CN115335729A - 模板匹配全波形反演 - Google Patents

Abstract

一种用于地震处理的方法包括:接收通过记录穿过地下区域传播的地震波而收集的测量地震数据，使用地下区域的模型来模拟合成地震数据，生成包括测量地震数据的第一时间‑空间面板和包括合成地震数据的第二时间‑空间面板，将第一移动窗口应用于第一时间‑空间面板，将第二移动窗口应用于第二时间‑空间面板，通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配，并基于该失配来调节模型。

Description

模板匹配全波形反演

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年2月27日提交的序列号为62/982,318的美国临时专利申请的优先权，其通过引用全部内容并入本文。

背景技术

在地震学领域，使用接收器记录通过地下区域传播的地震信号。然后，在被称为反演的过程中，可以从这些信号中推断出地下区域的结构、地质和其他特征。全波形反演(FWI)是一种利用地震道的全部内容来提取地震波采样介质的物理参数的反演。

为复杂地质中的全波形反演(FWI)导出稳健的目标函数可能存在挑战。FWI通常基于最小二乘目标函数，当发生周期跳跃时，即当模拟数据与观察数据相差超过半个周期时，该目标函数失效。避免周期跳跃的一种方法是以较低的频率或者用足够精确的初始模型开始反演。然而，由于采集数据的范围和研究区域的成熟度，这些选项通常都不可用。

已提出其他目标函数来减轻周期跳跃。一个这样的选项是基于旅行时间的目标函数。该目标函数关注于运动学取向的失配，以减轻模拟数据和观察数据之间振幅复杂性的影响。这种方法的成功依赖于对模拟数据和观察数据之间的类似事件的时间偏移的可靠测量。然而，这种技术依赖于模拟数据和观察数据中相似事件的存在，这限制了那些基于旅行时间目标函数的方法的应用。

使用的另一种可能性是最佳传输(OT)方法。该方法使用最佳传输距离或Wasserstein距离度量来描述将模拟数据映射到观察数据所需的最小变换。OT距离具有凸特性，可以克服FWI的周期跳跃问题。虽然它似乎是一种逐样本比较地震图的可行方法，但它受到技术和实践挑战的困扰，因为它依赖于比较量的正性、转换期间的质量守恒，并且需要数百或数千次迭代才能收敛。

发明内容

本公开的实施例可提供一种用于地震处理的方法。该方法包括接收通过记录穿过地下区域传播的地震波收集的测量地震数据，使用地下区域的模型来模拟合成地震数据，生成包括测量地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板，将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板，通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配，并基于该失配来调节模型。

本公开的实施例还可提供一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算系统的至少一个处理器执行时，使计算系统执行操作。这些操作包括接收通过记录穿过地下区域传播的地震波而收集的测量地震数据，使用地下区域的模型来模拟合成地震数据，生成包括测量地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板，将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板，通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配，并基于该失配来调节模型。

本公开的实施例可进一步提供包括一个或多个处理器的计算系统，以及包括一个或多个存储指令的非暂时性计算机可读介质的存储系统，所述指令当由一个或多个处理器中的至少一个执行时，使计算系统执行操作。这些操作包括接收通过记录穿过地下区域传播的地震波而收集的测量地震数据，使用地下区域的模型来模拟合成地震数据，生成包括测量地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板，将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板，通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配，并基于该失配来调节模型。

因此，本文公开的计算系统和方法是用于处理收集的数据的更有效的方法，所述收集的数据可例如对应于地面和地下区域。这些计算系统和方法提高了数据处理的有效性、效率和准确性。这种方法和计算系统可以补充或替代用于处理收集的数据的传统方法。提供本概述以介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选择。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

附图说明

包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本教导的实施例，并与说明书一起用于解释本教导的原理。在附图中:

