CN111060960A

CN111060960A - 一种基于合成炮记录的fwi建模方法

Info

Publication number: CN111060960A
Application number: CN201911371814.5A
Authority: CN
Inventors: 高运山; 夏先立; 魏雄辉; 李文杰; 张梅华
Original assignee: Landocean Beijing Energy Technology Institute Co ltd
Current assignee: Landocean Beijing Energy Technology Institute Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-04-24
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111060960B

Abstract

本发明提出了一种基于合成炮记录的FWI建模方法，步骤如下：S1、获得叠前时间偏移剖面；S2、在叠前时间偏移剖面上解释层位；S3、利用CRP道集上的层位和Ricker子波做褶积，获得合成的CRP道集记录；S4、为合成CRP道集数据做反偏移，获得合成CDP道集数据；S5、将合成CDP道集数据抽到炮集作为FWI的输入数据，进行FWI建模；S6、由低到高的调整子波主频，重复步骤S2‑S5，通过多尺度FWI得到最终的速度模型。本发明方法可以克服野外采集的数据带来的周波跳跃和噪音影响，速度成像更精确，相比于现有的建模方法，效率更高且效果更好。

Description

一种基于合成炮记录的FWI建模方法

技术领域

本发明涉及一种FWI速度建模方法，属于地震资料速度建模技术领域。

背景技术

FWI(全波形反演)建模是近年发展的高精度建模方法，其原理是求出一个速度模型，并用这个速度模型正演一个炮记录，使得正演的炮记录和实际地震炮记录误差最小。FWI建模方法是在时间域求取能量差，再将能量差用波动方程转到深度域修正速度，而常规的建模方法是检查深度域的道集平不平，常规建模方法一般只能求取速度的低频分量，没有地层速度变化细节，只适合偏移成像，不能反映地层的准确层速度，而FWI可以通过波形比较的方法求取地层精确的层速度，建模效果相对更好。

但是，做FWI需要有比较精确的速度低频分量，否则模型会出现周波跳跃，也就是正演炮的同相轴和实际地震记录的炮的同相轴的误差大于一个轴的宽度，严重影响FWI建模效果。此外，野外采集的地震数据往往存在噪音，噪音也是影响FWI建模效果的一大因素。FWI在实际生产的应用过程中，为了减少甚至消除周波跳跃和噪音的影响，一般先用常规的深度域建模方法求准速度的低频分量，再用FWI求取速度的高频分量，但是这样的方法需要用两个软件做两次操作，且常规速度建模方法需要手动解释剩余速度，工作量大，时间长，实际应用成本大。

发明内容

为了解决FWI建模方法容易受周波跳跃和噪音影响的问题，本发明提出了一种基于合成炮记录的FWI建模方法，利用合成炮记录求准了速度的低频分量，客服了周波跳跃现象，同时消除噪音影响。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

一种基于合成炮记录的FWI建模方法，具体包括以下步骤：

S1、采集地震资料，对地震资料进行常规处理，获得叠前时间偏移剖面；

S2、在叠前时间偏移剖面上按照人为设置的时间间隔沿产状的变化趋势解释层位；

S3、利用CRP道集上的层位和Ricker子波做褶积，获得合成的CRP道集记录；

S4、通过CRP道集数据计算均方根速度，为合成CRP道集数据做反偏移，获得合成CDP道集数据；

S5、将合成CDP道集数据抽到炮集作为FWI的输入数据，进行FWI建模；

S6、由低到高的调整子波主频，重复步骤S2-S5，通过多尺度FWI得到最终的速度模型。

进一步的，所述常规处理包括静校正、动校正、叠前去燥、反褶积和叠前时间偏移操作。

进一步的，所述时间间隔即为层位间隔，所述层位间隔大于选定的子波长度，人为指定子波主频率，子波长度的计算公式如下：

WaveletLength＝1.0/PeakFrequency (1)

其中，WaveletLength表示子波长度，PeakFrequency表示人为指定的子波主频率。

进一步的，所述步骤S3中褶积的具体公式如下：

S(t)＝W(t)*r(t) (2)

其中，S(t)表示t时刻的合成CRP道集记录，W(t)表示t时刻的Ricker子波，r(t)表示t时刻CRP道集上层位的反射系数，t∈[0,T]，T为总采集时间。

进一步的，所述步骤S4的具体操作如下：

S41、根据采集到的地震资料获得CRP道集数据，通过偏移CRP道集数据计算均方根速度，获得均方根速度场；

S42、设合成CRP道集数据中共有Q道，利用均方根速度场为合成CRP道集数据做反偏移，具体公式如下：

其中，t_q为地表接收到的反射波时间，s_q为合成CRP道集中第q道的炮点坐标，r_q为合成CRP道集中第q道的检波点坐标，x_q为合成CRP道集中第q道的成像点横坐标，z_q为合成CRP道集中第q道的成像点纵坐标，v为均方根速度场，q＝1,2,…,Q；

