[發(fā)明專利]一種高效率多分量地震資料真振幅偏移成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611197758.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN106842300B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷丙洛;李振春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G01V1/28
• 分類號(hào): G01V1/28
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 邱岳

1.一種高效率多分量地震資料真振幅偏移成像方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)：通過野外觀測(cè)獲得的多炮多分量地震記錄D(x_r,t；x_s)＝(D^x,D^y,D^z)，給定背景模型、預(yù)設(shè)參數(shù)，確定進(jìn)行偏移成像的多分量地震記錄、觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)及震源函數(shù)S(x,t；x_s)，其中，x表示空間位置矢量，x_s表示震源位置矢量，x_r表示檢波點(diǎn)位置矢量，t表示時(shí)間變量；

(b)：基于讀取的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計(jì)平面波編碼函數(shù)C(x_s,p)，具體為：

C(x_s,p)＝f_δ(t-p·x_s)， (1)

其中，p為射線參數(shù)變量，f_δ表示脈沖函數(shù)；此處平面波編碼函數(shù)C(x_s,p)等價(jià)于時(shí)移函

數(shù)，時(shí)移量p·x_s隨震源點(diǎn)位置x_s不同而改變，射線參數(shù)p具體為：

其中，α為地表縱波速度，θ為入射角；通過不同的入射角θ，可以獲得不同的射線參數(shù)p；

通過所述編碼函數(shù)，并利用每一個(gè)射線參數(shù)p對(duì)觀測(cè)的多炮多分量地震記錄D(x_r,t；x_s)進(jìn)行編碼，獲得關(guān)于每一個(gè)射線參數(shù)p的編碼多分量炮集D_C(x_r,t；p)，具體為：

D_C(x_r,t；p)＝∫D(x_r,t；x_s)·C(x_s,p)dx_s； (3)

同樣，采用相同的編碼函數(shù)，并利用每一個(gè)射線參數(shù)p對(duì)步驟(a)中所述觀測(cè)系統(tǒng)中的震源函數(shù)S(x,t；x_s)進(jìn)行編碼，獲得每個(gè)射線參數(shù)p的編碼震源函數(shù)S_C(x,t；p)，具體為：

S_C(x,t；p)＝∫S(x,t；x_s)·C(x_s,p)dx_s； (4)

(c)：利用背景模型及觀測(cè)的多炮多分量地震記錄的最大記錄時(shí)間t_max，設(shè)計(jì)記錄時(shí)間t的分段區(qū)間，具體為：將記錄時(shí)間t分為三段，用下式表示：

其中，t_R1，t_R2和t_R3分別表示記錄時(shí)間的三個(gè)區(qū)間范圍，t₁(x)和t₂(x)的具體計(jì)算式為：

其中，α_max為背景模型的最大速度，h_z代表深度，h_x代表水平距離；

(d)：針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，均執(zhí)行以下操作：利用每一個(gè)射線參數(shù)p，通過步驟(b)中的編碼方式獲得與該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼震源函數(shù)，基于常規(guī)的各向同性介質(zhì)的彈性波方程，利用上述給定的背景模型對(duì)該編碼震源進(jìn)行波場(chǎng)正向延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的每個(gè)時(shí)刻的震源波場(chǎng)，在該震源波場(chǎng)延拓的每一個(gè)時(shí)間步中，利用步驟(c)中的記錄時(shí)間分段區(qū)間作為時(shí)間約束條件，利用常規(guī)的彈性波場(chǎng)能量計(jì)算方程計(jì)算震源波場(chǎng)每個(gè)時(shí)刻、每個(gè)位置的波場(chǎng)能量值，通過能量數(shù)值大小判斷，獲得每個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)、每個(gè)位置波場(chǎng)能量最大值所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，將此時(shí)刻作為該時(shí)間區(qū)間內(nèi)、該位置所對(duì)應(yīng)的成像時(shí)間T(x)，在該時(shí)刻、該位置處，利用成像條件公式，保存成像條件中與震源波場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)，同時(shí)保存該時(shí)刻、該位置的波場(chǎng)最大能量值；

進(jìn)而獲得每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的成像時(shí)間、成像條件中與震源波場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)及波場(chǎng)最大能量值；最終將每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的波場(chǎng)最大能量值進(jìn)行疊加，獲得照明度補(bǔ)償因子；

(e)：針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，均執(zhí)行以下操作：對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，同樣基于所述的各向同性介質(zhì)的彈性波方程，對(duì)該射線參數(shù)p對(duì)應(yīng)的步驟(b)所述編碼多分量炮集D_C(x_r,t；p)進(jìn)行波場(chǎng)逆時(shí)延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的每一個(gè)時(shí)刻的檢波點(diǎn)波場(chǎng)，在該檢波點(diǎn)波場(chǎng)延拓的每一個(gè)時(shí)間步中，利用步驟(d)中保存的每個(gè)時(shí)間段、每個(gè)位置的成像時(shí)間T(x)，判斷當(dāng)前時(shí)刻是否滿足成像時(shí)間，如果不滿足，則不進(jìn)行成像，如果滿足，則按照成像條件，利用步驟(d)中保存的成像條件中與震源波場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)以及檢波點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn)行成像，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的偏移剖面；

進(jìn)而獲得每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的偏移剖面；將所有的射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的偏移剖面進(jìn)行疊加，同時(shí)利用步驟(d)中照明度補(bǔ)償因子對(duì)疊加的偏移剖面進(jìn)行能量補(bǔ)償，獲得初始偏移剖面，也即第0次迭代的偏移剖面