图1A、1B、1C、1D、2、3A和3B示出了根据一实施例的油田及其操作的简化示意图。

图4示出了根据一实施例的地震处理方法的流程图，例如，使用模板匹配目标函数进行全波形反演。

图5示出了根据一实施例的测量(观察)的地震数据和合成的(模拟的)地震数据的时间-空间面板。

图6A-6D示出了根据一实施例的由盐顶部位置的不确定性导致的盐顶部反射事件的复杂偏移。

图7A示出了根据一实施例的盐体解释的初始模型。

图7B示出了根据一实施例的使用增强型模板匹配全波形反演输出模型生成的模型。

图7C示出了根据一实施例的用于与图7A和7B进行比较的地下区域的真实模型。

图8示出了根据一实施例的计算系统的示意图。

具体实施方式

通常，本公开的实施例可提供地震信号处理和成像方法，其采用增强的模板匹配目标函数来减轻周期跳跃。为了导出增强的模板匹配目标函数，可以在各个电缆方向上对采集的地震数据和模拟的合成数据进行分类，以形成一组2D时间和空间面板(如本文将要描述的，三维面板也是一种选项)。在每个时间和空间面板内，可以使用运行窗口时间-空间模板匹配方法来测量模拟数据和观察数据之间的相似性和时间-空间偏移。此外，模板匹配目标函数可以实现基于最小二乘的目标函数项，以在模拟数据和观察数据之间不存在或存在最小相似性的区域形成失配。这种方法可以将传播时间偏移测量的可靠性提高到更鲁棒的二维时间-空间偏移。

此外，所述方法可允许甚至在模拟数据和观察数据中不存在类似事件的面板区域中进行处理，以获得有意义的模型更新。更新的模型可以用于生成地下体积的模型，从该模型中收集地震数据。应当理解，如本文所讨论的，提高这些模型的精度和/或效率被应用于与表征地下区域有关的各种行业，例如规划井位置和轨迹(等等)。

现在将详细参照若干具体实施例，其在附图和图中示出。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说，显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的各个方面。

还应理解，尽管术语第一、第二等可以在这里用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一对象可以被称为第二对象，并且类似地，第二对象可以被称为第一对象。第一对象和第二对象分别都是对象，但是它们不被认为是同一个对象。

本发明描述中使用的术语仅用于描述特定实施例，无意限制本发明。如在本发明和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还应该理解，这里使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关列出项目的任何可能组合。还将理解，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprises)”和/或“包含(comprising)”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。此外，如这里所使用的，根据上下文，术语“如果”可以被解释为表示“当...时”或“在...时”或“响应于确定...”或“响应于检测到...”。

现在关注根据一些实施例的处理程序、方法、技术和工作流程。这里公开的处理过程、方法、技术和工作流程中的一些操作可以被组合和/或一些操作的顺序可以被改变。

图1A-1D示出了根据本文所述各种技术和技艺的实施方式的其中具有地下地层102的油田100的简化示意图，所述地下地层102中含有储层104。图1A示出了由诸如地震卡车106.1的勘测工具执行的勘测操作，以测量地下地层的特性。勘测操作是用于产生声音振动的地震勘测操作。在图1A中，一个这样的声音振动，例如由源110产生的声音振动112，从地层116中的地层114反射。一组声音振动被位于地球表面上的诸如地震检波器接收器118之类的传感器接收。接收的数据120作为输入数据提供给地震卡车106.1的计算机122.1，并且响应于输入数据，计算机122.1生成地震数据输出124。该地震数据输出可以根据需要例如，通过数据缩减，被存储、传输或进一步处理。

图1B示出了由钻机128悬挂的钻井工具106.2执行的钻井操作，钻井工具106.2推进到地下地层102中以形成井眼136。泥浆坑130用于将钻探泥浆经由流动管线132抽吸到钻井工具中以进行循环钻探泥浆向下通过钻井工具，然后沿着井眼136向上并返回地面。钻井泥浆通常被过滤并返回泥浆坑。循环系统可用于储存、控制或过滤流动的钻井泥浆。钻井工具被推进到地下地层102中以到达储层104。每口井可以瞄准一个或多个储层。钻井工具适用于使用随钻测井工具测量井下特性。如所示，随钻测井工具也可适用于采集岩心样本133。

计算机设施可位于油田100(例如，地面单元134)周围的不同位置和/或远程位置。地面单元134可用于与钻井工具和/或场外操作通信，以及与其他地面或井下传感器通信。地面单元134能够与钻井工具通信，以向钻井工具发送命令，并从其接收数据。地面单元134还可以收集在钻井操作期间生成的数据，并产生数据输出135，该数据输出135然后可以被存储或传输。

传感器(S)，如仪表，可位于油田100周围，以收集与前述各种油田操作相关的数据。如所示，传感器(S)定位在钻井工具和/或钻机128中的一个或多个位置，以测量钻井参数，例如钻压、钻压扭矩、压力、温度、流量、成分、转速和/或现场操作的其他参数。传感器(S)也可以位于循环系统中的一个或多个位置。

钻井工具106.2可包括靠近钻头(例如，距钻头几个钻铤长度内)的通常称为的井底组件(BHA)(未示出)。井底组件包括用于测量、处理和存储信息以及与地面单元134通信的能力。井底组件还包括用于执行各种其他测量功能的钻铤。

