一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法技术

本发明专利技术公开了一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，包括利用层析反演方法获得初始速度模型并进行逆时偏移成像获得初始成像结果，使用倾角预测技术获得地震数据倾角场；利用所述倾角场和多频段地震数据建立构造约束速度建模目标泛函；利用解耦粘声波动方程进行Q补偿的波场延拓，并计算泛函的梯度，更新速度模型；利用多尺度多频带反演策略求解高精度速度反演优化问题，获得高精度深水浅层速度场。通过将衰减补偿应用于全波形反演，在全波形反演目标函数中引入构造导向约束，利用地震成像构造信息约束速度参数模型，可以有效提高反演的精度和效率。可以有效提高反演的精度和效率。可以有效提高反演的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法


[0001]本专利技术涉及深水浅层地震勘探的
，更具体地，涉及一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法。

技术介绍

[0002]伴随着地学研究与石油物探的水平与内涵不断增加，地震勘探的需求正逐步增多，地震勘探的精度也正在不断提高。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。地震成像技术能够以图像的方式直观清晰地显示地下物质结构的属性，其中，初始模型的迭代反演是地震成像技术的基础，而其中的速度建模又是地震成像处理过程中的关键步骤，其建成的速度模型的好坏，会直接影响地震数据处理的最终成果，即影响地震剖面的质量，也就是说，获得准确的速度模型有助于提高地震成像的精度。但是，由于全波形反演(FWI)的强非线性，全波形反演的求解过程需要消耗大量计算成本。此外，实际地层复杂介质对地震波具有吸收作用导致地震波在传播过程中振幅频率等发生变化，因此计算全波形反演梯度时会引起能量衰减和相位畸变，从而导致深部梯度能量衰弱，深部反演精度降低，通常需要额外的迭代次数以弥补该不足。
[0003]目前现有的速度模型建立方式主要包括以下几个步骤：一、确定地震数据速度模型的目标函数；二、基于层位约束计算得到所述目标函数的梯度，通过在计算目标函数梯度的过程中，引入层位约束，即增加了约束条件；三、根据计算得到的梯度对所述目标函数进行调整，以得到调整后的速度模型。但是，这种速度建模方式并没有充分考虑实际地层介质对于地震波的吸收作用，因此其反演结果会引起能量衰减和相位畸变，影响反演精度。
[0004]全波形反演是一种强非线性且依赖于初始模型的方法，利用其它先验约束条件可以有效减弱反演病态性，避免反演产生周波跳跃现象。但是，现有的速度建模方法没有充分应用衰减补偿的理念，只是简单地通过增加迭代次数来提高反演精度，浪费了大量算力。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服现有的速度建模方法反演精度差的缺陷，提供一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，将衰减补偿应用于全波形反演以提高反演收敛速率，可以快速获得高精度浅层速度信息，为后续的地震成像和反演提供基础。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供了一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、利用层析反演方法获得初始速度模型并进行逆时偏移成像获得初始成像结果，使用倾角预测技术获得地震数据倾角场；
[0009]步骤S2、利用所述倾角场和多频段地震数据建立构造约束速度建模目标泛函；
[0010]步骤S3、利用解耦粘声波动方程进行Q补偿的波场延拓，并计算泛函的梯度，更新速度模型；
[0011]步骤S4、利用多尺度多频带反演策略求解高精度速度反演优化问题，获得高精度深水浅层速度场。
[0012]进一步地，所述步骤S1中，首先利用初始速度模型进行偏移成像获得初始成像结果，然后利用初始成像结果通过旅行时和倾角场数学关系：
[0013][0014]求取地震初始模型的倾角场信息，其中表示零偏移距旅行时曲线，t表示旅行时，t0表示第一道旅行时，x表示偏移距，x0表示零偏移距，p表示倾角场。
[0015]进一步地，所述步骤S2中，在速度建模反演目优化目标函数中引入对反演模型的约束项，有效地提高反问题的稳定性和收敛速率，将倾角场信息和自适应全变分约束引入目标函数，建立构造约束衰减补偿速度建模目标泛函：
[0016][0017]其中，J
Q
是目标函数，u(v
c
,Q)代表考虑衰减的模拟数据，f(v
r
,Q)代表含衰减的观测数据，v
c
代表当前的速度模型，v
r
代表最终的速度模型，是构造约束正则化项，和分别为平行于速度模型构造方向和垂直于速度模型构造方向的梯度算子。
[0018]进一步地，构造约束正则化项中的λ1、λ2分别为对应于和的构造约束正则化权重因子；梯度算子和的表达式可分别扩展为：
