CN109655889B - 一种各向异性参数联合反演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种各向异性参数联合反演方法及系统，该方法包括：采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质相速度公式；采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量。本发明在各向异性层析反演理论的基础上，采用转换公式将TTI介质的V_p0、ε和δ三个数量级差距大的反演参数转换为三个数量级一致的速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR，并且重新定义反演矩阵，有效消除了由于TTI介质三参数数量级不一致导致的反演稳定性差的问题，提高了反演精度。

Description

一种各向异性参数联合反演方法及系统

技术领域

本发明属于油气勘探开发中的速度建模与地震成像技术领域，更具体地，涉及一种稳定的各向异性参数联合反演方法及系统。

背景技术

地下地层介质存在广泛的各向异性特征，传统的各向同性地震处理技术往往会导致成像精度不高甚至深度偏差问题，宽方位(甚至全方位)、三维VSP采集技术和高精度RTM成像技术的应用更是突显了各向异性的影响，各向异性地震处理技术可以解决各向同性处理带来的众多问题。各向异性参数建模是核心关键，产生的各向异性参数模型将直接影响后续地震处理效果，因此，发展各向异性参数建模技术具有迫切的现实意义。

在调研国内外可检测文献和专利、以及了解研究大型地球物理公司的软件产品的基础上，总结了与本发明相关的现有技术情况，概括如下：

(1)各向异性多参数顺序反演方法

由于TTI各向异性介质的多参数性质，以及参数之间数量级相差巨大的特性，造成多参数同时反演非常困难。因此，在各向异性处理发展的初期，出现了单参数顺序反演的策略，这种方法是按照TTI各向异性参数对角度的敏感性，从大到小逐一进行反演，是一种近似方法，但是这种方法避开了参数的数量级问题，反演非常稳定，如果在其间加入正则化手段和先验信息约束，则精度也能够达到勘探需求。由于顺序反演方法的高稳定性和不错的反演精度，虽然联合反演在不断的发展，但是工业界采用最广泛的依然是顺序反演方法。

(2)各向异性多参数归一化联合反演方法

顺序反演方法毕竟只是一种近似方法，可以使用辅助手段提高反演精度，但是其精度在达到一定程度后很难进一步提高。而联合反演则是最符合理论层析反演理论的方法，具有更高的先进性，从理论角度来说，联合反演的精度要比顺序反演高。为了克服参数数量级问题，学者提出了归一化联合反演方法，这种方法是在反演矩阵中加入归一化因子，使各向异性参数达到同一数量级，增强反演稳定性。但是该方法采用的是直接在ε和δ参数上乘以非常大的数，破坏了矩阵原有形态，反演精度受到影响。

以上两种方法是现阶段使用较为广泛的各向异性多参数反演方法，第一种方法是为了避开数量级问题的近似方法，第二种方法是强行将三个参数拉到同一数量级。两种方法的反演精度都受到影响。

发明内容

本发明的目的是通过理论更为先进的各向异性等效参数转换联合反演技术，有效提高层析反演的稳定性和精度，为各向异性偏移提供准确模型数据。

根据本发明的一个方面，提供一种各向异性参数联合反演方法，该方法包括：

采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量。

进一步地，根据参数之间的关系式(1)，将V_p0、ε和δ三个参数转换为三个速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。

进一步地，重新描述TTI介质三维相速度公式如下：

其中，

E＝-sinθsinθ′cos(φ-φ′)+cosθcosθ′

F＝(sinθcosθ′cos(φ-φ′)+cosθsinθ′)²+siⁿ2θsin²(φ-φ′)

式中，V为相速度，θ为出射方向与z轴的夹角，

为出射方位角，θ·为对称轴倾角，

为对称轴方位角。

进一步地，根据层析反演基本理论，推导出TTI介质层析反演方程如下：

KΔm＝Δτ

Δm＝[Δs_P0,Δs_HOR,Δs_NMO] (3)

其中，相慢度对于各个参数偏导数由新相速度推导得到：

其中，

式中，K为核函数矩阵，Δm为更新量矩阵，Δτ为时差矩阵，

为偏导数运算符号，s为慢度。

进一步地，采用SIRT或LSQR方法求解TTI介质层析反演方程(3)，同时得到三个速度的更新量；

通过式(5)所示的逆转换公式得到最终的TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量，如下所示：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。

根据本发明的另一方面，提供一种各向异性参数联合反演系统，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量。

本发明通过等效参数转换，将原三个数量级相差极大的各向异性参数转换为三个数量级一致的速度参数，直接避免了参数数量级不一致带来的影响，提高了层析反演的稳定性和收敛速度，改善了反演精度，能够为后续偏移成像、构造解释和储层预测等提供精确速度模型。

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示出了本发明的各向异性参数联合反演方法的流程图。

图2示出了SEG标准TTI模型示意图。

图3示出了等效参数联合层析反演结果示意图，图3(a)、3(b)、3(c)分别示出了三种不同参数的反演结果。

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。

油气勘探开发中的地震建模技术主要包括：基于井震结合的初始建模技术和基于层析反演的精细建模技术。本发明属于层析反演范畴，主要应用于TTI各向异性层析矩阵的求解。

TTI介质相比于各向同性介质，最显著的区别就是用来描述介质性质的参数由一个速度参数V变为了五个各向异性参数V_p0、ε、δ、θ和

其中，θ和

是对称轴倾角和方位角，通过地层扫描得到，不参与层析反演，参与层析反演的只有V_p0、ε和δ三个参数。由于V_p0、ε和δ三个参数数量级相差巨大，同时反演存在很强的不稳定性，本发明将其转换为数量级一致的三个速度参数，然后再进行求解。

