CN109901221A - 一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，包括：读取地震观测记录，构建地震观测系统；参数初始模型建立，并转换为新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)；使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)进行震源波场正向延拓，求取记录残差；使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)震源波场逆向延拓，求取梯度；求取迭代步长，更新v_n,δ参数；判断是否满足收敛条件，输出模型。本发明基于敏感性分析采用了新的参数化方式，提高了δ参数的敏感性，有利于恢复地下各向异性参数，改善复杂地质构造的成像和解释结果。

Description

一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法

技术领域

本发明属于地球物理学技术领域，具体涉及一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法。

背景技术

地学研究与石油物探的水平不断提高，地震勘探的需求正逐步增多，地震勘探的精度需求也相应提高。为适应油气藏动态预测、岩性分析与构造分析等需求，因而进行更高质量的地震数据处理。常规地震勘探中，认为地球介质是各向同性的，即地震波在各个方向上的传播性质是一致的。采用地表激发人工震源，通过分布于地表的检波器接收的方法，进而对地震资料进行叠加、去噪、偏移与反演等一系列处理流程，得到最后的地震处理结果。各向异性性质是描述地震波在不同传播方向上差异，体现在速度、振幅等方面。各向异性性质是地球介质中的普遍现象，在沉积地层中，地震波的传播速度随着传播方向变化而发生变化，目前较为普遍的各向异性模型为VTI介质模型，即在横向上表现为各向同性性质，但是在垂直剖面上体现出各向异性性质。在油气勘探领域，有些复杂岩层或者地质构造的各向异性可达50％以上，如页岩、盐丘侧翼和岩下构造等等，在资料处理的过程中，考虑各向异性性质，能有效的提高的反演效果，为储层预测与地震资料解释提供更多的依据，提高勘探精度。

全波形反演技术是基于波动方程理论的一种获取地下介质参数的方法。全波形反演技术使用最优化方法考虑了整个波场的信息，有更高的计算精度。在实际的参数建模中，各向异性参数由于敏感性较低难以实现有效的恢复。

发明内容

本本发明的目的在于提供一种能够有效提高各向异性参数的敏感性的一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法。

一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，该方法包含以下步骤：

(1)读取地震观测记录，构建地震观测系统；

(2)参数初始模型建立，并转换为新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)；

(3)使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)进行震源波场正向延拓，求取记录残差；

(4)使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)震源波场逆向延拓，求取梯度；

(5)求取迭代步长，更新v_n,δ参数；

(6)判断是否满足收敛条件，输出模型。

进一步地，如上所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，所述步骤(1)包括：

通过读取地震观测记录的位置坐标以及波场信息，构建地震记录的观测系统。

进一步地，如上所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，所述步骤(3)包括：

使用新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)表示的方程按照如下方法进行地震波震源波场的正向延拓：

使用有限差分解法，求取地震波场在每一个时刻的数值解，根据(1)中的观测系统，在求取波场数值解的同时，记录检波点处波场信息；根据震源波场正向延拓得到的地震模拟记录与观测地震数据进行对比，求取残差；

上式是震源波场正向延拓所用的VTI介质qP波方程，其中 σ_V以及σ_H表示地震波场的垂直应力分量与水平应力分量；V_x和V_z分别代表波场的水平速度分量与垂直速度分量；ρ表示地下介质的密度，V_p表示VTI介质的轴向速度，ε和δ表示各向异性参数；使用有限差分法求解，设置初始状态t波场值为0，按照公式(1)推导递推格式进行正向延拓。

进一步地，如上所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，步骤(4)包括：

使用伴随状态法，进行波场逆推，求取更新梯度：

伴随波场的满足方程：M^Tλ＝s'，在逆推过程中，使用如下方程进行有限差分法逆推：

对目标函数进行求导得到新的参数方式下的梯度公式：

根据以上梯度公式，在记录残差逆推的过程中，结合初始模型正演波场的各个分量，求取梯度。

进一步地，如上所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，步骤(5)包括：

将步骤(4)求得的梯度进行归一化处理，根据计算得到的步长与归一化的梯度，对v_n，δ两个参数进行更新，得到新的参数模型。

进一步地，如上所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，步骤(6)包括：

通过步骤(5)获得的更新参数，进行地震波场正向延拓并且求取地震记录，求取残差并获得新的目标函数数值；如果地震记录的残差小于规定的数值，则停止迭代，输出已有的参数模型；若地震记录残差大于规定的数值，继续迭代使目标函数保持收敛。

