全波形反演噪音滤波算子的提取及使用其噪音滤波的方法技术

本发明专利技术公开了全波形反演噪音滤波算子的提取及使用其噪音滤波的方法。本发明专利技术在全波形反演中获取单炮的全波形反演梯度之后，对二维梯度进行二维傅里叶变换将数据从空间域转化到波数域；针对全波形反演速度噪音在波数域中的可存在区间，以及有效全波形反演速度在波数域中的分布，确立波数域中垂直波数与水平波数的关系；采用全波形反演噪音滤波算子避免数据在空间域与波数域之间转换产生的吉普斯现象；最后利用二维傅里叶反变换得到适应于地质特征的具有高信噪比、高保真度的全波形反演结果。本发明专利技术能够结合地质构造特征确定全波形反演噪声存在区间，保持有效全波形反演速度的同时使反演噪音得以消除，效果稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
全波形反演噪音滤波算子的提取及使用其噪音滤波的方法
本专利技术属于地震反演领域，具体涉及全波形反演噪音滤波算子的提取及使用其噪音滤波的方法。
技术介绍
速度在地震资料处理及解释中起着关键性的作用。地震波的走时信息仅考虑了地震波传播中短波长信息，走时反演仅能得到具有简单几何构造地层的模糊宏观速度模型或背景速度模型。走时反演不能反映有效中短波长地震波信息，无法提供高分辨率准确速度模型信息。借助于测井资料高纵向分辨率速度参数反演已发展成熟。具备高纵向和横向分辨率信息的速度构建则需求助于全波形反演。全波形反演是一种基于全波波动方程，在数据域开展的基于模拟数据与观测数据误差泛函最小的非线性反演方法。全波形反演利用的是整个或部分地震记录波形，此波形不仅包含地震波记录震相的运动学特征(如震相的到时、波速等)，还包含地震波动力学特征(如震相的振动方向、振幅、周期、相位等)，通过迭代反演实现速度参数构建。上世纪80年代Tarantola等人提出了基于广义最小二乘反演理论的时间域全波形反演方法，对近20多年多维地震反演理论的发展产生了深远的影响。该方法使用理论波场与实际波场误差的L2泛函作为反演的目标函数，对模型进行网格离散化并利用双程波动方程数值模拟方法(如有限差分法、伪谱法等)模拟波场传播过程，通过梯度寻优实现模型参数迭代更新。该方法可适用于井间地震、VSP、广角地震、反射地震等多种观测系统，反演时能够充分利用多种波形信息，而不局限于只利用反射波信息。为提高计算效率，80年代末90年代初Pratt等人将全波形反演理论推广到频率域，形成了频率域全波形反演方法，也称波形层析成像方法。为了避免反演陷入局部极小，全波形反演方法对初始模型精度要求严格。针对地震数据频带宽度有限、反演初始速度模型获取困难等问题，Shin提出利用阻尼波场零频分量反演低频模型作为频率域波形反演的初始模型，即Laplace域全波形反演方法，为全波形反演理论与应用研究注入了新的活力。近几年来国内外全波形反演方法应用研究发展迅速，例如Bunksetal.(1995)研究了时间域内的多尺度波形反演。Prattetal.(1990)发展了全波形反演成像的并进行油气开发CO2流体注入前面破裂的监测应用，Smithymanetal.(2009)使用波形层析成像进行了近地表探测，Opertoetal.(2006)进行全波形反演处理多次覆盖的海洋数据得到地壳尺度的结构。这些研究为区域深部构造及演化分析、浅表层环境调查、宏观速度场建模与成像、岩性参数反演提供了新的有力手段。目前全波形反演在理论研究方面已经成熟，取得理想反演效果。理论模型研究方面，由于正演地震数据基本上是完备的:观测系统规则，覆盖次数一致，地震波连续性强，反演结果稳定可靠。在实际资料应用中，海上地震资料连续性相对保持较好。对于陆上地震资料采集观测系统由于受到建筑、河流以及复杂地形的影响，地震数据往往存在强烈的非规则性。全波形反演是以正演波场与观测波场的误差泛函作为目标函数，全波形反演的结果严重依赖于实际资料的品质，特别是数据的非完备性在反演结果中引入反演噪音，特别是对于反射波全波形反演严重影响了实际资料的应用。目前在反射波全波形反演噪音的引入还缺乏响应的理论研究和解决方法。
技术实现思路
