低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法技术

涉及一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，该方法包括以下步骤：1)根据观测地震数据的包络和基于初始速度模型的模拟地震数据的包络，构建加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函；2)基于所述互相关目标泛函构建相应的逆时传播伴随震源；3)采用所述伴随震源反向传播求解伴随波场，并进行包络反演，从而对所述初始速度模型进行重构，得到低频数据缺失条件下重构后的速度模型；4)验证包络反演的精度，在精度满足要求的情况下，把重构后的速度模型作为初始速度模型进行传统波动方程层析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油地震勘探领域，更具体地，涉及低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法。
技术介绍
传统的基于波动方程的全波形层析技术由于其利用叠前地震数据运动学和动力学信息，在反演过程中匹配地震波的波形、振幅、和相位信息，因而具有较高的分辨率，被认为是速度建模精度最高的方法。由于匹配地震波所有的信息，采用复杂模型记录的地震数据进行反演时，该技术是一高度的非线性问题，目标泛函往往存在着大量的局部极小值，其反演的精度严重依赖于初始模型的精度(Bunk等1995)。为了削弱反演的非线性性，Bunks等(1995)、Sigure和Pratt(2004)分别从时间空间域和频率空间域的角度给出了从低频到高频的多尺度反演策略。Baeten等(2013)指出实际地震资料中的1.5Hz到2.0Hz的数据对于恢复地下介质宏观背景模型起着至关重要的作用。然而实际地震资料往往缺乏5Hz以下的低频信息，或低频段信息不可靠，因而采用低频缺失的地震数据进行多尺度全波形层析技术也无法使反演结果收敛到全局极小值。Wu和Luo(2013)在地震勘探领域采用数据残差形式的包络反演去解决常规时间域波动方程层析由于地震数据低频缺失引起的反演结果不稳定问题。在地震数据采集过程中，由于受震源强度、震源响应、表层吸收衰减、各种噪音干扰、传播机制、地质因素及检波器耦合效应等影响，陆上地震资料震源和检波点能量不均衡现象十分严重，即使采用地表一致性振幅补偿，不同震源的能量也可达一个数量级。采用不同振幅能量数量级的包络残差反演会使包络反演的解不稳定，且当包络的时间延迟大于包络信号的半个周期时，包络反演也同<br>样面临着陷入局部极值的风险。
技术实现思路
为此，本专利技术给出一种基于归一化非零延迟相位拟合的包络反演，以重构初始的宏观背景速度模型，削弱传统波动方程层析对低频高度依赖的缺陷，并且使该技术更加适用于陆上地震资料的反演，提高其稳健性。一方面提出了一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，该方法包括以下步骤：1)根据观测地震数据的包络和基于初始速度模型的模拟地震数据的包络，构建加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函；2)基于所述互相关目标泛函构建相应的逆时传播伴随震源；3)采用所述伴随震源反向传播求解伴随波场，并进行包络反演，从而对所述初始速度模型进行重构，得到低频数据缺失条件下重构后的速度模型；4)验证包络反演的精度，在精度满足要求的情况下，把重构后的速度模型作为初始速度模型进行传统波动方程层析。本专利技术属于石油地震勘探领域在低频地震数据缺失条件下稳健的宏观背景速度建模方法。针对传统时间域波动方程层析在实际陆上资料高精度速度建模过程中严重依赖地震数据低频信息，且由于地表不一致、震源和检波器能量不均衡导致的反演不稳定问题，本专利技术给出基于加窗归一化非零延迟相位拟合的包络数据反演方法，削弱传统波动方程层析对低频高度依赖的缺陷，并且使该技术更加适用于陆上地震资料的反演，提高其稳健性。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本专利技术实施例的一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法的流程图；图2示出了低频缺失雷克子波及其包络的示意图；图3示出了低频缺失子波正演炮集；图4示出了炮集包络自然对数；图5示出了真实Marmousi模型；图6示出了常梯度初始模型；图7示出了传统L2范数波动方程层析反演结果；图8示出了加窗非零延迟归一化相位拟合包络反演结果；图9示出了包络反演+传统L2范数波动方程层析反演结果；图10示出了观测地震数据包络和观测地震数据包络的归一化自相关；图11示出了观测地震数据包络和初始模型模拟数据包络的归一化互相关；图12示出了观测地震数据包络和包络反演模型模拟数据包络的归一化互相关。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本专利技术实施例的一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法的流程图，该方法包括以下步骤。步骤101，根据观测地震数据的包络和基于初始速度模型的模拟地震数据的包络，构建加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函:式中，χXcorNenlog为地震包络自然对数的归一化互相关目标泛函，其可为加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函，XcorNen1og(τ,h)为观测地震数据包络自然对数和模拟地震数据包络自然对数的归一化互相关函数。P(τ)为加权时窗函数，τ为时移量，u(t,h)为观测地震数据，y(t,h)为模拟地震数据，uH(t,h)为观测地震数据的希尔伯特变换，yH(t,h)为模拟地震数据的希尔伯特变换，eobs(t,h)为观测地震数据的包络，esyn(t,h)为模拟地震数据的包络，c是为了避免自然对数真数为零引入的一个常数，h表示检波器的序号。