本发明的有益效果是:

本发明提供一种具有更精确的全波场波形反演方法，能提高各向异性参数的弱敏感性，对地震资料进行处理，得到精确的地下介质参数模型。

附图说明

图1为本发明基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法流程图；

图2动校正速度参数化下的参数敏感性分析；

图3 Marmousi模型；

图4 Marmousi地震记录(多炮)；

图5反演初始模型；

图6基于动校正速度参数化方式各向异性全波形反演结果(速度)；

图7基于动校正速度参数化方式各向异性全波形反演结果(δ参数)。

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，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

(1)读取地震观测记录，构建地震观测系统。

通过读取地震观测记录的位置坐标以及波场信息，构建地震记录的观测系统。具体做法是在算法中构建有限差分法所需的网格空间，本发明使用交错网格技术，交错网格技术是同时开辟两套互相交错的网格，分别代表质点振动的速度与应力分量。交错网格能够有效提高空间精度，并且能够提高算法的稳定性。图4表示Marmousi模型的地震记录，是检波点在地面所记录的振动信息。其纵轴表示时间，横轴表示地震道。在横轴不变时，表示地震记录上的某一道信息所记录的单炮引起的井中检波器振动随着时间变化的情况。

(2)参数初始模型建立。

全波形反演作为一种反演的方法，初始模型参数对于反演过程来说是必不可少的，初始模型的建立依赖于速度谱，地震层析技术等方法。全波形反演的任务就是通过初始的参数模型(如图5所示)获得更加精细的模型。图3是地震勘探中常见的Marmousi速度模型，其纵轴表示距离地表的深度，横轴表示在地面上的坐标。在理想状态下，全波形反演方法可以通过粗糙的速度模型获得图3中精细的模型。在模型中，各向异性参数和密度参数均由速度换算得到。

(3)震源波场正向延拓，求取记录残差。

地震波场的正向延拓过程，即地震波场正演，根据已有的地下介质参数(速度参数、各向异性参数、密度)以及VTI介质中的qP波方程，使用有限差分解法，求取地震波场在每一个时刻的数值解。

图2表示新的参数化方式的速度参数与各向异性参数的敏感性。可以看出，速度参数在各个散射角度上均敏感，而δ参数在小散射角时较为敏感，可以进行有效的反演。η参数仅在大散射角上较为敏感。由于实际中偏移距有限，因此难以实现η参数的有效反演。本发明仅针对速度参数与δ参数进行反演。

根据(1)中的观测系统，在求取波场数值解的同时，记录检波点处波场信息。根据震源波场正向延拓得到的地震模拟记录与观测地震数据进行对比，求取残差。本发明专利在求取波场残差中使用最小二乘意义下的波场残差，将所有地震记录残差求和，得到最小二乘意义下的目标函数。目标函数是反演过程中衡量参数模型与真实地下介质差距的重要指标。

公式(1)是震源波场正向延拓所用的VTI介质qP波方程，其中， σ_V以及σ_H表示地震波场的垂直应力分量与水平应力分量。V_x和V_z分别代表波场的水平速度分量与垂直速度分量。ρ表示地下介质的密度，V_p表示VTI介质的轴向速度，ε和δ表示各向异性参数。使用有限差分法求解，设置初始状态(t＝0)波场值为0。按照公式(1)推导递推格式进行正向延拓。

(4)震源波场逆向延拓，求取梯度。

定义最小二乘目标函数为：

加入约束条件：

其中，λ为伴随波场，λ＝[v'_x v'_z σ'_x σ'_z]^T，p为计算得到的波场，Mp-s＝0代表了波场的各向异性方程。通过伴随波场λ的求导，得到了伴随波场的方程：

