[發明專利]一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法及系統

有效

• 申請號: 201610520574.0
• 申請日: 2016-07-04
• 公開（公告）號: CN105974470B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 谷丙洛;李振春
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司37201
• 代理人: 邱岳

1.一種多分量地震資料最小二乘逆時偏移成像方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)：讀取預設參數、給定的背景模型及觀測的多炮多分量地震記錄D＝(D^x,D^y,D^z)，確定進行偏移成像的多分量地震記錄；

(b)：針對每一炮，在該炮對應炮點位置設置震源子波，基于各向同性介質縱橫波分解的彈性波方程，利用上述給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的每一個時刻的震源波場，該震源波場包含矢量縱波震源波場，從而獲得每一炮對應的震源波場；

(c)：針對每一炮，首先對與該炮對應的觀測的多分量地震記錄進行預處理，之后同樣基于各向同性介質縱橫波分解的彈性波方程，對該炮的經過預處理的多分量地震記錄進行波場逆時延拓，獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場；在相同的時刻，對于該炮的震源波場以及檢波點波場應用成像條件，獲得該炮的單炮偏移剖面；進而獲得每一炮對應的單炮偏移剖面；將所有炮的單炮偏移剖面進行疊加，獲得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面

所述的預處理具體為：

$\tilde{D}=-\frac{\∂}{\∂t}\left(\frac{D}{\sqrt{\∫D^{2}dt}}\right);---\left(1\right)$

其中，t表示波的傳播時間；

(d)：針對每一炮，在該炮對應炮點位置設置震源子波，基于各向同性介質縱橫波耦合的彈性波方程，利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波場；利用(c)中所述的初始偏移剖面I₀、所述的該炮的背景波場以及(a)中給定的背景模型，構建該炮的虛擬震源；基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質縱橫波耦合的彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該炮的反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量反偏移記錄；進而獲得每一炮對應的多分量反偏移記錄，所有炮的多分量反偏移記錄構成了初始多分量反偏移記錄，也即第0次迭代的多分量反偏移記錄此時，設置當前的迭代次數為i＝0；

(e)：設置當前的迭代次數i＝i+1，基于第i-1次迭代所得到的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得到的所述多分量反偏移記錄進行反演迭代；

在第i次迭代中，針對每一炮，利用第i-1次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記錄d_i-1和與該炮對應的觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄，進而獲得所有炮的多分量殘差記錄

所述的利用第i-1次迭代所得到的該炮的多分量反偏移記錄d_i-1和與該炮對應的觀測的多分量地震記錄計算該炮的多分量殘差記錄具體為：

${\mathrm{\Δd}}_{i-1}=\frac{1}{\sqrt{\∫d_{i-1}^{2}dt}\sqrt{\∫D^{2}dt}}(\frac{\sqrt{\∫d_{i-1}Ddt}}{\∫d_{i-1}^{2}dt}{d}_{i-1}-D);---\left(2\right)$

(f)：針對每一炮，首先對該炮的多分量殘差記錄進行預處理，之后同樣基于各向同性介質縱橫波分解的彈性波方程，對經過預處理的多分量殘差記錄進行波場逆時延拓獲得該炮的每一個時刻的檢波點波場，該檢波點波場包含矢量縱波檢波點波場和矢量橫波檢波點波場；在相同的時刻，對于該炮的檢波點波場以及該炮的由步驟(b)得到的震源波場應用所述成像條件，獲得該炮的單炮梯度剖面；進而獲得每一炮對應的單炮梯度剖面；將所有炮的單炮梯度剖面進行疊加，獲得本次迭代的梯度剖面，也即第i次迭代的梯度剖面

所述的對該炮的多分量殘差記錄進行預處理具體為：

$\mathrm{\Δ}{\tilde{d}}_{i-1}=-\frac{\∂}{\∂t}{\mathrm{\Δd}}_{i-1};---\left(3\right)$