井底组件可包括与地面单元134通信的通信子组件。通信子组件适于使用诸如泥浆脉冲遥测、电磁遥测或有线钻杆通信的通信信道向地面发送信号并从地面接收信号。通信子组件可以包括例如发射器，该发射器产生信号，例如声信号或电磁信号，其代表测量的钻井参数。本领域技术人员将理解，可以采用多种遥测系统，例如有线钻杆、电磁或其他已知遥测系统。

通常，根据在钻井之前建立的钻井计划来钻井眼。钻井计划通常规定了设备、压力、轨迹和/或定义井场钻井过程的其他参数。然后可以根据钻井计划执行钻井操作。然而，随着信息的收集，钻井操作可能需要偏离钻井计划。此外，随着钻井或其他操作的进行，地下条件可能会发生变化。随着新信息的收集，地球模型也可能需要调节。

由传感器(S)收集的数据可以由地面单元134和/或其他数据收集源收集，用于分析或其他处理。由传感器(S)收集的数据可以单独使用，也可以与其他数据结合使用。数据可以在一个或多个数据库中收集和/或在现场或非现场传输。数据可以是历史数据、实时数据或它们的组合。实时数据可以实时使用，也可以存储以备后用。数据也可以与历史数据或其他输入相结合以进行进一步分析。数据可以存储在单独的数据库中，也可以合并到单个数据库中。

地面单元134可以包括收发器137以允许地面单元134与油田100的各个部分或其他位置之间的通信。地面单元134还可以设置有或功能连接到一个或多个控制器(未示出)，用于在油田100处致动机构。地面单元134然后可以响应接收到的数据向油田100发送命令信号。地面单元134可以通过收发器137接收命令或者可以自身执行对控制器的命令。可以提供处理器来分析数据(本地或远程)、做出决定和/或启动控制器。以这种方式，可以基于收集的数据选择性地调节油田100。该技术可用于优化(或改进)部分现场操作，例如控制钻井、钻压、泵速或其他参数。这些调节可以基于计算机协议自动进行，和/或由操作员手动进行。在某些情况下，可以调节井计划以选择最佳(或改进的)操作条件，或避免出现问题。

图1C示出了由被钻机128悬挂并进入图1B的井眼136的缆线工具106.3执行的缆线操作。缆线工具106.3适于部署到井眼136中以产生测井、执行井下测试和/或收集样品。缆线工具106.3可用于提供另一种用于执行地震勘测操作的方法和装置。例如，缆线工具106.3可以具有爆炸性的、放射性的、电的或声学的能源144，其向周围的地下地层102和其中的流体发送和/或接收电信号。

缆线工具106.3可以可操作地连接到例如图1A的地震车106.1的地震检波器118和计算机122.1。缆线工具106.3还可以向地面单元134提供数据。地面单元134可以收集在缆线操作期间产生的数据并且可以产生可以被存储或传输的数据输出135。缆线工具106.3可以定位在井眼136中的不同深度处以提供与地下地层102有关的勘测或其他信息。

诸如仪表之类的传感器(S)可以定位在油田100周围以收集与如前所述的各种现场操作有关的数据。如所示，传感器S定位在缆线工具106.3中以测量与例如孔隙度、渗透率、流体成分和/或现场操作的其他参数有关的井下参数。

图1D示出了由生产工具106.4执行的生产操作，该生产工具106.4从生产单元或采油树129部署到已完成的井眼136中，用于将流体从井下储层抽吸到地面设施142中。流体从储层104流经套管(未示出)中的射孔(未示出)并进入井眼136中的生产工具106.4，并通过收集网络146到达地面设施142。

传感器(S)，例如仪表，可以定位在油田100周围，以收集与如前所述的各种现场操作有关的数据。如所示，传感器(S)可以定位在生产工具106.4或相关设备中，例如采油树129、收集网络146、地面设施142和/或生产设施，以测量流体参数，例如流体成分，生产操作的流量、压力、温度和/或其他参数。

生产还可以包括用于增加采收率的注入井。一个或多个收集设施可操作地连接到一个或多个井场，用于选择性地从井场收集井下流体。

虽然图1B-1D示出了用于测量油田特性的工具，但是应当理解，这些工具可以与非油田操作结合使用，例如气田、矿井、含水层、储存或其他地下设施。此外，虽然描述了某些数据采集工具，但是应当理解，能够感测地下地层和/或其地质构造的地震双向传播时间、密度、电阻率、生产率等参数的各种测量工具可以被使用。各种传感器(S)可以位于沿井眼和/或监测工具的不同位置以收集和/或监测所需数据。其他数据源也可以从非现场位置提供。

