[發明專利]針對山前帶的三維地震初至波菲涅爾體層析反演方法

在審

• 申請號: 201410206859.8
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN105093279A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 李凌云;張傳強;梁鴻賢;王常波;杜繼修;秦寧;傅金榮;石林光;李建明;馬季;孫治國;孫朋朋;王磊;王敬閣;高麗;王靜軒;關鍵;孫淑琴;陳會芬;武天祥;王蓬
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

技術領域

本發明屬于油氣勘探地震資料處理領域，是一種地震資料表層速度建模的有效方法。

現有技術

目前，地震層析反演方法主要有走時層析和波形層析。

走時層析是通過解釋地震波到時來反演地下速度分布，它是基于射線理論，地震波走時是對慢度沿激發點和接收點之間的射線路徑的線積分。假設地震波頻率足夠高，地震能量沿零體積的射線傳播，這種理想化的射線又被稱為數學射線，在模型空間分布很不均勻，常常遇到低速體發生偏離，而在高速區聚集，使層析反演問題具有嚴重的不適定性。而山前帶速度變化比較大，淺層資料覆蓋次數低、信噪比低，許多模型單元上甚至沒有一條射線通過，從而要求層析反演的離散模型單元往往要取得較大。當炮點和檢波點布設稀疏，特別在連續廢炮、壞道之處，層析反演結果往往較差。

波形層析是基于地震波的動力學特征，考慮了地震波的頻率因素以及整個模型空間所有介質的效應，從理論上比走時層析具有更高的分辨率，但它需要計算地震波的正向傳播及剩余波場的反向傳播，還要計算二者的相關沿時間的積分，計算效率非常低，其反演的目標函數和速度攝動之間表現為強烈的非線性關系，對初始模型要求很高，再加上地震子波反演困難、地震信號的信噪比比較低，針對山前帶速度變化大，淺層資料覆蓋次數低、信噪比低等特點很難得到應有的效果。

山前帶發育于洋-陸或陸-陸碰撞背景下，包括前陸褶皺沖斷帶和前陸盆地靠近造山帶的部分。緊挨山前帶的造山帶通常由基底卷入高角度逆沖斷層引起的變質結晶基底隆升和復雜、強烈的褶皺變形組成。構造非常復雜，山前帶地震資料品質普遍很差，表現為噪音干擾強烈、速度變化大，淺層資料覆蓋次數低、信噪比低等，傳統反射波層析反演很難得到準確的淺層速度模型。

地震信號具有一定的頻帶寬度,不僅高頻射線路徑上的介質性質影響地震波的傳播,射線附近的介質特征同樣會對地震波的傳播產生影響，只有定量的描述出空間中每一點對接收信息的影響程度才有可能得到更加精確的反演結果。

發明內容

本發明的目的是針對山前帶速度變化大，淺層資料覆蓋次數低、信噪比低等特點，提出了一種針對山前帶的三維地震初至波菲涅爾體層析反演方法。該方法介于波動方程和射線理論之間的三維菲涅爾體層析反演方法，充分考慮了實際地震頻率是有限的，地震能量主要在包括理想射線在內的第一菲涅耳帶內傳播；走時與菲涅耳帶內的所有介質有關。菲涅爾體路徑相當于物理路徑，更合乎地震波實際傳播規律；提高了反演穩定性和分辨率，可以提高對山前帶復雜地形和地質情況的適應性。

本發明的一種針對山前帶的三維地震初至波菲涅爾體層析反演方法包括

(1)獲取地震資料的初至波時間；

(2)建立離散模型；

(3)計算初至波前走時；

(4)確定射線路徑；

(5)計算菲涅爾體；

(6)建立層析反演方程；

(7)解該反演方程；

(8)將第(2)步的速度模型換成第(7)步的速度模型，重復第(2)-(7)步，即可得到最終的速度模型。

上述方案進一步細化為：

(1)獲取地震資料的初至波時間；

(2)建立離散模型，采用規則網格把表層模型離散成若干立方體單元，用網格節點處的速度值表示整個模型速度的變化；

(3)計算初至波前走時，采用程函方程二階差分和波前群推算法GMM；

(4)確定射線路徑，采用波前擴展和雙線性插值射線追蹤方法，根據互換原理，提供射線追蹤精度；

(5)計算菲涅爾體，先求出菲涅爾體半徑，再以射線為中心軸線，用菲涅爾體半徑確定菲涅爾體空間分布；

(6)建立層析反演方程，利用菲涅爾體空間及其能流密度的分布，建立初至走時殘差與網格節點慢度修正量之間滿足的線性方程；

(7)解該反演方程，對所有菲涅爾體建立單元慢度增量與走時殘差之間的方程，或者表示成節點慢度增量與走時殘差之間的方程，解該反演方程；

(8)將第(2)步的速度模型換成第(7)步的速度模型，重復第(2)-(7)步5-15次，即可得到最終的速度模型。

本發明具體技術方案：

(1)獲取地震資料的初至波時間。

(2)建立離散模型，采用規則網格把表層模型離散成若干立方體單元，用網格節點處的速度值表示整個模型速度的變化。對于正演問題，網格節點處的速度值為已知；對于反演問題，網格節點處的速度值為未知量。