一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法技术

本发明专利技术涉及一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，属于海洋地震勘探的全波形反演速度建模领域。本发明专利技术主要包括如下步骤：1)获取观测的拖缆和OBS地震记录数据，并对其进行预处理；2)采用高阶统计方法提取地震子波；3)分别计算拖缆和OBS地震记录对应的正传波场和反传波场；4)基于伴随状态法计算目标函数的梯度场；5)计算共轭梯度场和速度模型的修正量；6)迭代更新速度模型；7)判断是否满足迭代终止条件，如果不满足迭代终止条件，则返回步骤3，否则，输出结果。本方法解决了只利用拖缆地震记录进行波形反演，由于缺少低频地震信息，反演结果不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法
本专利技术涉及一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，属于地震勘探的全波形反演速度建模领域。
技术介绍
目前速度建模的方法有很多种，比如走时层析、斜率层析、菲尼尔体层析、偏移速度分析、全波形反演等。在这些方法中，全波形反演是近年来的研究热点之一，也是最有可能得到高分辨率、高保真度的速度建模方法之一。然而，全波形反演严重依赖于初始速度模型的准确程度和观测地震记录中的低频地震信息。对于地质结构复杂的区域，利用现有的手段为全波形反演建立一个足够准确的初始速度模型通常比较困难。因此，为全波形反演提供足够低频的地震数据就显得尤为重要。但是，由于常用的采集技术的限制，由水听器记录的拖缆地震数据中通常缺少低频成份(<5Hz)。利用拖缆地震数据进行全波形反演，其反演通常收敛于局部解，反演结果不可信。为此，许多学者提出了多种方法来构建低频地震信息。一种方法是利用高频地震资料通过非线性插值计算低频地震资料。该方法虽然在一定程度上可以抑制周期跳跃现象的发生，然而，插值得到的低频地震资料不满足波动方程。Beattone全波形反演利用数学变换从频率相近的两个高频信号中得到低频地震资料，然而构建的低频地震资料的质量严重依赖于高频地震数据。拉普拉斯域全波形反演在缺少低频地震资料时，可以得到足够平滑的速度模型，然而该方法需要大偏移距的地震数据。包络反演也可以构建低频信息，然而数学变换严重地破坏了地震波的波形。这些方法主要通过数学变换来得到低频的地震信息，从而满足全波形反演的需要。然而，这些人工合成的低频地震记录与真实的低频地震信息存在一定程度的差异，使得反演结果中可能存在虚假的速度结构，降低了反演结果的可靠性。
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拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，利用少量OBS观测获取实际的地震低频分量，解决了只使用拖缆数据进行全波形反演时，因缺乏低频分量使反演结果不可靠的问题。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：本专利技术所述一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，包括如下步骤：1）构建拖缆地震数据和少量OBS数据联合的混合域全波形反演目标函数，构建的目标函数如下：，（1）式中，E是目标函数值，α是权重系数，nr是每一炮水听器的个数，s是炮号，r是水听器号，t是时间，xs是模型空间中炮点s的位置，no是每一炮OBS的个数，o指OBS号，dcal(r,t|xs)是预测的拖缆地震记录，drea(r,t|xs)是观测的拖缆地震记录，dcal(o,t|xs)是预测的OBS地震记录，drea(o,t|xs)是观测的OBS地震记录；本专利技术通过最小化该目标函数来得到最优的反演结果；2）获取野外观测的拖缆和OBS地震记录；3）对观测数据进行预处理；通过带通滤波、F-K滤波等数据处理手段从观测数据中去除声波方程无法正演模拟的面波、转换波、随机噪声等；4）采用高阶统计方法，从观测资料中提取地震子波；5）计算权重系数；在反演迭代的初期，主要恢复模型的背景速度场，所以OBS资料应该起主导作用，而在反演后期，主要提高模型的分辨率，所以拖缆数据应该占主要地位；因此，本专利技术采用下式计算权重系数：，（2）式中，k是当前的迭代次数，nite是反演总共的迭代次数；6）计算预测的拖缆地震记录及其对应的正传波场；利用给定的初始速度模型，计算正传波场，正传波场的计算公式如下：，（3）式中，x表示模型空间位置，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，v(x)是模型空间x点处的速度，Pfr(x,t|xs)是拖缆地震记录对应的时间域正传波场，sfr(x,t|xs)是从预处理后观测的拖缆地震记录中提取的子波；预测的拖缆地震记录的计算公式如下：，（4）式中，r表示水听器号，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，x表示模型空间位置，xr是水听器在模型空间的位置，Pfr(x,t|xs)表示时间域正传波场，R表示将检波点处的波场值提取出来作为该时刻检波点的地震记录，dcal(r,t|xs)表示预测的拖缆地震记录；7）计算预测的OBS地震记录及其对应的正传波场；利用给定的初始速度模型，计算正传波场，正传波场的计算公式如下：，（5）式中，x表示模型空间位置，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，v(x)是模型空间x点处的速度，Pfo(x,t|xs)是OBS地震记录对应的时间域正传波场，sfo(x,t|xs)是从预处理后观测的OBS地震记录中提取的子波；预测的OBS地震记录的计算公式如下：，（6）式中，o表示OBS号，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，x表示模型空间位置，xo是OBS在模型空间的位置，Pfo(x,t|xs)表示时间域正传波场，R表示将OBS点处的波场值提取出来作为该时刻OBS的地震记录，dcal(o,t|xs)表示预测的OBS地震记录；8）将预测地震记录和观测地震记录带入公式1，计算目标函数值；9）计算拖缆地震记录的残差和拖缆地震记录对应的反传波场；拖缆地震记录残差的计算公式如下：，（7）式中，s是炮号，r是水听器号，t是时间，xs表示模型空间中炮点位置；拖缆地震记录对应的反传波场的计算公式如下：，（8）式中，x表示模型空间位置，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，v(x)是模型空间x点处的速度，Pbr(x,t|xs)是拖缆地震记录对应的时间域反传波场，sbr(x,t|xr)是第s炮拖缆地震记录的残差；10）计算OBS地震记录的残差和OBS地震记录对应的反传波场；OBS地震记录残差的计算公式如下：，（9）式中，s是炮号，o是OBS号，t是时间，xs表示模型空间中炮点位置；OBS地震记录对应的反传波场的计算公式如下：，（10）式中，x表示模型空间位置，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，v(x)是模型空间x点处的速度，Pbo(x,t|xs)是OBS地震记录对应的时间域反传波场，sbo(x,t|xr)是第s炮OBS地震记录的残差；11）将时间域拖缆和OBS地震记录对应的正传和反传波场变换到频率域，计算公式如下：，（11）式中，T是采样时间长度，x表示模型空间位置，t表示时间，xs表示模型空间中炮点位置，ω表示角频率；12）计算目标函数的梯度；梯度的计算公式如下：，（12）式中，α是权重系数，nr是水听器的个数，no是OBS的个数，ωr是使用拖缆数据时选择的角频率，ωo是使用OBS数据时选择的角频率，s是炮号，x是模型空间的位置，xs是炮点在模型空间的位置，Pfr(x,ωr|xs)是拖缆数据对应的正传波场，Pfo(x,ωo|xs)是OBS数据对应的正传波场，Pbr(x,ωr|xs)是拖缆数据对应的反传波场，Pbo(x,ωo|xs)是OBS数据对应的反传波场，上标*表示复共轭转置；13）计算共轭梯度场；共轭梯度场的计算公式如下：，（13）式中，dk-1是第k-1次的共轭梯度，βk是使相邻两次共轭梯度正交的系数，其计算公式如下：，(14)其中，gk是梯度向量，dk-1是共轭梯度向量，符号<,>表示内积运算；14）迭代更新速度模型；速度模型更新的计算公式如下：，（15）式中，vk+1是第k次迭代更新后的速度，λ是迭代更新的步长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，其特征在于，包括如下步骤：1）构建拖缆地震数据和少量OBS数据联合的混合域全波形反演目标函数；2）获取野外观测的拖缆和OBS地震记录；3）对观测地震记录进行预处理；预处理包括带通滤波、F‑K滤波等；4）采用高阶统计方法提取地震子波；5）计算目标函数中对拖缆地震数据和OBS数据的作用进行控制的权重系数；6）给定初始速度模型，计算预测的拖缆地震记录及其对应的正传波场；7）计算OBS地震记录及其对应的正传波场；8）利用计算和观测的拖缆和OBS地震记录，计算目标函数值；9）计算拖缆地震记录的残差和拖缆地震记录对应的反传波场；10）计算OBS地震记录的残差和OBS地震记录对应的反传波场；11）将步骤6）、7）、9）和10）中计算的时间域波场变换到频率域；12）计算目标函数的梯度场及共轭梯度场；13）计算当前迭代更新的步长及对初始模型进行更新的修正量；14）迭代更新速度模型；15）判断是否满足迭代终止条件；如果满足终止条件，则输出计算结果，否则，将更新后的速度模型作为新的初始速度模型，返回步骤5）。