图1A-1D的油田配置旨在提供可用于油田应用框架的现场示例的简要描述。油田100的一部分或全部可以在陆地、水上和/或海上。此外，虽然描述了在单个位置测量的单个现场，但是油田应用可以与一个或多个油田、一个或多个处理设施和一个或多个井场的任意组合一起使用。

图2示出了油田200的部分横截面示意图，油田200具有位于沿油田200的不同位置的数据采集工具202.1、202.2、202.3和202.4，用于根据本文所述各种技术和技艺的实施方式收集地下地层204的数据。数据采集工具202.1-202.4可以分别与图1A-1D的数据采集工具106.1-106.4相同，或者与未示出的其他工具相同。如所示，数据采集工具202.1-202.4分别生成数据曲线或测量208.1-208.4。沿着油田200描绘这些数据曲线，以展示由各种操作产生的数据。

数据曲线208.1-208.3是可以分别由数据采集工具202.1-202.3生成的静态数据曲线的示例；然而，应该理解，数据曲线208.1-208.3也可以是实时更新的数据曲线。可以分析这些测量值以更好地定义地层的特性和/或确定测量的准确性和/或用于检查错误。每个相应测量的曲线可以对准和缩放，以便比较和验证特性。

静态数据曲线208.1是一段时间内的地震双向响应。静态图208.2是从地层204的岩心样品测量的岩心样品数据。岩心样品可用于提供数据，例如在岩心长度内的岩心样品的密度、孔隙率、渗透率或一些其他物理性质的图表。可以在不同压力和温度下对岩心中的流体进行密度和粘度测试。静态数据曲线208.3是测井轨迹，其通常提供不同深度的地层电阻率或其他测量值。

产量下降曲线或图表208.4是流体流量随时间的动态数据曲线。产量下降曲线通常提供作为时间函数的生产率。当流体流过井眼时，会测量流体特性，例如流量、压力、成分等。

还可以收集其他数据，例如历史数据、用户输入、经济信息和/或其他测量数据和其他感兴趣的参数。如下所述，静态和动态测量可以被分析并用于生成地下地层的模型以确定其特征。类似的测量也可用于测量地层方面随时间的变化。

地下结构204具有多个地质构造206.1-206.4。如所示，该结构具有多个地层或层，包括页岩层206.1、碳酸盐层206.2、页岩层206.3和砂层206.4。断层207延伸穿过页岩层206.1和碳酸盐层206.2。静态数据采集工具适用于进行测量并检测地层的特征。

虽然描述了具有特定地质结构的特定地下地层，但是应当理解，油田200可以包含多种地质结构和/或地层，有时具有极端复杂性。在一些位置，通常在吃水线以下，流体可能占据地层的孔隙空间。每个测量设备可用于测量地层的性质和/或其地质特征。尽管每个采集工具被示为位于油田200中的特定位置，但是应当理解，可以在跨越一个或多个油田的一个或多个位置或其他位置进行一种或多种类型的测量以进行比较和/或分析。

然后可以处理和/或评估从各种来源(例如图2的数据采集工具)收集的数据。通常，地球物理学家使用来自数据采集工具202.1的静态数据曲线208.1中显示的地震数据来确定地下地层和特征的特性。地质学家通常使用静态图208.2中显示的岩心数据和/或来自测井208.3的测井数据来确定地下地层的各种特征。来自图表208.4的生产数据通常被油藏工程师用来确定流体流动油藏特征。地质学家、地球物理学家和油藏工程师分析的数据可以使用建模技术进行分析。

图3A示出了用于根据本文描述的各种技术和技艺的实施方式执行生产操作的油田300。如所示，油田具有可操作地连接到中央处理设施354的多个井场302。图3A的油田配置不旨在限制油田应用系统的范围。部分或全部油田可能位于陆地和/或海上。此外，虽然描述了具有单个加工设施和多个井场的单个油田，但是可以存在一个或多个油田、一个或多个加工设施和一个或多个井场的任何组合。

每个井场302具有将井眼336形成到地下的设备。井眼延伸穿过包括储层304的地下地层306。这些储层304包含流体，例如烃。井场从储层抽取流体并通过地面网络344将它们传送到处理设施。地面网络344具有用于控制流体从井场到处理设施354的流动的管道和控制机构。

现在关注图3B，其示出了根据本文描述的各种技术的一种或多种实施方式的地下362的基于海洋的勘测360的侧视图。地下362包括海底表面364。地震源366可以包括诸如振动震源或气枪之类的海洋源，其可以在延长的时间段内或以由脉冲源提供的几乎瞬时的能量将地震波368(例如，能量信号)传播到地球中。地震波可以作为频率扫描信号由海洋源传播。例如，振动震源类型的海洋源可能最初以低频(例如，5Hz)发射地震波，并且随着时间将地震波增加到高频(例如，80-90Hz)。