为了解决现有的全波形反演算法中噪音的问题，本专利技术提供了全波形反演噪音滤波方法，并提供能够适应于地质构造特征的全波形反演噪音滤波算子的提取方法，解决由于数据采集不规则、地震数据覆盖次数低，地震数据缺少道集，以及地震数据缺乏连续性等相关的数据不完备性问题在全波形反演过程中引入的全波形反演结果中存在噪音问题。该专利技术不仅能够消除噪音的影响，又能够不破坏有效信息，算法稳定。全波形反演噪音滤波算子的提取方法，包括如下步骤：1)在全波形反演中获取单炮的全波形反演梯度之后，通过二维傅里叶变换得到多尺度二维波数下全波形反演参数的波数域分布特征，从而将数据从空间域转化到波数域；2)针对全波形反演速度噪音在波数域中的可存在区间，以及有效全波形反演速度在波数域中的分布，确立波数域中垂直波数与水平波数的关系；3)将地质构造的角度引入了虚假全波形反演信息，当地质构造倾角为θ时，在波数域中满足：tanθ＝kx/kz，因此当角度大于地质构造倾角θ时，存在关系式kx＞kztanθ，在该区间内为噪音，将该区间定义为噪音区；在kx＜kztanθ时，有效全波形反演梯度占据主导地位，将该区间定义为有效区；在有效区与噪音区之间建立过渡区，区角度范围为其中，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；为微小扰动角度；4)建立全波形反演噪音滤波算子在理想情况下期望大于地质地层角度的噪音完全消除，同时小于地层倾角的有效信息完全保留，该种情况下波数域滤波算子为：式中：h(kx,kz)为波数域滤波算子，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；h(kx,kz)一阶导数为非连续函数，傅里叶变换存在严重的吉普斯现象，引入从噪音区到有效区的过渡区域，过渡区角度范围为在该角度区间的断点处波数域滤波算子为:式中：θ为地层倾角，为微小扰动角度，kx为水平波数，kz为垂直波数；根据线性拟合函数：式中：G为滤波算子值随水平波数变化的斜率。P为水平波数为零时滤波算子值。则全波形反演噪音滤波算子可表示为:引入扰动量ε增强除法运算的稳定性，综上，可得稳定的全波形反演噪音滤波算子：其中进一步，步骤1)中单炮的全波形反演梯度采用单炮域全波形反演波场误差泛函梯度，对其进行空间域到波数域转换，具体方法为：式中：gs(x,z)是空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，gs(kx,kz)是空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，kx是水平波数，kz是垂直波数；通过二维傅里叶变换将梯度从空间域转换到波数域。本专利技术全波形反演噪音滤波算子对全波形反演中由于地震数据的不完备性以及反演本身存在的多解性的问题而引入的噪音具有良好的压制功能。全波形反演噪音滤波方法，该方法使用上述滤波算子，包括下列步骤：1)将滤波算子作用于全波形反演梯度数据，消除数据在空间域与波数域之间转换产生的吉普斯现象并获取有效全波形反演结果在波数域中表征；2)通过傅立叶反变换将全波形反演梯度从波数域转换到空间域，获取速度更新量并进行速度更新后，得到适应于地质特征的具有高信噪比、高保真度的全波形反演结果。进一步，将滤波算子作用于全波形反演梯度数据采用下式来完成:式中：gs(x,z)是空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，gs′(kx,kz)是实施滤波算子后波数域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，kx是水平波数，kz是垂直波数，x为水平方向坐标，z为垂直方向坐标，j表示为虚部项。进一步，将全波形反演梯度从波数域转换到空间域采用下式来完成：式中：gs(x,z)是空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，gs′(x,z)是实施滤波算子后空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，kx是水平波数，kz是垂直波数，x为水平方向坐标，z为垂直方向坐标，j表示为虚部项。进一步，所述全波形反演采用的资料为叠前炮域地震资料。进一步，所述噪音为由于实际资料数据不完备所引起的噪音；所述的资料数据不完备是指地震数据采集不规则，地震数据覆盖次数低，地震数据缺少道集，缺乏连续性。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
