一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法技術

本發明專利技術公開了一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，屬于石油地球物理勘探領域，本發明專利技術通過輸入初始速度場、炮記錄及震源子波，建立觀測系統；使用傳統逆時偏移獲得成像結果并作為反射系數模型，應用線性正演模擬和線性波場反傳；計算兩種棱柱波的梯度方向并相加求得棱柱波形反演的梯度方向，用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長，用求取的梯度方向和步長更新速度；用常規全波形反演方法再次更新速度，判斷是否滿足誤差條件，如果不滿足誤差條件，利用更新的速度作為輸入速度再次更新速度，如果滿足誤差條件，輸出反演結果。本發明專利技術降低了對初始模型中高陡構造信息是否缺失的依賴性，提高了對高陡構造的反演精度和效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于石油地球物理勘探領域，具體涉及一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法。
技術介紹
常規一次反射波勘探，受觀測系統限制，對斷層、鹽丘側翼等陡傾角地下構造照明不足，高陡構造精確成像困難。高陡構造產生的棱柱波信息，能夠有效增加高陡構造的照明程度，改善高陡構造成像效果。因此充分利用棱柱波信息對于提高高陡構造的成像能力是非常必要的。由于全波形反演高精度以及高分辨率的特點，使其成為速度建模的一種有力工具，逐漸成為研究的熱點。全波形反演是一個非線性數據擬合的過程，通過減少觀測數據與預測數據的之間的差值來更新參數模型，這個過程以迭代的方式重復下去，直到數據差值足夠小為止。全波形反演計算量很大，計算效率問題成為全波形反演的研究重點之一。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述技術問題，本專利技術提出了一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，能夠降低對初始模型中高陡構造信息是否缺失的依賴性，提高對高陡構造的反演精度和效率。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，包括如下步驟：步驟1：輸入初始速度場的速度、野外觀測炮記錄及震源子波，并建立觀測系統；步驟2：使用下式表示的成像公式獲得成像結果：I=ΣxsΣtuw/u2]]>其中，I表示成像結果，u和w分別表示正傳波場和反傳波場，w＝L*(R*(pobs))，L*為反傳算子，R*表示將限定在檢波器上的數據殘差空間擴展到整個模型空間，pobs為野外觀測炮記錄；步驟3：將步驟2中的成像結果作為反射系數；步驟4：應用線性正演模擬和線性波場反傳，分別計算兩種棱柱波prism1和prism2的梯度方向；g(v)prism1=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′]]>g(v)prism2=2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中，g(v)prism1和g(v)prism2分別表示prism1的梯度方向和prism2的梯度方向，v為速度場的速度，w'表示野外觀測炮記錄與數值模擬的地震記錄殘差的反傳波場，xs為震源位置，t為時間；步驟5：將步驟4中所得的兩個梯度方向相加即可求得棱柱波形反演的梯度方向；g(v)prism=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′+2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中，g(v)prism表示棱柱波形反演的梯度方向；步驟6：用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長α；步驟7：利用求取的梯度方向和更新步長更新速度；vk＝vk-1+αkg(vk-1)prism其中，下標k表示迭代的次數；步驟8：利用常規全波形反演方法更新速度；vk+1＝vk+αkg(vk)其中g(vk)為第k次迭代常規全波形反演的梯度方向；步驟9：判斷vk+1與vk之差是否滿足誤差條件；若：判斷結果是vk+1與vk之差不滿足誤差條件，則執行步驟2；或判斷結果是vk+1與vk之差滿足誤差條件，則執行步驟10；步驟10：輸出反演的速度結果。優選地，在步驟4中，具體包括步驟4.1：定義目標函數：E(v)=12ΣxrΣxsΣt(Ru(t,xr,xs)-p(t,xr,xs)obs)2---(1);]]>其中，Ru(t,xr,xs)和p(t,xr,xs)obs分別為數值模擬的地震記錄與野外觀測炮記錄，xs和xr分別表示炮點和檢波點，t為時間；步驟4.2：將目標函數變分，得到變分表達式：δE(v)=12δ[(Ru-pobs)·(Ru-pobs)]=[δ(Ru-pobs)]·(Ru-pobs)=(Rδu)·(Ru-pobs)---(2);]]>步驟4.3：定義二維聲波波動方程：1v2∂2u∂t2-▿·▿u=s(t,xs)---(3);]]>將方程(3)變形：1(v+δv)2∂2(u+δu)∂t2-▿·▿(u+δu)=s(t,xs)---(4);]]>其中，s(t,xs)表示震源項，表示Laplace算子；對方程(4)進行Taylor展開：(1v2-2δvv3)∂2(u+δu)∂t2-▿·▿(u+δu)=s(t,xs)---(5);]]>對公式(5)展開略去高階項：1v2∂2u∂t2-▿·▿u+1v2∂2δu∂t2-▿·▿δu-2δvv3∂2u∂t2=s(t,xs)---(6);]]>將方程(4)和方程(6)相減,得到：1v2∂2δu∂t2-▿·▿δu=2δvv3∂2u∂t2---(7);]]>進一步可得：δu=L(2δvv3∂2u∂t2)---(8);]]>其中，L表示正傳播過程；步驟4.4：將方程(8)代入變分表達式(2)，可得：δE(v)=(R(L(2δvv3∂2u∂t2)))·(Ru-pobs)=(L(2δvv3∂2u∂t2))·R*(Ru-pobs)=(2δvv3∂2u∂t2)·L*(R*(Ru-pobs))---(9);]]>