采用该目标泛函可允许观测数据和模拟数据的包络延迟时间大于半个包络周期，从而使反演更加稳健，避免了基于包络残差对相位延迟在半个周期内的要求。步骤102，根据步骤101给出的互相关目标泛函构建相应的逆时传播伴随震源。根据Tromp等(2005)等人的研究，对于不同的数据匹配，不论是求解两个信号的残差还是两个信号的相似程度，梯度的求解表达式是相同的，都是采用正向传播波场和逆时传播的伴随波场互相关叠加求得。唯一不同的是，对于不同的信号匹配方式，伴随方程右端的伴随震源项不相同。本实施例可基于各向同性介质中的声波方程来实现，采用的声波关于速度模型的梯度表达式为：其中Ns表示震源的个数，vp为速度模型，ρ为地下介质模型，为正向传播的质点振动速度波场分量，Q为逆时传播的伴随压力波场分量，is表示震源索引，xi表示x,y,z方向坐标，T表示传播的最大时刻。为了准确的求解归一化非零延迟包络互相关目标泛函关于速度模型的梯度，需要准确的求解出伴随波场。而伴随波场通过伴随方程求解，其和正向传播的声波方程一致，唯一不同的是右端的震源项。因此准确推导出相应的伴随震源十分必要。伴随震源可由目标泛函关于模拟波场的梯度进行求解：经过一系列数学推导可得：其中为观测地震数据的包络和模拟地震数据的包络的互相关。Hilbert表示信号的希尔伯特变换。相应的伴随震源为：步骤103，采用构建的伴随震源反向传播求解伴随波场，并进行包络反演，从而对初始速度模型进行重构，得到低频数据缺失条件下重构后的速度模型；在求解伴随波场时采用各向同性介质中的声波波动方程，其中u(x,t)表示伴随波场：式中：其中b为密度的倒数，κ为体积模量，u(x,t)＝[vx(x,t),vy(x,t),vz(x,t),p(x,t)]T，s(x,t)＝[0,0,0,Adjsource]T。▽表示对空间的导数，是对x方向的导数，是对y方向的导数,表示对z方向的导数。vx(x,t),vy(x,t),vz(x,t),分别是x,y,z方向的质点震动速度伴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，该方法包括以下步骤：1)根据观测地震数据的包络和基于初始速度模型的模拟地震数据的包络，构建加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函；2)基于所述互相关目标泛函构建相应的逆时传播伴随震源；3)采用所述伴随震源反向传播求解伴随波场，并进行包络反演，从而对所述初始速度模型进行重构，得到低频数据缺失条件下重构后的速度模型；4)验证包络反演的精度，在精度满足要求的情况下，把重构后的速度模型作为初始速度模型进行传统波动方程层析。

【技术特征摘要】
1.一种低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，该方法包括以下步骤：1)根据观测地震数据的包络和基于初始速度模型的模拟地震数据的包络，构建加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函；2)基于所述互相关目标泛函构建相应的逆时传播伴随震源；3)采用所述伴随震源反向传播求解伴随波场，并进行包络反演，从而对所述初始速度模型进行重构，得到低频数据缺失条件下重构后的速度模型；4)验证包络反演的精度，在精度满足要求的情况下，把重构后的速度模型作为初始速度模型进行传统波动方程层析。2.根据权利要求1所述的低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，其中，加窗归一化非零延迟的相位拟合互相关目标泛函χXcorNenlog表示为：χXcorNenlog=-12ΣhΣτ(P(τ)XcorNenlog(τ,h))2]]>XcorNenlog(τ,h)=Σt(ln(esyn(t,h)+c))(ln(eobs(t+τ,h)+c))||(ln(esyn(h)+c))||||(ln(eobs(h)+c))||]]>eobs(t,h)=u2(t,h)+uH2(t,h)]]>esyn(t,h)=y2(t,h)+yH2(t,h)]]>其中，XcorNen1og(τ,h)为观测地震数据包络自然对数和模拟地震数据包络自然对数的归一化互相关函数，P(τ)为加权时窗函数，τ为时移量，u(t,h)为观测地震数据，y(t,h)为模拟地震数据，uH(t,h)为观测地震数据的希尔伯特变换，yH(t,h)为模拟地震数据的希尔伯特变换，eobs(t,h)为观测地震数据的包络，esyn(t,h)为模拟地震数据的包络，c是为了避免自然对数真数为零引入的一个常数，h表示检波器的序号。3.根据权利要求2所述的低频地震数据缺失下的背景速度模型重构方法，其中，伴随震源Adjsource表示为：Adjsource=-(P2(τ)XcorNenlog(τ,h))*ln(eobs(t+τ,h)+c)y(t,h)esyn(t,h)(esyn(t,h)+c)||ln(esyn(h)+c)||||ln(eobs(h)+c)||-Hilbert(ln(eobs(t+τ,h)+c)yH(t,h)esyn(t,h)(esyn(t,h)+c))||ln(esyn(h)+c)||||ln(eobs(h)+c)||-Xcorenlog(τ,h)y(t,h)(ln(esyn(t,h)+c))(esyn(t,h)+c)esyn(t,h)||ln(esyn(h)+c)||3||ln(eobs(h)+c)||+Xcorenlog(τ,h)Hilbert((ln(esyn(t,h)+c))yH(t,h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，刘定进，胡光辉，
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石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11