全波形反演噪音滤波算子的提取方法，其特征在于包括如下步骤：1）在全波形反演中获取单炮的全波形反演梯度之后，通过二维傅里叶变换得到多尺度二维波数下全波形反演参数的波数域分布特征，从而将数据从空间域转化到波数域；2）针对全波形反演速度噪音在波数域中的可存在区间，以及有效全波形反演速度在波数域中的分布，确立波数域中垂直波数与水平波数的关系；3）将地质构造的角度引入了虚假全波形反演信息，当地质构造倾角为θ时，在波数域中满足：tanθ=kx/kz，因此当角度大于地质构造倾角θ时，存在关系式kx＞kztanθ，在该区间内为噪音，将该区间定义为噪音区；在kx＜kztanθ时，有效全波形反演梯度占据主导地位，将该区间定义为有效区；在有效区与噪音区之间建立过渡区，区角度范围为其中，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；为微小扰动角度；4）建立全波形反演噪音滤波算子在理想情况下期望大于地质地层角度的噪音完全消除，同时小于地层倾角的有效信息完全保留，该种情况下波数域滤波算子为：h(kx,kz)=1kx≤kztanθ0kx>kztanθ---(1)]]>式中：h(kx,kz)为波数域滤波算子，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；h(kx,kz)一阶导数为非连续函数，傅里叶变换存在严重的吉普斯现象，引入从噪音区到有效区的过渡区域，过渡区角度范围为在该角度区间的断点处波数域滤波算子为:式中：θ为地层倾角，为微小扰动角度，kx为水平波数，kz为垂直波数；根据线性拟合函数：式中：G为滤波算子值随水平波数变化的斜率，P为水平波数为零时滤波算子值。则全波形反演噪音滤波算子可表示为:其中引入扰动量ε，综上，可得稳定的全波形反演噪音滤波算子：其中...

【技术特征摘要】
1.全波形反演噪音滤波算子的提取方法，其特征在于包括如下步骤：1)在全波形反演中获取单炮的全波形反演梯度之后，通过二维傅里叶变换得到多尺度二维波数下全波形反演参数的波数域分布特征，从而将数据从空间域转化到波数域；2)针对全波形反演速度噪音在波数域中的存在区间，以及有效全波形反演速度在波数域中的分布，确立波数域中垂直波数与水平波数的关系；3)在大于地层倾角时引入了虚假全波形反演信息，当地层倾角为θ时，在波数域中满足：tanθ＝kx/kz，在kx＞kztanθ时，噪音占主导地位，将相应区间定义为噪音区；在kx＜kztanθ时，有效全波形反演梯度占据主导地位，将相应区域定义为有效区；在有效区与噪音区之间建立过渡区，过渡区角度范围为其中，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；为微小扰动角度；4)建立全波形反演噪音滤波算子在理想情况下期望大于地层倾角的噪音完全消除，同时小于地层倾角的有效信息完全保留，该种情况下波数域噪音滤波算子为：式中：h(kx,kz)为波数域噪音滤波算子，θ为地层倾角，kx为水平波数，kz为垂直波数；h(kx,kz)一阶导数为非连续函数，傅里叶变换存在严重的吉普斯现象，引入从噪音区到有效区的过渡区域，过渡区角度范围为在该过渡区角度范围的断点处波数域噪音滤波算子为:式中：θ为地层倾角，为微小扰动角度，kx为水平波数，kz为垂直波数；根据线性拟合函数：式中：G为噪音滤波算子值随水平波数变化的斜率，P为水平波数为零时噪音滤波算子值；则全波形反演噪音滤波算子可表示为:其中引入扰动量ε，综上，可得稳定的全波形反演噪音滤波算子：其中2.如权利要求1所述的全波形反演噪音滤波算子的提取方法，其特征在于：步骤1)中单炮的全波形反演梯度采用空间域全波形反演波场误差泛函梯度，对其进行空间域到波数域转换，具体方法为：式中：gs(x,z)是空间域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，x为水平方向坐标，z为垂直方向坐标，j表示为虚部项，gs(kx,kz)是波数域单炮全波形反演波场误差泛函梯度，kx是水平波...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪军，王玉梅，慎国强，何兵红，王希萍，苗永康，王振涛，钮学民，张洪，张达，李燕，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11