其中，R*(Ru-pobs)表示將數據殘差空間擴展到整個空間，L*(R*(Ru-pobs))表示剩余波場逆時傳播；步驟4.5：令數據殘差為：Δp＝Ru-pobs(10)；步驟4.6：將正傳波場u和數據殘差Δp＝Ru-pobs分解為如下兩部分：u(t,xr,xs)＝u1(t,xr,xs)+u2(t,xr,xs)(11)；Δp(t,xr,x本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，其特征在于：按照如下步驟進行：步驟1：輸入初始速度場的速度、野外觀測炮記錄及震源子波，并建立觀測系統；步驟2：使用下式表示的成像公式獲得成像結果：I=ΣxsΣtuw/u2]]>其中I表示成像結果，u和w分別表示正傳波場和反傳波場，w＝L*(R*(pobs))，L*為反傳算子，R*表示將數據殘差空間擴展到整個空間，pobs為野外觀測炮記錄；步驟3：將步驟2中的成像結果作為反射系數；步驟4：應用線性正演模擬和線性波場反傳，分別計算兩種棱柱波prism1和prism2的梯度方向；g(v)prism1=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′]]>g(v)prism2=2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中g(v)prism1和g(v)prism2分別表示prism1的梯度方向和prism2的梯度方向，v為速度場的速度，w'表示野外觀測炮記錄與數值模擬的地震記錄殘差的反傳波場，xs為震源位置，t為時間；步驟5：將步驟4中所得的兩個梯度方向相加即可求得棱柱波形反演的梯度方向；g(v)prism=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′+2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中g(v)prism表示棱柱波形反演的梯度方向；步驟6：用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長α；步驟7：利用求取的梯度方向和更新步長更新速度；vk＝vk?1+αkg(vk?1)prism其中，下標k表示迭代的次數；步驟8：利用常規全波形反演方法更新速度；vk+1＝vk+αkg(vk)其中，g(vk)為第k次迭代常規全波形反演的梯度方向；步驟9：判斷vk+1與vk之差是否滿足誤差條件；若：判斷結果是vk+1與vk之差不滿足誤差條件，則執行步驟2；或判斷結果是vk+1與vk之差滿足誤差條件，則執行步驟10；步驟10：輸出反演的速度結果。...

【技術特征摘要】
1.一種提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，其特征在于：按照如下步驟
進行：
步驟1：輸入初始速度場的速度、野外觀測炮記錄及震源子波，并建立觀測系統；
步驟2：使用下式表示的成像公式獲得成像結果：
I=ΣxsΣtuw/u2]]>其中I表示成像結果，u和w分別表示正傳波場和反傳波場，w＝L*(R*(pobs))，L*為反傳
算子，R*表示將數據殘差空間擴展到整個空間，pobs為野外觀測炮記錄；
步驟3：將步驟2中的成像結果作為反射系數；
步驟4：應用線性正演模擬和線性波場反傳，分別計算兩種棱柱波prism1和prism2的梯度
方向；
g(v)prism1=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′]]>g(v)prism2=2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中g(v)prism1和g(v)prism2分別表示prism1的梯度方向和prism2的梯度方向，v為速度場
的速度，w'表示野外觀測炮記錄與數值模擬的地震記錄殘差的反傳波場，xs為震源位置，t
為時間；
步驟5：將步驟4中所得的兩個梯度方向相加即可求得棱柱波形反演的梯度方向；
g(v)prism=2v3ΣxsΣt∂2B(u)∂t2w′+2v3ΣxsΣt∂2u∂t2B*(w′)]]>其中g(v)prism表示棱柱波形反演的梯度方向；
步驟6：用線性搜索方法或者拋物擬合方法求取更新步長α；
步驟7：利用求取的梯度方向和更新步長更新速度；
vk＝vk-1+αkg(vk-1)prism其中，下標k表示迭代的次數；
步驟8：利用常規全波形反演方法更新速度；
vk+1＝vk+αkg(vk)
其中，g(vk)為第k次迭代常規全波形反演的梯度方向；
步驟9：判斷vk+1與vk之差是否滿足誤差條件；
若：判斷結果是vk+1與vk之差不滿足誤差條件，則執行步驟2；
或判斷結果是vk+1與vk之差滿足誤差條件，則執行步驟10；
步驟10：輸出反演的速度結果。
2.根據權利要求1所述的提高高陡構造速度反演效率的全波形聯合反演方法，其特征
在于：在步驟4中，具體包括
步驟4.1：定義目標函數：
E(v)=12ΣxrΣxsΣt(Ru(t,xr,xs)-p(t,xr,xs)obs)2---(1);]]>其中，Ru(t,xr,xs)和p(t,xr,xs)obs分別為數值模擬的地震記錄與野外觀測炮記錄，xs和xr分別表示炮點和檢波點，t為時間；
步驟4.2：將目標函數變分，得到變分表達式：
δE(v)=12δ[(Ru-pobs)·(Ru-pobs)]=[δ(Ru-pobs)]·(Ru-pobs)=(Rδu)·(Ru-pobs)---(2);]]>步驟4.3：定義二維聲波波動方程：
1v2∂2u∂t2-▿·▿u=s(t,xs)---(3);]]>將方程(3)變形：
1(v+δv)2∂2(u+δu)∂t2-▿·▿(u+δu)=s(t,xs)---(4);]]>其中，s(t,xs)表示震源項，▽·▽表示Laplace算子；
對方程(4)進行Taylor展開：
(1v2-2δvv3)∂2(u+δu)∂t2-▿·▿(u+δu)=s(t,xs)---(5);]]>對公式(5)展開略...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曲英銘，李振春，黃建平，李金麗，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，曲英銘，
類型：發明
國別省市：山東;37