地震波368的分量可以被海底表面364(即，反射器)反射和转换，并且地震波反射370可以被多个地震接收器372接收。地震接收器372可以被布置在多个拖缆(即拖缆阵列374)上。地震接收器372可以产生代表接收到的地震波反射370的电信号。电信号可以嵌有关于地下362的信息并且被捕获为地震数据的记录的信息。

在一种实施方式中，每个拖缆可以包括拖缆转向设备，例如吊舱、偏转器、尾浮标等，这些在本申请中未示出。根据本文所述的技术，拖缆转向设备可用于控制拖缆的位置。

在一种实施方式中，地震波反射370可以向上传播并到达水面376处的水/空气界面，然后反射370的一部分可以再次向下反射(即，海面鬼波378)并被多个地震接收器372接收。海面鬼波378可以被称为表面多次波。水面376上的波被向下反射的点通常被称为向下反射点。

电信号可以通过传输缆线、无线通信等传输到船舶380。船舶380然后可以将电信号传输到数据处理中心。或者，船舶380可包括能够处理电信号(即，地震数据)的机载计算机。受益于本公开的本领域技术人员将理解该示出是高度理想化的。例如，勘测可能是地表以下深处的地层。地层通常可以包括多个反射器，其中一些可以包括倾斜事件，并且可以生成多个反射(包括波转换)以供地震接收器372接收。在一种实施方式中，可以处理地震数据以生成地下362的地震图像。

海洋地震采集系统在相同深度(例如，5-10m)拖曳拖缆阵列374中的每个拖缆。然而，基于海洋的勘测360可以在不同深度处拖曳拖缆阵列374中的每个拖缆，使得可以以避免由于海面鬼波造成的破坏性干扰的影响的方式来采集和处理地震数据。例如，图3B的基于海洋的勘测360示出了由船舶380在八个不同深度处拖曳的八个拖缆。可以使用布置在每个拖缆上的吊舱来控制和保持每个拖缆的深度。

图4示出了根据一实施例的地震处理(例如，地下区域的地震成像)方法400的流程图。如上所述，本方法400的实施例可以采用全波形反演(FWI)。此外，至少一些实施例可执行FWI，而不直接将合成数据的振幅与测量数据进行比较。

在所示实施例中，方法400可包括接收测量的地震数据作为输入，如在402处。如上所述，可以使用阵列或拖缆中的地震接收器来获取测量的地震数据。接收器的记录可以代表至少部分通过感兴趣的地下区域传播的地震波的到达。因此，通过反演，可以使用测量的地震数据来确定地下区域的结构、地质等。

方法400还可包括获取地下区域的初始模型，如404在处。初始模型可以作为方法400的一部分生成，或者可以从专有的或公共可用的数据库中获取，或者从源自这些来源的信息中获取。方法400尤其可以使用测量的地震数据提高初始模型的准确性。

方法400然后可继续使用模型生成地下域的合成地震数据，如在406处。考虑到地下区域的结构、地质等的初始模型，可以应用与方法400一致的用于生成合成波形的多种方法。

方法400然后可继续将测得的地震数据和合成地震数据分类到时间-空间面板中，如在408处。例如，对于每个电缆方向(例如，跨线或线内)，数据可以被组织在单独的面板中，产生二维面板(一个用于时间，一个用于空间维度)。在另一个实施例中，数据可以被组织在两个空间方向的一个面板中，例如，产生三维面板。此外，测量的地震数据可以在与包含合成地震数据的一个或多个面板分开的一个或多个面板中。

方法400可进一步包括在面板中应用移动窗口，以测量测量的和合成的地震数据之间的相似性。特别地，在窗口中捕获的数据可以用于定义数据的模板，然后可以将这些模板匹配在一起以确定偏移(在时间和空间上)。例如，方法400可以包括将第一移动窗口应用于时间-空间面板之一，以捕获窗口中的测量地震数据的第一模板，如在410处。方法400还可以包括将第二移动窗口应用于时间-空间面板之一，以在窗口中捕获合成数据的第二模板，如在412处。在这种情况下,“模板”指的是作为一个整体(例如，它的形状)的窗口中数据的外观。

第一和第二移动窗口的大小可彼此一致，因为可比较其中捕获的模板以确定失配，下文将对此进行更详细的解释。可以基于各种因素来选择窗口的大小。例如，窗口大小可以基于地震数据的主频率来确定。在这种情况下，主频率指的是反演中使用的地震数据的峰值或中心频率。

