三维起伏观测面地震斜率层析成像方法技术

本发明专利技术涉及一种三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，属于地震资料处理的速度建模技术领域。其解决了现有三维斜率层析方法不适用于起伏观测面的三维地震勘探资料的地下速度建模的问题。本发明专利技术包括如下步骤：获取原始三维地震资料并进行预处理；拾取地震斜率与走时数据形成观测数据空间；建立初始速度模型和初始射线参数，形成模型空间；根据初始模型进行正演计算，获取计算数据空间；射线参数与速度模型联合反演；反演结果质量控制，更新模型；判断反演结果是否符合要求，符合则输出速度模型，不符合则继续迭代直到反演结果符合要求。本发明专利技术易于计算机自动化实现，对复杂地区具有很强的适应性，为陆地起伏地表地震成像提供有效的速度建模方法。

Seismic slope tomography method for 3-D undulation observation surface

The invention relates to a seismic slope tomography method for three-dimensional undulation observation surface, belonging to the technical field of velocity modeling for seismic data processing. It solves the problem that the existing three-dimensional slope tomography method is not suitable for the modeling of underground velocity of three-dimensional seismic exploration data on undulating observation surface. The invention comprises the following steps: acquiring original three-dimensional seismic data and preprocessing; picking up seismic slope and travel time data to form observation data space; establishing initial velocity model and initial ray parameters to form model space; forward calculation based on initial model to obtain calculation data space; joint inversion of ray parameters and velocity model; quality control of inversion results, and more. New model; judge whether the inversion results meet the requirements, then output velocity model, and continue to iterate until the inversion results meet the requirements. The invention is easy to realize by computer automation, has strong adaptability to complex areas, and provides an effective velocity modeling method for terrestrial undulating surface seismic imaging.

【技术实现步骤摘要】
三维起伏观测面地震斜率层析成像方法
本专利技术涉及一种三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，属于地震资料处理的速度建模

