δt＝t_obs-t_cal＝L_truem_true-Lm＝L·Δm (5)

其中，Δt表示旅行时残差，t_obs表示初至波旅行时，t_cal表示模型旅行时，L_true表示观测记录的射线路径长度，m_true表示观测记录模型，Δm表示慢度残差(观测与计算模型慢度之差)，L表示计算射线路径长度。

通过旅行时残差Δt和L矩阵的逆就可以得到慢度扰动来更新速度场。通过对初始速度场进行修正得到新的模型，再射线追踪求取矩阵L，求逆，得到新的修正值，这样的过程反复迭代多次，直到达到事先给定的精度为止。

在一个示例中，可以基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果。

在一个示例中，可以当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型。

在一个示例中，可以当所述迭代的结果不满足精度要求时，重复步骤2)-6)，直到所述迭代的结果满足精度要求。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

起伏地表建模方法

参数设置如下：

起伏面上为空气，速度场采样点数为301*101，横向采样间隔为10m，纵向采样间隔同样为10m，最大深度1000米；起伏面下位置(2200米,1700米)和(900米,1700米)分别设计高速异常体和低速异常体，速度分别为4000m/s和1500m/s，异常体下为多个水平层。设计地表激发地表接收观测系统，炮点位置起始(0,0)，炮间距10米，共301炮，每炮301接收，第一道位置(0,0)，道间距10米。

图2示出了根据本发明的一个实施例的真实速度模型的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的初始梯度速度模型的示意图。其中，速度起始为2000m/s，梯度10m/s。

图4示出了根据本发明的一个实施例的真实速度模型射线追踪的示意图。其中，横坐标表示距离，单位为米，纵坐标表示深度，单位为米，图中可以清晰看到回转波及折射波等初至波现象。

图5示出了根据本发明的一个实施例的初至层析反演速度模型的示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的初始速度、真实速度以及反演速度对比图的示意图。其中，横坐标表示速度，单位为米/秒，纵坐标表示深度，单位为米；通过将速度场1500米处的初始速度、真实速度及反演速度对比可以发现，反演的速度曲线与真实速度随着深度增加，保持趋势一致，并与真实速度十分吻合，证明本发明方法在近地表建模上的有效性。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

实施例2

根据本发明的实施例，提供了一种基于初至波信息的近地表建模系统，所述系统可以包括：

A)用于基于叠前数据，拾取初至波旅行时的单元；

B)用于建立反映地下介质速度分布的初始速度模型的单元；

C)用于基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差的单元；

D)用于基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数的单元；

E)用于基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量的单元；

F)用于基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果的单元；

G)用于当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型的单元。

该实施例通过最短路径射线追踪理论模拟得到较为准确的初至波旅行时，然后将计算初至波旅行时和拾取初至旅行时做残差，并将残差和核函数组成层析反演方程组，通过迭代反演求解出精确的近地表速度场。实现作为后续深层深度域建模和偏移成像提供精确的速度输入，为复杂地表全速度场建模及地质解释提供技术支撑。

在一个示例中，还可以进一步包括用于当所述迭代的结果不满足精度要求时，重复单元B)-F)，直到所述迭代的结果满足精度要求的单元。

在一个示例中，叠前数据可以包括观测系统数据，激发点数据以及接收点高程。

在一个示例中，在进行最短路径射线追踪时可以分别以炮点、检波点为激发点计算正、反向旅行时。

在一个示例中，所述层析反演方程组可以表示为：

Δt＝L·Δm

其中，Δt表示旅行时残差，L表示计算射线路径长度，Δm表示慢度残差。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，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 (10)

1.一种基于初至波信息的近地表建模方法，包括：

1)基于叠前数据，拾取初至波旅行时；

2)建立反映地下介质速度分布的初始速度模型；

3)基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差；

4)基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数；

5)基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量；

6)基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果；

7)当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型。

2.根据权利要求1所述的基于初至波信息的近地表建模方法，其中，还包括：

8)当所述迭代的结果不满足精度要求时，重复步骤2)-6)，直到所述迭代的结果满足精度要求。

3.根据权利要求1所述的基于初至波信息的近地表建模方法，其中，所述叠前数据包括观测系统数据，激发点数据以及接收点高程。

4.根据权利要求1所述的基于初至波信息的近地表建模方法，其中，在进行最短路径射线追踪时分别以炮点、检波点为激发点计算正、反向旅行时。

5.根据权利要求1所述的基于初至波信息的近地表建模方法，其中，所述层析反演方程组表示为：

Δt＝L·Δm

其中，Δt表示旅行时残差，L表示计算射线路径长度，Δm表示慢度残差。

6.一种基于初至波信息的近地表建模系统，包括：

A)用于基于叠前数据，拾取初至波旅行时的单元；

B)用于建立反映地下介质速度分布的初始速度模型的单元；

C)用于基于所述初始速度模型，进行最短路径射线追踪，获得相应的模型旅行时，并与拾取的所述初至波旅行时做差，获得旅行时残差的单元；

D)用于基于所述初始速度模型，获得初至射线追踪计算核函数的单元；

E)用于基于所述旅行时残差和所述核函数，建立层析反演方程组，求解所述层析反演方程组获得参数更新量的单元；

F)用于基于所述参数更新量，对所述初始速度模型进行修改，获得迭代的结果的单元；

G)用于当所述迭代的结果满足精度要求时，获得近地表模型的单元。

7.根据权利要求6所述的基于初至波信息的近地表建模系统，其中，还包括：

H)用于当所述迭代的结果不满足精度要求时，重复单元B)-F)，直到所述迭代的结果满足精度要求的单元。

8.根据权利要求6所述的基于初至波信息的近地表建模系统，其中，所述叠前数据包括观测系统数据，激发点数据以及接收点高程。

9.根据权利要求6所述的基于初至波信息的近地表建模系统，其中，在进行最短路径射线追踪时分别以炮点、检波点为激发点计算正、反向旅行时。

10.根据权利要求6所述的基于初至波信息的近地表建模系统，其中，所述层析反演方程组表示为：

Δt＝L·Δm

其中，Δt表示旅行时残差，L表示计算射线路径长度，Δm表示慢度残差。