[0019][0020]其中，ε1和ε2分别为对应于和的加权系数，和分别为沿着水平方向和垂直方向的梯度算子，v(x,z)代表速度模型；利用倾角预测技术，得到对应于速度模型每一点的局部倾角信息，将所述局部倾角信息与水平和垂直方向梯度算子结合，即可得到平行于构造方向和垂直于构造方向的梯度约束算子。新的构造约束算子与常规使用的水平和垂直方向梯度算子相比，所述梯度算子和可以更有效地保护反演模型的边界信息，相对于全波形反演此过程仅仅需要很少的计算量；检测到模型的边界信息后，用得到的边界信息对模型更新梯度做一定的修正，使得模型梯度对界面更加敏感。
[0021]此外，参数ε1和ε2设置为与倾角p有关的参数，即ε1(p)和ε2(p)，倾角p越大，ε1(p)越小，ε2(p)越大，反之倾角p越小，ε1(p)越大，ε2(p)越小。如此约束保证大倾角估计有误差的情况下可以自动调整反演约束进程，获得可靠稳定结果。
[0022]进一步地，所述构造约束正则化项包括采用L2范数的平行于构造方向的约束，以及采用L1范数的垂直于构造方向的约束。平行于构造方向的约束采用L2范数目的是为了让反演的速度模型沿着构造方向更平滑，而
垂直于构造方向的约束采用L1范数目的是为了让反演的速度模型垂直于构造走向更稀疏，这样保证了反演的速度模型具有块状的功能，更符合实际地下速度模型的假设。
[0023]进一步地，通过衰减补偿波场延拓算法获得波场，但是由于L1范数正则化不便于直接求导，这里引入分裂布雷格曼(Split
‑
Bregman)迭代法将L1范数约束问题转化为等价的L2范数约束，以统一求解构造约束对速度模型的导数，转化后构造约束有如下L2范数形式：
[0024][0025][0026]其中，m1、m2、n1和n2为迭代变量。
[0027]进一步地，所述步骤S3中，地震波在地下传播时由于受到吸收衰减的作用，导致地震波振幅减弱，使用解耦粘声波动方程描述这一过程。所述解耦粘声波动方程时间方向的延拓公式为：
[0028][0029]其中，u(x,t+NΔt)是空间位置x处t+NΔt时刻的波场，k是波数，i是虚数单位，是傅里叶域(N
‑
1)Δt时刻的波场，是补偿波场的相移函数；采用低秩分解算法将波场延拓算子进行分解，选取部分波场延拓算子中的部分元素来近似传播算子，通过快速傅里叶变换提高该方法的计算效率。
[0030]进一步地，通过伴随状态方法，目标函数对速度的梯度可等价于正传波场和反传波场的相关与正演算子对速度导数的乘积，速度场更新梯度表达式可以写成如下形式：
[0031][0032]其中，上标T代表共轭转置算子，J
Q
是目标函数，Q是品质因子，用于补偿波场传播过程中的能量损失，u
c
(v
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、利用层析反演方法获得初始速度模型并进行逆时偏移成像获得初始成像结果，使用倾角预测技术获得地震数据倾角场；步骤S2、利用所述倾角场和多频段地震数据建立构造约束速度建模目标泛函；步骤S3、利用解耦粘声波动方程进行Q补偿的波场延拓，并计算泛函的梯度，更新速度模型；步骤S4、利用多尺度多频带反演策略求解高精度速度反演优化问题，获得高精度深水浅层速度场。2.根据权利要求1所述的深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，其特征在于，所述步骤S1中，首先利用初始速度模型进行偏移成像获得初始成像结果，然后利用初始成像结果通过旅行时和倾角场数学关系：求取地震初始模型的倾角场信息，其中表示零偏移距旅行时曲线，t表示旅行时，t0表示第一道旅行时，x表示偏移距，x0表示零偏移距，p表示倾角场。3.根据权利要求1所述的深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，其特征在于，所述步骤S2中，在速度建模反演优化目标函数中引入对反演模型的约束项，有效地提高反问题的稳定性和收敛速率，将倾角场信息和自适应全变分约束引入目标函数，建立构造约束衰减补偿速度建模目标泛函：其中，J
Q
是目标函数，u(v
c
,Q)代表考虑衰减的模拟数据，f(v
r
,Q)代表含衰减的观测数据，是构造约束正则化项；其中，v
c
代表当前的速度模型，v
r
代表最终的速度模型，和分别为平行于速度模型构造方向和垂直于速度模型构造方向的梯度算子，λ1、λ2分别为对应于和的构造约束正则化权重因子。4.根据权利要求3所述的深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度建模方法，其特征在于，是构造约束正则化项，其中，λ1、λ2分别为对应于和的构造约束正则化权重因子；梯度算子和的表达式可分别扩展为：其中，ε1和ε2分别为对应于和的加权系数，和分别为沿着水平方向和垂直方向的梯度算子，v(x,z)代表速度模型；利用倾角预测技术，得到对应于速度模型每一点的局部倾角信息，将所述局部倾角信息与水平和垂直方向梯度算子结合，即可得到平行于构造方向和垂直于构造方向的梯度约束算子；
此外，参数ε1和ε2设置为与倾角p有关的参数，即ε1(p)和ε2(p)，倾角p越大，ε1(p)越小，ε2(p)越大，反之倾角p越小，ε1(p)越大，ε2(p)越小。5.根据权利要求4所述的深水浅层地震资料构造约束衰减补偿速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡林，裴健翔，宋鹏，李芳，黄时卓，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司海南分公司，
类型：发明
国别省市：