基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法。首先采用全波形反演，将地震干涉法得到的被动源虚拟炮集作为观测记录，之后采用卷积目标函数来消除全波形反演过程中存在的子波依赖问题。针对被动源数据的特点，对不依赖震源子波被动源全波形反演的震源编码方法，参考道选择方法以及梯度加权等方法做了改进；之后利用被动源全波形反演得到的结果作为被动源偏移的速度模型，采用直接成像条件的进行逆时偏移。本方法对速度模型精度依赖小，在一个低精度的速度模型下，对噪声被动源数据成像，得到了高质量的偏移结果，不需要主动源数据的参与。

【技术实现步骤摘要】
基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法
：本专利技术涉及一种地震勘探中的被动源直接偏移成像方法。利用不依赖子波的震源编码全波形反演求得速度模型，之后利用直接成像的边界条件进行被动源逆时偏移。
技术介绍
：地震勘探数据可以分为主动源数据和被动源数据，对于日常勘探生产中则主要以主动源数据为主，被动源数据则视为背景噪声而被去除。主动源勘探工程量大，成本高，不适合大范围勘察，被动源数据不需要人工震源，仅需要放置检波器接收即可，而背景噪声中往往携带有大量的地下地质体信息，特别是震源位置在底层深部地区，携带大量低频信息和深部位置信息，如能利用好被动源数据，对地下信息位置工区进行预勘探，或者辅助主动源数据，都是一个成本低廉的勘探手段。有价值的数据信号可能随机分布在记录时间中以及一些如井下噪声、地表环境噪声、潮汐、固体潮等噪声之内，由于不能预测这些噪声发生的时间，震源位置未知，并且被动源震动不是连续发生的，如何合理利用被动源数据，是提取出地下地质体信息的关键。目前常规的被动源方法都是基于地震干涉法的数据重构或者数据提取，由于被动源重构数据低信噪比，仅基于被动源的反演或者成像没有得到一个高精度的结果，目前大多数被动源数据的研究局限于利用被动源数据提高主动源反演或者成像质量。地震干涉法中的互相关重构法，通过接受到的各个检波道之间互相关，重构出以其中一个检波点为震源，其余检波点为接收点的虚拟炮集。Artman(2006,Imagingpassiveseismicdata.Geophysics,71(4):SI177–SI187)提出了直接成像的方法，直接采用噪声源数据本身作为边界条件，在频率域采用单程波偏移，得到了地下地质体构造图像，对于地震干涉法噪声源成像，免去了重构虚拟炮集时产生的二次噪声，提高了成像的准确性，但偏移过程依赖于真实的速度模型，且成像质量一般。对于偏移过程需要地下的速度模型，可以通过被动源全波形反演(FWI，Fullwaveforminversion)提供。被动源中含有的地下地质体信息，可以对工区地下构造模型进行矫正，常规主动源全波形反演和逆时偏移中，采用观测数据和模拟数据构造目标函数，用最小二乘迭代数据模型，取得了不错的效果。但是被动源生成的虚拟炮集中含有大量的噪声，子波也难以估计，直接使用难以构造目标函数。Choi和Alkhalifah(2011.Source-independenttime-domainwaveforminversionusingconvolvedwavefields:Applicationtotheencodedmultisourcewaveforminversion.Geophysics,76(5):R125-R134)提出了一种不依赖子波的时间域全波形反演，消除了子波估计对反演的影响。不依赖子波的方法不仅可以消除错误子波估计的影响，还可以降低被动源虚拟炮集中噪声的影响。被动源数据由于信噪比低，需要多次迭代才能得到相应结果，导致计算效率低下。对于被动源信号低信噪比的特点，全波形反演需要多次迭代以提高结果的准确性，震源编码是一种提高计算效率的方法，Kerbs等(2009.Fastfull-wavefieldseismicinversionusingencodedsources.Geophysics,74(6):WCC177-WCC188)将震源编码技术用于全波形反演，对单炮记录采用+1和-1进行随机编码，压制了串扰噪声，Moghaddam等(2013.Anewoptimizationapproachforsource-encodingfull-waveforminversion.Geophysics,78(3):R125-R132)发现基于动态随机编码的全波形反演，其梯度是无偏的随机估计，采用指数加权的方式，提高了收敛速度。由于重构后的被动源数据信噪比低，常规的震源编码方法可能导致被动源全波形反演收敛速度慢，反演精度不够等问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，尤其是针对被动源数据的特性对FWI进行了改进，并采用直接成像的边界条件，利用FWI求得的速度进行被动源直接逆时偏移，提供一种基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：专利技术思想：首先采用地震干涉法重构虚拟炮集，作为全波形反演的观测记录，采用褶积构造的目标函数，消除子波的影响，针对被动源数据的特性进行多尺度全波形反演，改进了震源编码方法以及参考道选择方法，提高了反演效率；之后将直接成像的边界条件应用于时间域被动源逆时偏移，排除常规逆时偏移子波选取的干扰，且对速度依赖程度低，以被动源全波形反演得到的速度模型为基础，采用被动源数据得到浅层正确的偏移结果。