因此，第一移动窗口内的模板代表测量地震数据的模板，而第二移动窗口内的模板代表合成(模拟)地震数据的模板。方法400然后可以比较在这些移动窗口中捕获的模板，以确定模板之间的时间和空间的失配，如在414处。

另外参考图5，示出了二维面板的示例，垂直轴表示时间，水平轴表示空间中的一个方向。尽管在一些实施例中，测量的和合成的数据可以在分开的面板中，但是为了说明两个数据集之间的时间和空间偏移，这个面板一起说明了合成的和测量的地震数据。如所示，面板包括第一窗口500和第二窗口502。第一窗口500中的合成数据对应于(配合于)第二窗口502中的地震数据。但是，这些窗口位于时间-空间面板中的不同位置。因此，可以确定失配的值，失配描述了实现紧密配合的时间(t)和空间(r)的偏移。此外，图6A-6D说明了盐反射事件顶部的复杂偏移，这是由盐位置的不确定性造成的。

再次参考图4，方法400可确定面板的时间和空间维度的失配图(例如，时间偏移图和空间偏移图，或结合两者的一个图)，如在416处。基于这个(或这些)图，方法400然后可以继续确定基于模板的失配目标函数，如在418处。方法400然后可以继续通过调节模型参数来减少失配目标函数，如在420处。如果目标函数没有被充分最小化(例如，低于预定阈值)，如在422处确定的，方法400可以迭代回来并进一步调节模型参数，以便在420处进一步减小目标函数。

例如，FWI的多尺度实现可以迭代地更新模型场m，以减少测量数据d和合成数据F(m)之间的失配，这可以用公式表示为

其中

是测量模拟数据和观察数据之间失配的函数。

对于传统最小二乘目标函数的情况，

可以定义为：

其中

代表L2范数的平方。对于基于行程时间的目标函数的情况，

可以定义为:

其中Δτ是通过沿时间轴的每个样本的1D时间窗口互相关的测量的观察数据和模拟数据之间的时间偏移。如上所述，时间窗口大小的选择将根据反演频带的主频率来选择。变量c代表质量因子，作为时移测量的权重，可以从互相关系数中导出。

为了将基于1D时间互相关的时移测量扩展到如上所述的2D时间-空间模板匹配方法，基于时间-空间模板匹配的失配

可以被定义为:

其中，Δτ和Δr分别是通过2D窗时间-空间模板匹配计算的测得的观察数据和模拟数据之间的时间和空间偏移。2D时间-空间模板的选择可以再次被设计成在时间轴上捕捉信号的主频率，在空间轴上捕捉事件时差的代表特征。μ是一个调整参数，它不仅被设计成将空间偏移与时间偏移的尺度相关联，而且被设计成控制时间偏移图和空间偏移图之间的目标函数的焦点的权重。

具有时间-空间模板匹配目标函数的FWI利用时间偏移图和空间偏移图作为失配来导出模型更新，因此它避免了常规FWI中进行的直接振幅比较。然而，模板匹配失配的测量可能仍然依赖于模拟数据和观察数据之间存在的相似度。如果在任一数据中存在缺失事件，可能无法获得失配的可靠测量。

因此，通过FWI更新的模型区域可能相对较小，例如，在大多数类似事件发生的浅区域。然而，本方法的实施例可以采用增强的模板匹配目标函数来进一步扩展模板匹配目标函数，其中结合最小二乘失配作为不能获得模拟数据和观察数据之间的相似性的贡献部分，作为:

其中γ是另一个调整参数，其不仅被设计为将最小二乘失配与模板匹配失配的尺度相关联，而且被设计为控制时间和空间偏移与最小二乘比较之间的目标函数的焦点的权重。

通过用线搜索方法迭代更新模型参数来最小化增强的模板匹配目标函数:

m_k+1＝m_k+α_kg_k, (6)

其中α_k是从线搜索求解的第k次迭代的步长，g_k是第k次迭代的模型更新方向，它是基于计算梯度的下降方向，以最小化方程(2)中所示的失配函数。可以从低频到高频以及针对每个单独的频带迭代地执行反演。

因此，将观察到，当测量(观察)数据和模拟数据之间存在高度相似性时，反演可基于时间偏移图和空间偏移图。这可以允许使用聚焦于模型运动学的目标函数，并且对地震振幅不太敏感。

在具有较低相似性的地方，由于模型的平滑度，其可被观察为模拟数据中的缺失事件，基于最小二乘的的目标函数可用于导出模型更新。本公开的实施例能够推动模型更新以在深度上扩展，而不是像在基于运行时间的FWI中那样完全失去更新模型中相应区域的能力。