如图1所示，本公开提出了一种各向异性参数联合反演方法，该方法包括：

采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量。

具体地，首先进行等效参数转换。

根据参数之间的关系式，将V_p0、ε和δ三个参数转换为三个速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR，关系式如下(式1)：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。V_p0、ε和δ三个参数采用的是各向异性初始模型数值。

接下来，建立层析反演方程。

经过等效参数转换，TTI各向异性介质的相速度公式形态也相应的发生了变化，如下所示(式2)：

其中，

E＝-sinθsinθ′cos(φ-φ′)+cosθcosθ′

F＝(sinθcosθ′cos(φ-φ′)+cosθsinθ′)²+sin²θsin²(φ-φ′)

式中，V为相速度，θ为出射方向与z轴的夹角，

为出射方位角，θ^·为对称轴倾角，

为对称轴方位角。

根据层析反演基本理论，可以推导出TTI介质层析反演方程的基本形式如下(式3)：

KΔm＝Δτ

Δm＝[Δs_P0,Δs_HOR,Δs_NMO] (3)

其中，相慢度对于各个参数偏导数由新相速度推导得到，具体形式如下(式4)：

其中，

式中，K为核函数矩阵，Δm为更新量矩阵，Δτ为时差矩阵，

为偏导数运算符号，s为慢度(速度的倒数)。

最后，求解层析反演方程。

式3即为TTI各向异性介质层析反演方程，采用现阶段较为普遍的SIRT或LSQR方法对其求解，同时得到三个速度的更新量，最后通过式5所示的逆转换公式得到最终的TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量，如下所示：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。

根据本发明的另一实施方式，提供一种各向异性参数联合反演系统，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量。

本发明在各向异性层析反演理论的基础上，采用转换公式将TTI介质的V_p0、ε和δ三个数量级差距大的反演参数转换为三个数量级一致的速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR，并且重新定义反演矩阵。该发明有效消除了由于TTI介质三参数数量级不一致导致的反演稳定性差的问题，提高了反演精度。

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。

下面参照附图描述本发明的一个实施例。图2示出了SEG标准TTI模型示意图。图3示出了等效参数联合层析反演结果示意图，图3(a)、3(b)、3(c)分别示出了三种不同参数的反演结果，其中，图3(a)、3(b)、3(c)分别为V_p0、ε、δ的反演结果。

采用SEG标准TTI模型进行验证，内含三种介质：ISO、VTI、TTI。其中，TTI介质又分为三个不同的角度：30°、51°和61°，具体情况如图2所示。从图3反演结果可以看出，采用本发明的方法反演稳定，结果精度较高，能够为后续偏移成像和构造解释等提供可靠数据。

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 (4)

1.一种各向异性参数联合反演方法，其特征在于，该方法包括：

采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量；

其中，根据参数之间的关系式(1)，将V_p0、ε和δ三个参数转换为三个速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数；

其中，重新描述TTI介质三维相速度公式如下：

其中，

E＝-sinθsinθ′cos(φ-φ′)+cosθcosθ′

F＝(sinθcosθ′cos(φ-φ′)+cosθsinθ′)²+sin²θsin²(φ-φ′)

式中，V为相速度，θ为出射方向与z轴的夹角，

为出射方位角，θ’为对称轴倾角，

为对称轴方位角；

其中，根据层析反演基本理论，推导出TTI介质层析反演方程如下：

KΔm＝Δτ

Δm＝[Δs_P0,Δs_HOR,Δs_NMO] (3)

其中，相慢度对于各个参数偏导数由新相速度推导得到：

其中，

式中，K为核函数矩阵，Δm为更新量矩阵，Δτ为时差矩阵，

为偏导数运算符号，s为慢度，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。

2.如权利要求1所述的各向异性参数联合反演方法，其特征在于，采用SIRT或LSQR方法求解TTI介质层析反演方程(3)，同时得到三个速度的更新量；

通过式(5)所示的逆转换公式得到最终的TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量，如下所示：

3.一种各向异性参数联合反演系统，其特征在于，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：采用TTI各向异性参数与V_NMO速度和V_HOR速度的关系进行等价转换；

用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新描述TTI介质三维相速度公式；

采用V_p0速度、V_NMO速度和V_HOR速度重新构建TTI各向异性介质层析反演方程，同时求解三个速度参数；

采用逆转换公式得到TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量；

其中，根据参数之间的关系式(1)，将V_p0、ε和δ三个参数转换为三个速度参数V_p0、V_NMO和V_HOR：

式中，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数；

其中，重新描述TTI介质三维相速度公式如下：

其中，

E＝-sinθsinθ′cos(φ-φ′)+cosθcosθ′

F＝(sinθcosθ′cos(φ-φ′)+cosθsinθ′)²+sin²θsin²(φ-φ′)

式中，V为相速度，θ为出射方向与z轴的夹角，

为出射方位角，θ’为对称轴倾角，

为对称轴方位角；

其中，根据层析反演基本理论，推导出TTI介质层析反演方程如下：

KΔm＝Δτ

Δm＝[Δs_P0,Δs_HOR,Δs_NMO] (3)

其中，相慢度对于各个参数偏导数由新相速度推导得到：

其中，

式中，K为核函数矩阵，Δm为更新量矩阵，Δτ为时差矩阵，

为偏导数运算符号，s为慢度，V_p0为纵波垂向速度，V_NMO为动校正速度，V_HOR为纵波横向速度，ε和δ为各向异性介质Thomsen参数。

4.如权利要求3所述的各向异性参数联合反演系统，其特征在于，采用SIRT或LSQR方法求解TTI介质层析反演方程(3)，同时得到三个速度的更新量；

通过式(5)所示的逆转换公式得到最终的TTI各向异性V_p0、ε和δ三参数的更新量，如下所示：

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