[發明專利]基于被動源地震波形及其逆時成像的聯合速度反演方法

有效

• 申請號: 201810583801.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN110579795B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 張建中;李青峰;楊華臣
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于被動源地震波形及其逆時成像的聯合速度反演方法，屬于被動源地震探測的速度建模領域。主要包括如下步驟：1)對地震數據預處理并提取震源子波；2)計算逆時延拓波場，進行逆時成像和震源定位；3)計算理論地震記錄與觀測地震記錄之間的差；4)建立反演速度的目標函數；5)基于伴隨狀態法計算目標函數對模型參數的梯度以及更新方向和步長；6)更新縱、橫波速度模型；7)判斷是否滿足迭代終止條件，如果滿足則輸出定位結果及速度模型，否則返回步驟2。本發明的聯合速度建模方法在震源位置未知情況下，可以獲得高分辨率速度模型。

技術領域

本發明涉及一種基于被動源地震波形及其逆時成像的聯合速度反演方法，屬于被動源地震探測的速度建模領域。

背景技術

在傳統地震勘探中，由天然地震或地下微動誘發的地震波常被視為噪聲干擾，在資料處理過程中會通過各種手段對其進行壓制。但是由被動源誘發的地震波中同樣包含大量的有用信息，可用于探測地下地質結構。被動源地震勘探相比主動源地震勘探具有諸如無需人工震源、施工方便、能連續觀測等優勢，在油氣儲層、大壩、地下油庫的地質監測中具有較強的應用價值。

速度模型是諸多地震成像的基礎，精確的速度模型可直接用于地下地質解釋、儲層預測等。被動源地震的能量往往很弱，地面監測方式易受噪聲干擾，導致被動源地震資料的信噪比較低，地震旅行時往往難以拾取，這時，基于旅行時的定位和反演方法將不能應用。目前被廣為研究的基于波形的反演方法，利用觀測數據和模擬數據間的誤差建立目標函數，其反演的速度模型具有高分辨率的優勢。但在被動源地震勘探的反演問題中，由于速度模型、震源位置和發震時刻均為未知量，導致這種基于波形匹配的反演問題具有很強的非線性和不適定性，極容易發生周期跳躍，陷入局部極小解。

在被動源地震速度建模中，常規反演方法均需要已知震源位置。對于低信噪比資料，逆時成像是確定震源位置的有效方法。當速度模型準確時，縱波自相關、橫波自相關和縱橫波互相關三種成像條件的逆時成像結果將同時在震源位置處聚焦；而當速度模型不準確時，三者的逆時成像結果的聚焦程度和聚焦位置存在差異。因此利用這三種逆時成像對速度誤差響應的不同，便可建立目標函數，迭代反演速度模型。但這種基于三種成像結果間差異的成像域速度反演方法獲得的速度模型分辨率不高。

因此，本發明將成像域速度反演方法與分辨率較高的波形反演結合起來，形成一種聯合的震源定位和速度建模的迭代反演方法，為被動源勘探速度建模提供一種高分辨率、高適用性的方法。

發明內容

本發明提出了一種基于被動源地震波形及其逆時成像的聯合速度反演方法，先用被動地震逆時成像進行震源定位，再將不同成像條件逆時成像之間差異和地震記錄波形匹配差異聯合起來建立目標函數，利用梯度類最優化方法反演速度模型，從而研發了一種被動源地震的高分辨率速度建模方法，并同時給出準確震源位置。

本發明是采用以下的技術方案實現的：基于被動源地震波形及其逆時成像的聯合速度反演方法，包括如下步驟：

1)獲取觀測數據。在地面布設三分量地震儀監測被動源地震數據；

2)對觀測數據進行預處理。包括去噪、有效震源事件識別和提取，縱波與橫波分離、取包絡等處理；

3)提取地震子波。采用高階統計方法，從觀測資料中提取地震子波s；

4)計算目標函數中的權重系數。在反演迭代的初期，主要使用基于不同成像條件的逆時成像間差異的成像域反演方法，建立模型的背景速度場，并獲得震源位置。當目標函數下降到一定程度時，逐漸將波形反演加入到反演過程中。在反演迭代后期，主要使用基于波形的反演方法提高反演速度模型的分辨率。因此，本發明采用下式計算權重系數：

其中，k是當前的迭代次數，N是總的迭代次數，J表示當前迭代目標函數值，J_max表示目標函數最大值，即初始目標函數值；