S43、完成合成CRP道集数据中所有道的反偏移后，对相同偏移距的数据进行累加，获得合成CDP道集数据。

进一步的，所述步骤S5的具体操作如下：

S51、根据叠前时间偏移建立初始速度场，在初始速度场上做波动方程正演，获得正演炮记录u_cal，将合成CDP道集数据抽到炮集，获得合成炮记录u_obs；

S52、利用正演炮记录u_cal和合成炮记录u_obs计算波场残差F_(v)，F_(v)＝u_cal-u_obs；

S53、根据波动方程计算检波点波场，具体公式如下：

其中，S表示炮点波场，x为成像点横坐标，z为成像点纵坐标，W为Ricker子波，V为速度场；

S54、根据波动方程计算检波点波场，具体公式如下：

其中，R表示检波点波场；

S55、根据炮点波场和检波点波场计算速度对波场的变化率，具体公式如下：

其中，

表示速度对波场的变化率，

表示炮点波场对时间的变化率；

S56、利用速度对波场的变化率修正速度场：

其中，V'表示修正后的速度场，a为线性系数，a由l-bfgs方法计算；

S57，反复迭代，更新速度场：

其中，V'_n+1表示第n次迭代修正后的速度场，V_n表示第n次迭代中输入的速度场，a为第n次迭代的线性系数；

当波场残差达到门槛值或者达到最大迭代次数m时，停止迭代，完成FWI建模。

进一步的，所述步骤S57中的门槛值指迭代过程中波长残差的最小值，具体计算公式如下：

其中，min F_(v)表示门限值，x_i为炮点站号，x_j为检波点站号，N_i为炮点个数，N_j为每炮的检波点个数。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本发明提出了一种基于合成炮记录的FWI建模方法，在叠前时间偏移剖面上画出层位，通过褶积、反偏移等操作得到合成炮记录，将合成炮记录输入FWI，作为FWI求取地层的低频速度分量，进行FWI建模。常规FWI建模方法的输入的数据一般为野外采集的数据，存在周波跳跃和噪音的影响，而本发明方法一开始输入是合成炮记录，合成的炮记录与野外采集的炮记录比较，虽然频率的层位完全不一致，但是两个炮记录的轴的弯曲程度是一致的，也就是说形态是一致的，因此速度的低频分量一致，克服了野外采集缺少低频分量，无法求取速度低频分量问题，此外，合成的炮记录没有噪音，其频率可以任意低(合成记录的主频可选)，完全满足FWI的计算要求，频率可由低向高逐步用多尺度FWI修正速度低频分量，使得该速度能精确成像，解决了周波跳跃和噪音的问题。在使用合成炮记录解决速度的低频分量后，可以用野外采集的数据输入FWI。求取速度的高频成分。现有技术中存在先用常规的深度域建模方法求准速度的低频分量，再用FWI求取速度的高频分量的方法，但是该方法需要用两个软件做两次，工作量大，本发明方法只需要用一个软件就可以完成，效率高且效果好。

附图说明

图1为本发明一种基于合成炮记录的FWI建模方法的步骤流程图。

图2为本发明方法中反偏移后的CRP道集数据的示意图。

图3为本发明方法中反偏移后的合成CRP道集数据的示意图。

图4为常规建模方法的深度域层速度示意图。

图5为本发明方法的深度域层速度示意图。

图6为常规建模方法的偏移剖面示意图。

图7为本发明方法的偏移剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

一种基于合成炮记录的FWI建模方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、采集地震资料，对地震资料进行常规处理，获得叠前时间偏移剖面。从野外采集地震资料，利用常规处理系统对地震资料进行常规处理，常规处理包括静校正、动校正、叠前去燥、反褶积和叠前时间偏移等操作，获得地震资料的叠前时间偏移剖面。

S2、在叠前时间偏移剖面上按照人为设置的时间间隔沿产状的变化趋势解释层位，其中时间间隔就是解释出的层位的间隔，层位间隔与选定的主频有关，频率越低，层位间隔越大，通常要求层位间隔大于所选主频的主波峰加两翼的波谷的距离，即大于选定的子波长度。在本发明方法中可以人为指定子波主频率，子波长度的计算公式如下：

WaveletLength＝1.0/PeakFrequency (10)

开始时，主频率可以选的低一些，比如2HZ，后续在逐步提高主频率，实现多尺度操作。

S3、当叠前时间偏移的速度正确时，偏移后的CRP道集是平的，叠前时间偏移剖面上的层位可以按照水平方向转到叠前CRP道集上，基于这个原理，利用CRP道集上的层位和Ricker子波做褶积，获得合成的CRP道集记录，具体公式如下：