【技术特征摘要】
1.一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，其特征在于，包括如下步骤：1）构建拖缆地震数据和少量OBS数据联合的混合域全波形反演目标函数；2）获取野外观测的拖缆和OBS地震记录；3）对观测地震记录进行预处理；预处理包括带通滤波、F-K滤波等；4）采用高阶统计方法提取地震子波；5）计算目标函数中对拖缆地震数据和OBS数据的作用进行控制的权重系数；6）给定初始速度模型，计算预测的拖缆地震记录及其对应的正传波场；7）计算OBS地震记录及其对应的正传波场；8）利用计算和观测的拖缆和OBS地震记录，计算目标函数值；9）计算拖缆地震记录的残差和拖缆地震记录对应的反传波场；10）计算OBS地震记录的残差和OBS地震记录对应的反传波场；11）将步骤6）、7）、9）和10）中计算的时间域波场变换到频率域；12）计算目标函数的梯度场及共轭梯度场；13）计算当前迭代更新的步长及对初始模型进行更新的修正量；14）迭代更新速度模型；15）判断是否满足迭代终止条件；如果满足终止条件，则输出计算结果，否则，将更新后的速度模型作为新的初始速度模型，返回步骤5）。2.根据权利要求1所述的一种拖缆地震数据和少量OBS数据联合的波形反演方法，其特征在于，所述步骤1）中，构建的目标函数如下：，（1）式中，E是目标函数值，α是权重系数，nr是每一炮水听器的个数，s是炮号，r是水听器号，t是时间，xs是模型空间中炮点s的位置，no是每一炮OBS的个数，o指OBS号，dcal(r,t|xs)是预测的拖缆地震记录，drea(r,t|xs)是观测的拖缆地震记录，dcal(o,t|xs)是预测的OBS地震记录，drea(o,t|xs)是观测的OBS地震记...

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