因此，伴随波场的满足方程：M^Tλ＝s'，即：

根据以上梯度公式，可以在记录残差逆推的过程中，结合初始模型正演波场的各个分量，求取梯度。

(5)求取迭代步长，更新模型参数。

最小二乘目标函数下的全波形反演，在数学上可以近似表示为二次型问题，即系数矩阵近似为对称矩阵。因此可以将目标函数随步长的变化看做二次函数，使用三点法求出每次迭代所适合的最佳步长，即在二次型近似的条件下，目标函数的最小值点。将步骤(4)求得的梯度进行归一化处理，即梯度中的每一个数值的绝对值均小于1。由于线性近似，全波形反演的试探步长需要控制在一定范围内(5％)，使得整个反演过程保持稳定。根据计算得到的步长与归一化的梯度，对v_n，δ两个参数进行更新，得到新的参数模型。

(6)判断是否满足收敛条件，输出模型

通过(5)获得新的地下介质参数，进行地震波场正向延拓并且求取地震记录，求取残差并获得新的目标函数数值。如果地震记录的残差小于规定的数值，则停止迭代，输出已有的参数模型。若地震记录残差大于规定的数值，继续迭代使目标函数保持收敛。图6表示通过地震记录反演所得到的速度参数。由于速度参数敏感性最高，因此速度参数反演效果最好。图7表示δ参数的反演结果，由于本发明使用新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)提高了δ参数的敏感性，因此δ参数也得到了良好的效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

(1)读取地震观测记录，构建地震观测系统；

(2)参数初始模型建立，并转换为新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)；

(3)使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)进行震源波场正向延拓，求取记录残差；

(4)使用新的参数方式(v_n,δ,η,ρ)震源波场逆向延拓，求取梯度；

(5)求取迭代步长，更新v_n,δ参数；

(6)判断是否满足收敛条件，输出模型。

2.根据权利要求1所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

通过读取地震观测记录的位置坐标以及波场信息，构建地震记录的观测系统。

3.根据权利要求1所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

使用新的参数化方式(v_n,δ,η,ρ)表示的方程按照如下方法进行地震波震源波场的正向延拓：

使用有限差分解法，求取地震波场在每一个时刻的数值解，根据(1)中的观测系统，在求取波场数值解的同时，记录检波点处波场信息；根据震源波场正向延拓得到的地震模拟记录与观测地震数据进行对比，求取残差；

上式是震源波场正向延拓所用的VTI介质qP波方程，其中 σ_V以及σ_H表示地震波场的垂直应力分量与水平应力分量；V_x和V_z分别代表波场的水平速度分量与垂直速度分量；ρ表示地下介质的密度，V_p表示VTI介质的轴向速度，ε和δ表示各向异性参数；使用有限差分法求解，设置初始状态t波场值为0，按照公式(1)推导递推格式进行正向延拓。

4.根据权利要求1所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，步骤(4)包括：

使用伴随状态法，进行波场逆推，求取更新梯度：

伴随波场的满足方程：M^Tλ＝s'，在逆推过程中，使用如下方程进行有限差分法逆推：

对目标函数进行求导得到新的参数方式下的梯度公式：

根据以上梯度公式，在记录残差逆推的过程中，结合初始模型正演波场的各个分量，求取梯度。

5.根据权利要求4所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，步骤(5)包括：

将步骤(4)求得的梯度进行归一化处理，根据计算得到的步长与归一化的梯度，对v_n，δ两个参数进行更新，得到新的参数模型。

6.根据权利要求5所述的基于动校正速度参数的地震资料各向异性建模方法，其特征在于，步骤(6)包括：

通过步骤(5)获得的更新参数，进行地震波场正向延拓并且求取地震记录，求取残差并获得新的目标函数数值；如果地震记录的残差小于规定的数值，则停止迭代，输出已有的参数模型；若地震记录残差大于规定的数值，继续迭代使目标函数保持收敛。