基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法是通过MATLAB平台实现的。基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法，包括以下步骤：a、地表采集获得噪声被动源数据；b、利用地震干涉法，重构采集的噪声数据，重构为虚拟炮集：C(x2,x1,t)＝T(x1,xS,t)*T(x2,xS,-t)式中，T(x1,xS,t)为检波器x1接收到的传动波场数据，C(x2,x1,t)为通过互相关干涉得到的序列；c、互相关后的序列中包含因果和非因果部分，将因果非因果部分加和得到虚拟震源炮集,由格林函数法可得：uvir(x2,x1,t)＝G(x2,x1,t)*S(t)S(t)为虚拟震源的子波；d、把重构的单炮记录做频谱分析，确定反演子波范围；e、将得到的虚拟炮集采用全新的方式进行编码，编码方式如下所示：为第i个编码炮，编码炮数量为nc。将各单炮数据采用震源位置随机，得到一组随机序列，依次从随机序列中取m个值，得到nc个序列s，每个序列s即为每个编码炮的震源位置编码，公式中p是随机生成的+1和-1序列，长度为ns；f、从构成该编码炮的单炮中随机选择一炮，令其炮点位置为参考道，正演模拟记录与观测记录采用相同的参考道位置；g、将编码炮作为观测数据，采用褶积的方法构造目标函数：通过此目标函数消除了虚拟震源子波的影响；h、同过伴随源法求取梯度，褶积构造的目标函数其伴随源为：r'是第一互相关残差，作为除参考道之外的道集伴随震源，r”是第二互相关残差，作为参考道处的伴随震源，梯度计算公式为：r为将第一第二互相关残差合并后的总残差,v是迭代的速度模型，ns为震源数，nr为检波器数，t0为记录时间；i、梯度通过改进的指数加权算法求得：这里αk为线性搜索后的步长，αk∈(0,1)，a为基于信噪比的收敛因子，k是参与加权的迭代数。且这里的步长是通过每一编码炮残差求得的步长取算数平均后得到的；j、重复迭代步骤e到步骤i，迭代速度模型:vk+1＝vk-αkgkvk为第k次迭代的速度模型，αk为步长，gk为梯度。求得速度模型v，每次随机生成新的编码，且每ni次提高正演时子波主频，ni大于每个编码炮包含的单炮集数m；k、平滑速度模型；l、通过直接被动源逆时偏移，利用平滑速度模型v成像，这里采用震源归一化的互相关成像条件：这里I(x,z)为逆时偏移结果，x,z为积分空间，Tobs(x,z,ti)为接收到传动波场，nm为叠加次数，m＝K/nt，K为被动源数据总采集时间，n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法，其特征在于包括以下步骤：a、地表采集获得噪声被动源数据；b、利用地震干涉法，重构采集的噪声数据，重构为虚拟炮集：C(x2,x1,t)＝T(x1,xS,t)*T(x2,xS,‑t)式中，T(x1,xS,t)为检波器x1接收到的传动波场数据，C(x2,x1,t)为通过互相关干涉得到的序列；c、互相关后的序列中包含因果和非因果部分，将因果非因果部分加和得到虚拟震源炮集，由格林函数法得：uvir(x2,x1,t)＝G(x2,x1,t)*S(t)S(t)为虚拟震源的子波；d、把重构的单炮记录做频谱分析，确定反演子波范围；e、将得到的虚拟炮集采用全新的方式进行编码，编码方式如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于全波形反演驱动的被动源直接偏移成像方法，其特征在于包括以下步骤：a、地表采集获得噪声被动源数据；b、利用地震干涉法，重构采集的噪声数据，重构为虚拟炮集：C(x2,x1,t)＝T(x1,xS,t)*T(x2,xS,-t)式中，T(x1,xS,t)为检波器x1接收到的传动波场数据，C(x2,x1,t)为通过互相关干涉得到的序列；c、互相关后的序列中包含因果和非因果部分，将因果非因果部分加和得到虚拟震源炮集，由格林函数法得：uvir(x2,x1,t)＝G(x2,x1,t)*S(t)S(t)为虚拟震源的子波；d、把重构的单炮记录做频谱分析，确定反演子波范围；e、将得到的虚拟炮集采用全新的方式进行编码，编码方式如下所示：为第i个编码炮，编码炮数量为nc，将各单炮数据采用震源位置随机，得到一组随机序列，依次从随机序列中取m个值，得到nc个序列s，每个序列s即为每个编码炮的震源位置编码，公式中p是随机生成的+1和-1序列，长度为ns；f、从构成该编码炮的单炮中随机选择一炮，令其炮点位置为参考道，正演模拟记录与观测记录采用相同的参考道位置；g、将编码炮作为观测数据，采用褶积的方法构造目标函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡中正，韩立国，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22