由最小二乘失配驱动的模型更新的那些部分可有助于下一次FWI迭代中失配的模板匹配部分。随着迭代的进行，以及模拟数据和观察数据之间的相似性的提高，反演可以逐渐更加关注动态匹配而不是最小二乘匹配。

当目标函数充分最小化时和/或一旦达到目标函数缩减的预定迭代次数，方法400可继续基于调节后的模型参数调节模型，如在424处。此外，该模型可以例如在计算机显示器上可视化。这种增强的、高效创建的模型的计算机显示可以用于通过提供地下区域的更精确的可视化来增强地震图像处理领域，这可以促进油田勘探、钻井计划、钻井等。

本方法的实验结果如图7A、7B和7C所示。具体地，图7A示出了基于初始模型的盐体解释，图7B示出了使用本方法的实施例的相同解释，以及图7C示出了用于模拟的输入或“真实”模型。如可以看出的，初始模型具有错误的盐速度和盐几何形状的大误差。因此，基于FWI的最小二乘目标函数提出了周期跳跃。相比之下，图7B中的结果表明，增强的模板匹配函数能够更新盐区域内的正确盐速度，并提高盐体几何形状的准确性。

在一个或多个实施例中，所述功能可在硬件、软件、固件或其任意组合中实施。对于软件实施方式，这里描述的技术可以用执行这里描述的功能的模块(例如，过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类等等)来实施。通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数或存储器内容，模块可以联接到另一个模块或硬件电路。信息、自变量、参数、数据等可以使用任何合适的手段来传递、转发或传输，包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等。软件代码可以存储在存储器单元中，并由处理器执行。存储器单元可以在处理器内部或处理器外部实施，在这种情况下，它可以通过本领域已知的各种手段通信地联接到处理器。

在一些实施例中，本公开的任何方法可由计算系统执行。图8示出了根据一些实施例的这种计算系统800的示例。计算系统800可以包括计算机或计算机系统801A，其可以是单独的计算机系统801A或分布式计算机系统的布置。计算机系统801A包括一个或多个分析模块802，其被配置为根据一些实施例执行各种任务，例如本文公开的一种或多种方法。为了执行这些不同的任务，分析模块802独立地或与一个或多个处理器804协调地执行，处理器804连接到一个或多个存储介质806。处理器804还连接到网络接口807，以允许计算机系统801A通过数据网络809与一个或多个附加的计算机系统和/或计算系统，例如801B、801C和/或801D通信(注意，计算机系统801B、801C和/或801D可以共享或不共享与计算机系统801A相同的架构，并且可以位于不同的物理位置，例如，计算机系统801A和801B可以位于处理设施中，同时与位于一个或多个数据中心和/或位于不同大陆的不同国家的一个或多个计算机系统如801C和/或801D通信。

处理器可包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统、可编程集成电路、可编程门阵列或其他控制或计算设备。

存储介质806可实施为一种或多种计算机可读或机器可读存储介质。注意，虽然在图8的示例实施例中，存储介质806被描绘为在计算机系统801A内，但是在一些实施例中，存储介质806可以分布在计算系统801A和/或附加计算系统的多个内部和/或外部机箱内和/或跨其分布。存储介质806可以包括一种或多种不同形式的存储器，包括半导体存储设备，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)和闪存、诸如固定、软盘和可移动盘的磁盘、包括磁带在内的其他磁介质、诸如压缩盘(CD)或数字视频盘(DVD)、蓝光光盘或其他类型的光存储或其他类型的存储设备。注意，上面讨论的指令可以在一个计算机可读或机器可读存储介质上提供，或者可替换地，可以在分布在可能具有多个节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质上提供。这种计算机可读或机器可读存储介质被认为是物品(或制造物品)的一部分。制品或制造的制品可以指任何制造的单个部件或多个部件。一个或多个存储介质可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于可以通过网络从其下载机器可读指令以供执行的远程站点。

在一些实施例中，计算系统800包含一个或多个多反演模块808。在计算系统800的示例中，计算机系统801A包括多反演模块808。在一些实施例中，单个多反演模块可以用于执行该方法的一个或多个实施例的一些或所有方面。在替代实施例中，多个多反演模块可以用于执行方法的一些或所有方面。

应了解，计算系统800仅为计算系统的一个示例，计算系统800可具有比所示更多或更少的组件，可组合图8示例实施例中未示出的附加组件，和/或计算系统800可具有图8所示组件的不同配置或布置。图8所示的各种组件可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。

此外，本文所述处理方法中的步骤可通过运行信息处理装置中的一个或多个功能模块来实施，例如通用处理器或专用芯片，例如ASIC、FPGA、PLD或其他合适的设备。这些模块、这些模块的组合和/或它们与通用硬件的组合都包括在本发明的保护范围内。