技术介绍
地震斜率层析成像是一种利用多道地震勘探的反射波资料建立地下速度结构模型的技术。与反射走时层析成像相比，斜率层析成像引入了同相轴斜率的概念，采用光滑速度模型，通过同相轴斜率对射线路径进行约束，使其只需要局部相关的同相轴的斜率和走时数据，而不需要实现对反射同相轴追踪和建立同相轴与地层层位的一一对应关系，使得斜率层析成像具有比反射走时层析成像更高的自动化程度和实用价值，成为地震资料叠前深度偏移成像速度建模的有效技术之一。现有的斜率层析成像方法是基于水平观测面的，多应用于海洋地震勘探资料。对于陆地地震勘探，其观测面起伏往往较大，观测面的起伏对获取地震资料同相轴斜率有很大影响，使得未考虑起伏观测面对斜率效应的常用的斜率层析成像对陆地地震勘探资料的应用效果不佳。通过对二维地形起伏对二维地震资料斜率的影响进行过研究，表明了考虑地形起伏的必要性和良好效果。三维地震勘探是油气勘探的主流方法，三维地震斜率层析成像与二维地震斜率层析成像相比，不仅是多了一个空间方向上的同相轴斜率数据，而且其中的地震正演和反演方程完全不同。目前，还缺乏考虑起伏观测面的地震斜率层析成像，严重制约了地震斜率层析成像在起伏观测面陆地地震勘探资料的应用及其效果。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，其解决了三维斜率层析方法不适用于起伏观测面的三维地震勘探资料的地下速度建模的问题。本专利技术所述的三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：三维地震资料的预处理；S2：拾取地震斜率和走时数据，形成观测数据空间，包括如下小步：S21：通过在共炮点道集与共检波点道集中使用倾斜叠加的方法获得斜率和走时数据；S22：通过地震记录道头中获取炮点S和检波点R的位置信息，最终形成观测数据空间dobs：其中，(xs,ys,zs)为炮点S的水平位置与高程；(psx_obs,psy_obs)为观测到的炮点S处沿x，y方向的同相轴斜率；(xr,yr,zr)为检波点R的水平位置与高程；(prx_obs,pry_obs)为观测到的检波点R处沿x，y方向的同相轴斜率；tsr_obs为观测到的自S点激发R点接收的地震波双程反射走时；N为观测数据空间的数据个数；S3：建立初始速度模型和初始射线参数，形成模型空间，包括如下小步：S31：建立初始速度模型：通过观测系统资料，确定观测面的起伏形态，根据经验或已先验速度信息建立地表起伏的地下速度模型；再离散速度模型，通过离散网格节点的速度描述模型速度变化，形成初始速度模型；S32：建立初始射线参数，最终形成模型空间m:其中，为初始射线参数；为初始速度模型参数；(xc,yc,zc)为地下反射点位置；(θsx,θsy)为反射射线自反射点朝着炮点S出射角；(θrx,θry)为反射射线自反射点朝着检波点R的出射角；(ts,tr)为地下反射点到炮点S和检波点R的单程走时；M为全部炮点和检波点对应的射线对的个数；vk为离散速度模型中第k个节点的速度；K为描述整个速度模型的全部速度节点的个数；S4：根据初始模型进行正演计算，获取计算数据空间，包括如下小步：S41：根据初始速度模型和初始射线参数，采用龙哥库塔方法求解三维程函方程得到慢度水平分量、旅行时等计算数据，最终形成计算数据空间：其中，(psx_cal,psy_cal,psz_cal)为求解三维程函方程得到的沿X、Y、Z方向的炮点端的慢度水平分量；(prx_cal,pry_cal,prz_cal)为求解三维程函方程得到的沿X、Y、Z方向的检波点端的慢度水平分量；tsr_cal为计算得到的自S点激发R点接收的地震波双程反射走时；S42：进行射线追踪的同时，根据旁轴射线原理计算得到与射线相关的敏感度矩阵，敏感度矩阵元素包括数据空间元素对模型空间元素的偏导数，可表示为：其中，G为敏感度矩阵；S5：射线参数与速度模型联合反演，包括如下小步：S51：将斜率层析成像的目标函数设为下式：其中，为数据目标函数；为正则化约束项；dcal为正演计算数据；dobs为观测数据；Cd为数据协方差矩阵；mv为模型参数；mv_prior为先验模型参数；Cm为模型协方差矩阵；λ为阻尼系数；S52：将上述目标函数中的非线性正演算子通过泰勒级数展开进行线性化处理后，对模型参数求偏导数并令其等于零，得到线性反演方程如下：GΔm＝Δd(6)其中，G为敏感度矩阵；Δm为模型更新量；Δd为观测数据与计算数据的残差，且Δd＝[ΔxsΔysΔzsΔpsxΔpsyΔxrΔyrΔzrΔprxΔpry]T(7)其中，Δxs、Δys、Δzs分别为实际炮点位置与计算的炮点端射线位置的残差；Δxr、Δyr、Δzr分别为实际检波点位置与计算的检波点端射线位置的残差；Δpsx、Δpsy为观测炮点斜率与计算炮点斜率的残差；Δprx、Δpry为观测检波点斜率与计算检波点斜率的残差；S53：对于起伏观测面的速度模型，计算的慢度水平分量未考虑观测面起伏因素，与拾取的斜率不一致；考虑观测面的起伏，斜率残差Δpsx、Δpsy、Δprx、Δpry按以下公式求取：其中，α为地形沿X方向的倾角；β为地形沿Y方向的倾角；S54：使用LSQR算法求解线性方程组，得到模型更新量；S6：对反演结果进行质量控制：检查射线参数是否合理，剔除拾取不准确的射线参数对应的观测数据并更新速度模型和射线参数；S7：判断反演结果是否满足要求：若满足则输出反演速度模型，未满足要求则将更新后的速度模型和射线参数作为新的模型空间，重复S4至S6，直到满足反演要求。优选地，所述S3中，初始速度模型为包含起伏地表的三维离散速度模型。优选地，所述S4中，获取计算数据空间的过程采用龙哥库塔方法求解三维程函方程得到，得到的计算数据包括慢度水平分量、旅行时。优选地，所述S5中，射线参数与速度模型联合反演的过程中，需要对反演方程中右端项做修改，将与斜率匹配的右端项用计算斜率表示而非慢度水平分量。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，考虑到了观测面起伏对于斜率层析成像的影响，解决了基于水平观测面假设的斜率层析成像方法无法用于观测面起伏的陆上地区速度建模的问题；本专利技术易于计算机自动化实现，对复杂地区具有很强的适应性，为陆地起伏地表地震成像提供一种有效的速度建模方法。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为预处理后第628炮地震记录图；图3为本专利技术建立的三维速度模型图；图4为三维水平观测面地震斜率层析成像方法建立的三维速度模型图；图5为本专利技术建立的三维速度模型切片图；图6为三维水平观测面地震斜率层析成像方法建立的三维速度模型切片图；图7为利用本专利技术建立的速度模型进行叠前时间偏移得到的偏移剖面图；图8为利用三维水平观测面地震斜率层析成像方法建立的三维速度模型进行叠前时间偏移得到的偏移剖面图。具体实施方式为了使本专利技术目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：本专利技术所述的三维起伏观测面地震斜率层析成像方法的流程图，如图1所示，包括如下步骤：S1：对原始地震资料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：三维地震资料的预处理；S2：拾取地震斜率和走时数据，形成观测数据空间，包括如下小步：S21：通过在共炮点道集与共检波点道集中使用倾斜叠加的方法获得斜率和走时数据；S22：通过地震记录道头中获取炮点S和检波点R的位置信息，最终形成观测数据空间dobs：