S(t)＝W(t)*r(t) (11)

其中，S(t)表示t时刻的合成CRP道集记录，W(t)表示t时刻的Ricker子波，r(t)表示t时刻CRP道集上层位的反射系数，r(t)可以通过采集到的地震资料求取，t∈[0,T]，T为总采集时间。

S4、通过CRP道集数据计算均方根速度，为合成CRP道集数据做反偏移，获得合成CDP道集数据，具体操作如下：

S41、根据采集到的地震资料获得CRP道集数据，通过偏移CRP道集数据计算均方根速度，获得均方根速度场，步骤S41可以通过现有的求取均方根速度场的方法实现。

其中，t_q为地表接收到的反射波时间，s_q为合成CRP道集中第q道的炮点坐标，r_q为合成CRP道集中第q道的检波点坐标，x_q为合成CRP道集中第q道的成像点横坐标，z_q为合成CRP道集中第q道的成像点纵坐标，v为均方根速度场，q＝1,2,…,Q。

使用均方根速度场为CRP道集数据进行反偏移，其中一个单炮如图2所示，反偏移的合成CRP道集数据中同一个单炮如图3所示，可以看出反偏移后的CRP道集数据和合成CRP道集数据虽然层位不一致，但形态一致，说明用于偏移这两个数据的速度的低频分量是一致的，最终获取的合成CDP道集数据具有噪音低、频率低的优点，非常适合FWI计算对数据的要求，可以很好的迭代收敛，求取精确的速度低频分量。

S5、将合成CDP道集数据抽到炮集作为FWI的输入数据，进行FWI建模，具体操作如下：

S51、根据叠前时间偏移建立初始速度场，在初始速度场上做波动方程正演，获得正演炮记录u_cal，将合成CDP道集数据抽到炮集，获得合成炮记录u_obs。

S52、利用正演炮记录u_cal和合成炮记录u_obs计算波场残差F_(v)，F_(v)＝u_cal-u_obs。

S53、根据波动方程计算检波点波场，具体公式如下：

其中，S表示炮点波场，x为成像点横坐标，z为成像点纵坐标，W为Ricker子波，V为速度场，V可以随着迭代更新。

S54、根据波动方程计算检波点波场，具体公式如下：

其中，R表示检波点波场。

其中，

表示速度对波场的变化率，

表示炮点波场对时间的变化率。

S56、利用速度对波场的变化率修正速度场：

其中，V'表示修正后的速度场，a为线性系数，a由l-bfgs方法计算。

S57，反复迭代，更新速度场：

其中，V'_n+1表示第n次迭代修正后的速度场，V_n表示第n次迭代中输入的速度场，a为第n次迭代的线性系数。

当波场残差达到门槛值或者达到最大迭代次数m时，停止迭代，完成FWI建模。其中，门槛值指迭代过程中波长残差的最小值，门限值的具体计算公式如下：

其中，minF_(v)表示门限值，x_i为炮点站号，x_j为检波点站号，N_i为炮点个数，N_j为每炮的检波点个数。

本发明方法中的最大迭代次数m是根据需求人为设定的，比如20次。

S6、由低到高的调整子波主频，重复步骤S2-S5，通过多尺度FWI得到最终的速度模型，一般子波主频为1～8hz时，由合成炮记录求取速度的低频分量，子波主频超过8HZ时，可以直接使用采集的地震数据继续迭代，求取精确的地层速度的高频部分。

本发明方法的原理如下：如果叠前时间偏移速度正确，偏出的CRP道集应该是平的，如果给出一些平行的、频率很低的合成记录，再将这些合成记录做反叠前时间偏移，抽成炮集，通过比较合成的炮记录与野外采集的炮记录，可以发现，虽然两者频率的层位完全不一致，但是两者的轴的弯曲程度是一致的，也就是说形态是一致的，进而我们可以认为使这两个数据偏移成像的速度的低频分量应该是一致的，可以用合成炮记录做FWI求取地层的低频速度分量。

图4是本实施例中利用常规建模方法获得的深度域层速度的示意图，图5为本实施例中利用本发明方法获得的深度域层速度的示意图，比较图4和图5可以看出，本发明方法获取的速度更清楚、准确。图6是本实施例中常规建模方法的偏移剖面示意图，图7是本实施例中本发明方法的偏移剖面示意图，比较图6和图7可以看出，本发明方法的偏移剖面成像更清晰，可以有效克服周波跳跃的问题，本发明方法建立的速度模型更精准。

本发明方法不仅可以克服野外采集的数据带来的周波跳跃和噪音影响，而且可以通过多尺度FWI不断修正速度模型，使得该速度能精确成像，而且本发明方法只需要用一个软件就可以完成，相比于现有的建模方法，效率更高且效果更好。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细地说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。