(f)：針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，執(zhí)行以下操作：對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，通過步驟(b)中的編碼方式獲得與該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼震源函數(shù)，同樣基于所述的各向同性介質(zhì)的彈性波方程，利用上述給定的背景模型對(duì)該編碼震源進(jìn)行波場(chǎng)正向延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的背景波場(chǎng)；利用步驟(e)中所述的初始偏移剖面I₀、所述的該射線參數(shù)的背景波場(chǎng)以及步驟(a)中給定的背景模型，構(gòu)建該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的虛擬震源；基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)彈性波方程，利用給定的背景模型對(duì)該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼震源函數(shù)進(jìn)行波場(chǎng)正向延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的反偏移波場(chǎng)，對(duì)該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的反偏移波場(chǎng)進(jìn)行記錄采樣，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量反偏移炮集；

進(jìn)而獲得每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量反偏移炮集，所有炮的編碼多分量炮集構(gòu)成了初始編碼多分量反偏移炮集，也即第0次迭代的編碼多分量反偏移炮集此時(shí)，設(shè)置當(dāng)前的迭代次數(shù)為i＝0；

(g)：設(shè)置當(dāng)前的迭代次數(shù)i＝i+1，基于第i-1次迭代所得的所述偏移剖面和第i-1次迭代所得的所述編碼多分量反偏移炮集進(jìn)行反演迭代；

在第i次迭代中，針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，將第i-1次迭代所得的該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量反偏移炮集d_i-1與該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)的編碼多分量炮集D_C作差，計(jì)算該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量炮集殘差；進(jìn)而獲得所有射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量炮集殘差

所述的將第i-1次迭代所得的該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量反偏移炮集d_i-1與該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)的編碼多分量炮集D_C作差，計(jì)算該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量炮集殘差，具體為：

Δd_i-1＝d_i-1-D_C； (7)

(h)：針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，執(zhí)行以下操作：對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，同樣基于所述的各向同性介質(zhì)的彈性波方程，對(duì)該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量炮集殘差進(jìn)行波場(chǎng)逆時(shí)延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的每一個(gè)時(shí)刻的檢波點(diǎn)波場(chǎng)，在該檢波點(diǎn)波場(chǎng)延拓的每一個(gè)時(shí)間步中，利用步驟(d)中保存的每個(gè)時(shí)間段、每個(gè)位置的成像時(shí)間T(x)，判斷當(dāng)前時(shí)刻是否滿足成像時(shí)間，如果不滿足，則不進(jìn)行成像，如果滿足，則按照成像條件，利用步驟(d)中保存的成像條件中與震源波場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)以及檢波點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn)行成像，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的梯度剖面；

進(jìn)而獲得每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的梯度剖面；將所有的射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的梯度剖面進(jìn)行疊加，同時(shí)利用步驟(d)中照明度補(bǔ)償因子對(duì)疊加的梯度剖面進(jìn)行能量補(bǔ)償，獲得本次迭代的梯度剖面，也即第i次迭代的梯度剖面

(i)：利用最優(yōu)化反演算法，構(gòu)建第i次迭代的下降方向剖面

(j)：針對(duì)每一個(gè)射線參數(shù)p，通過步驟(b)中的編碼方式獲得與該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼震源函數(shù)，同樣基于所述的各向同性介質(zhì)的彈性波方程，利用上述給定的背景模型對(duì)該編碼震源進(jìn)行波場(chǎng)正向延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的背景波場(chǎng)；利用步驟(i)中所獲得的第i次迭代的下降方向剖面r_i、所述的該射線參數(shù)的背景波場(chǎng)以及步驟(a)中給定的背景模型，構(gòu)建該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的虛擬震源；同樣基于帶有所述虛擬震源的各向同性介質(zhì)彈性波方程，利用給定的背景模型對(duì)該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼震源函數(shù)進(jìn)行波場(chǎng)正向延拓，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)反偏移波場(chǎng)，對(duì)該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)反偏移波場(chǎng)進(jìn)行記錄采樣，獲得該射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量擾動(dòng)反偏移炮集；

進(jìn)而獲得每一個(gè)射線參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼多分量擾動(dòng)反偏移炮集，所有炮的編碼多分量擾動(dòng)炮集構(gòu)成了第i次迭代的編碼多分量擾動(dòng)反偏移炮集再利用步長公式計(jì)算本次迭代的優(yōu)化步長α_i；

所述的步長公式為

所述方程(8)中，求和變量k包含笛卡爾坐標(biāo)的x，y和z三個(gè)方向，表示第i次迭代的編碼多分量擾動(dòng)反偏移炮集δd_i的k方向分量，表示第i次迭代的編碼多分量炮集殘差Δd_i的k方向分量，k＝x，y，z；

(k)：利用步驟(j)得到的優(yōu)化步長α_i及步驟(i)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；利用述優(yōu)化步長α_i及步驟(j)得到的編碼多分量擾動(dòng)反偏移炮集δd_i，更新第i次迭代的所述編碼多分量反偏移炮集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：

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：

(l)：第i次迭代完后，計(jì)算第i次迭代的目標(biāo)泛函值f_i，判斷當(dāng)前迭代是否滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)，如果滿足則輸出最新的偏移剖面為最終的偏移剖面否則重復(fù)步驟(g)至(k)，直至獲得最終偏移剖面；

所述計(jì)算第i次迭代的目標(biāo)泛函值f_i具體為：

所述方程(11)中，求和變量k包含笛卡爾坐標(biāo)的x，y和z三個(gè)方向；

所述的收斂標(biāo)準(zhǔn)具體為：

所述方程(12)中，theshold表示迭代停止的閾值標(biāo)準(zhǔn)，通常選取0.001。