【技术特征摘要】
1.一种三维起伏观测面地震斜率层析成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：三维地震资料的预处理；S2：拾取地震斜率和走时数据，形成观测数据空间，包括如下小步：S21：通过在共炮点道集与共检波点道集中使用倾斜叠加的方法获得斜率和走时数据；S22：通过地震记录道头中获取炮点S和检波点R的位置信息，最终形成观测数据空间dobs：其中，(xs,ys,zs)为炮点S的水平位置与高程；(psx_obs,psy_obs)为观测到的炮点S处沿x，y方向的同相轴斜率；(xr,yr,zr)为检波点R的水平位置与高程；(prx_obs,pry_obs)为观测到的检波点R处沿x，y方向的同相轴斜率；tsr_obs为观测到的自S点激发R点接收的地震波双程反射走时；N为观测数据空间的数据个数；S3：建立初始速度模型和初始射线参数，形成模型空间，包括如下小步：S31：建立初始速度模型：通过观测系统资料，确定观测面的起伏形态，根据经验或已先验速度信息建立地表起伏的地下速度模型；再离散速度模型，通过离散网格节点的速度描述模型速度变化，形成初始速度模型；S32：建立初始射线参数，最终形成模型空间m:其中，为初始射线参数；为初始速度模型参数；(xc,yc,zc)为地下反射点位置；(θsx,θsy)为反射射线自反射点朝着炮点S出射角；(θrx,θry)为反射射线自反射点朝着检波点R的出射角；(ts,tr)为地下反射点到炮点S和检波点R的单程走时；M为全部炮点和检波点对应的射线对的个数；vk为离散速度模型中第k个节点的速度；K为描述整个速度模型的全部速度节点的个数；S4：根据初始模型进行正演计算，获取计算数据空间，包括如下小步：S41：根据初始速度模型和初始射线参数，采用龙哥库塔方法求解三维程函方程得到慢度水平分量、旅行时等计算数据，最终形成计算数据空间：其中，(psx_cal,psy_cal,psz_cal)为求解三维程函方程得到的沿X、Y、Z方向的炮点端的慢度水平分量；(prx_cal,pry_cal,prz_cal)为求解三维程函方程得到的沿X、Y、Z方向的检波点端的慢度水平分量；tsr_cal为计算得到的自S点激发R点接收的地震波双程反射走时；S42：进行射线追踪的同时，根据旁轴射线原理计算得到与射线相关的敏感度矩阵，敏感度矩阵元素包括数据空间元素对模型空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建中，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37