地质解释、模型和/或其他解释辅助工具可以以迭代方式进行细化；这个概念适用于这里讨论的本方法的实施例。这可以包括使用在算法基础上执行的反馈回路，例如在计算设备(例如，计算系统800，图8)，和/或通过用户的手动控制，用户可以确定给定的步骤、动作、模板、模型或一组曲线是否已经变得足够精确以评估所考虑的地下三维地质构造。

出于解释目的，已参照特定实施例对前述说明进行了描述。然而，上面的说明性讨论并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。此外，示出和描述方法的元件的顺序可以重新排列，和/或两个或更多元件可以同时出现。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。

Claims (20)

1.一种用于地震处理的方法，包括:

接收通过记录传播通过地下区域的地震波收集的测量地震数据；

使用地下区域的模型来模拟合成地震数据；

生成包括测量的地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板；

将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，并将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板；

通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配；和

基于该失配调节模型。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括沿单个空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是二维的。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括沿两个空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是三维的。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括:

确定测量的地震数据的主频率；和

基于该主频率选择第一和第二移动窗口的大小。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定失配包括使用第一和第二移动窗口计算时间偏移图和空间偏移图。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定失配包括:

基于时间偏移图和空间偏移图来计算基于模板匹配的失配目标函数；和

通过调节模型的参数来迭代地减少基于模板匹配的失配目标函数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中基于模板匹配的失配目标函数不直接比较测量地震数据的振幅和合成地震数据的振幅。

8.根据权利要求6所述的方法，其中基于模板匹配的失配目标函数包括用于合成地震数据和测量地震数据之间没有相似性的区域的最小二乘失配项。

9.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令当被计算系统的至少一个处理器执行时，使得所述计算系统执行操作，该操作包括:

接收通过记录传播通过地下区域的地震波收集的测量地震数据；

使用地下区域的模型来模拟合成地震数据；

生成包括测量的地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板；

将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，并将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板；

通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配；和

基于该失配调节模型。

10.根据权利要求9所述的介质，其中所述操作还包括沿着单独的空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是二维的。

11.根据权利要求9所述的介质，其中所述操作还包括沿着两个空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是三维的。

12.根据权利要求9所述的介质，其中所述操作还包括:

确定测量的地震数据的主频率；和

基于该主频率选择第一和第二移动窗口的大小。

13.根据权利要求9所述的介质，其中确定失配包括使用第一和第二移动窗口计算时间偏移图和空间偏移图。

14.根据权利要求13所述的介质，其中确定失配包括:

基于时间偏移图和空间偏移图来计算基于模板匹配的失配目标函数；和

通过调节模型的参数来迭代地减少基于模板匹配的失配目标函数。

15.根据权利要求14所述的介质，其中基于模板匹配的失配目标函数不直接比较测量地震数据的振幅和合成地震数据的振幅。

16.根据权利要求14所述的介质，其中基于模板匹配的失配目标函数包括用于合成地震数据和测量地震数据之间没有相似性的区域的最小二乘失配项。

17.一种计算系统，包括:

一个或多个处理器；和

存储器系统，该存储器系统包括存储指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质，所述指令当被一个或多个处理器中的至少一个处理器执行时，使得所述计算系统执行操作，该操作包括:

接收通过记录传播通过地下区域的地震波收集的测量地震数据；

使用地下区域的模型来模拟合成地震数据；

生成包括测量的地震数据的第一时间-空间面板和包括合成地震数据的第二时间-空间面板；

将第一移动窗口应用于第一时间-空间面板，并将第二移动窗口应用于第二时间-空间面板；

通过将第一移动窗口中的测量地震数据与第二移动窗口中的合成地震数据进行比较来确定失配；和

基于该失配调节模型。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述操作还包括沿着单个空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是二维的。

19.根据权利要求17所述的系统，其中所述操作还包括沿着两个空间方向对测量地震数据和合成地震数据进行分类，使得第一和第二时间-空间面板都是三维的。

20.根据权利要求17所述的系统，其中确定失配包括:

确定失配包括使用第一和第二移动窗口计算时间偏移图和空间偏移图；

基于时间偏移图和空间偏移图来计算基于模板匹配的失配目标函数；和

通过调节模型的参数来迭代地减少基于模板匹配的失配目标函数，

其中基于模板匹配的失配目标函数不直接比较测量地震数据的振幅和合成地震数据的振幅，和

其中基于模板匹配的失配目标函数包括用于合成地震数据和测量地震数据之间没有相似性的区域的最小二乘失配项。

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