(g)：利用最優化反演算法，構建第i次迭代的下降方向剖面

(h)：針對每一炮，在該炮對應炮點位置設置震源子波，同樣基于各向同性介質縱橫波耦合的彈性波方程，利用(a)中給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的背景波場；利用步驟(g)中所獲得的第i次迭代的下降方向剖面r_i、該炮的背景波場以及給定的背景模型，構建該炮的虛擬震源；基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質縱橫波耦合的彈性波方程，利用給定的背景模型對該炮點進行波場正向延拓，獲得該炮的反偏移波場，對該炮的反偏移波場進行記錄采樣，獲得該炮的多分量擾動反偏移記錄；進而獲得每一炮對應的多分量擾動反偏移記錄，所有炮的多分量擾動反偏移記錄構成了第i次迭代的多分量擾動反偏移記錄再利用步長公式計算本次迭代的優化步長α_i；

所述的步長公式為

${\mathrm{\α}}_i=\frac{\underset{k}{\Σ}(\∫\∫\frac{1}{\sqrt{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt}\sqrt{\∫D^k{D}^{k}dt}}\[\frac{\∫d_i^k{D}^{k}dt\∫d_i^k{\mathrm{\δd}}_i^{k}dt}{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt}-\∫{\mathrm{\δd}}_i^k{D}^{k}dt\]{\mathrm{dx}}_s{\mathrm{dx}}_r)}{\underset{k}{\Σ}(\∫\∫\frac{\∫d_i^k{\mathrm{\δd}}_i^{k}dt}{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt\sqrt{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt}\sqrt{\∫D^k{D}^{k}dt}}\[3\frac{\∫d_i^k{D}^{k}dt\∫d_i^k{\mathrm{\δd}}_i^{k}dt}{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt}-2\∫{\mathrm{\δd}}_i^k{D}^{k}dt\]{\mathrm{dx}}_s{\mathrm{dx}}_r)},---\left(4\right)$

所述方程(4)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，_y和z三個方向；x_s表示震源點位置，x_r表示檢波點位置；

(i)：利用步驟(h)得到的優化步長α_i及步驟(g)得到的下降方向剖面r_i，更新第i次迭代的偏移剖面I_i＝I_i-1+α_ir_i；利用優化步長及步驟(h)得到的多分量擾動反偏移記錄δd_i，更新第i次迭代的多分量反偏移記錄d_i＝d_i-1+α_iδd_i；

所述更新第i次迭代的偏移剖面I_i＝I_i-1+α_ir_i具體為：

$\{\begin{array}{c}{I}_i^{pp}=I_{i-1}^{pp}+{\mathrm{\α}}_i{r}_i^{pp}\\ I_i^{ps}=I_{i-1}^{ps}+{\mathrm{\α}}_i{r}_i^{ps}\end{array},---\left(5\right)$

所述更新第i次迭代的多分量反偏移記錄d_i＝d_i-1+α_iδd_i具體為：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_i^x=d_{i-1}^x+{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\δd}}_i^x\\ d_i^y=d_{i-1}^y+{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\δd}}_i^y\\ d_i^z=d_{i-1}^z+{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\δd}}_i^z\end{array}\right.;---\left(6\right)$

(j)：第i次迭代完后，計算第i次迭代的目標泛函值f_i，判斷當前迭代是否滿足收斂標準，如果滿足則輸出最新的偏移剖面為最終的偏移剖面I＝(I^pp,I^ps)；否則重復步驟(e)至(i)，直至獲得最終偏移剖面；

所述計算第i次迭代的目標泛函值f_i具體為：

$f=-\underset{k}{\Σ}(\∫\∫\∫(\frac{\∫d_i^k{D}^{k}dt}{\sqrt{\∫d_i^k{d}_i^{k}dt}\sqrt{\∫D^k{D}^{k}dt}}{\mathrm{dtdx}}_s{\mathrm{dx}}_r\left)\right),---\left(7\right)$

所述方程(7)中，求和變量k包含笛卡爾坐標的x，y和z三個方向；x_s表示震源點位置，x_r表示檢波點位置；

所述的收斂標準具體為：

$\frac{f_{i-1}-f_i}{abs\left(f_{i-1}\right)}\<theshold,---\left(8\right)$

所述方程(8)中，theshold表示迭代停止的閾值標準，通常選取0.00001。