地震波速度反演方法和裝置與流程
2023-05-22 18:40:26 1
本發明涉及勘探地震技術領域，尤其是涉及一種地震波速度反演方法和裝置。
背景技術：
隨著油氣田勘探開發技術的發展和計算機軟硬體水平的提高，疊前深度偏移(psdm)逐漸成為複雜構造地區高解析度地震處理的關鍵技術。在psdm中，地震波速度計算的不準確會對後續成像和解釋造成較為明顯的不利影響。因此，研究適用於psdm的速度分析和反演方法具有重要的理論意義和實用價值。
現有技術中，基於射線理論的psdm引導層析向偏移速度分析發展。這些方法包括通過將解釋層位作為約束，求解層間速度梯度來更新速度；以及利用基於網格的數據驅動算法實現速度分析。然而，上述方式得到的地震波的優化速度模型具有多解性，進而導致速度數據不準確，影響了地震層析成像效果。
針對上述地震波速度反演的方式準確性較差的問題，尚未提出有效的解決方案。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種地震波速度反演方法和裝置，以提高地震波速度反演的方式獲得的地震波數據準確性，進而提高地震成像的解析度。
第一方面，本發明實施例提供了一種地震波速度反演方法，包括：獲取預設地質區域內地表的地震波數據；其中，該地表的地震波數據包括橫波數據和縱波數據；利用初始速度模型，對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型根據歷史地震波數據與歷史地震波速度的對應關係建立；從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據；其中，該剩餘深度數據包括地震波的剩餘深度校正量和反射界面位置；根據剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地下介質的地震波數據包括橫波速度、縱波速度和各向異性參數。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述獲取預設地質區域內地表的地震波數據包括：採集預設地質區域內的攜帶有地下地質信息的地震炮集數據；其中，該地下地質信息包括地質構造信息和地質巖性變化信息；通過散度和旋度算子，對地震炮集數據進行波場分離處理，生成橫波數據和縱波數據。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述利用初始速度模型，對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集包括：對地震波數據進行預處理，生成可用於偏移的地震波數據；其中，該預處理包括對地震波數據進行噪聲去除、靜校正、以及對地震波數據與預先保存的歷史地震波數據進行一一對應；利用初始速度模型，對可用於偏移的地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型包括常速度模型；共成像點道集的橫坐標為偏移距；共成像點道集的縱坐標為深度；共成像點道集的數值為地震波振幅；生成地震波的共成像點道集之後，上述方法還包括：沿著共成像點道集的橫軸方向進行求和，生成地震波的疊前深度偏移數據。
結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據包括：從共成像點道集中提取各個偏移距對應的第一深度值；其中，該偏移距為地震檢波器與地震炮點之間的距離；該第一深度值通過偏移距對應的地震數據經疊前深度偏移處理得到；從共成像點道集中提取零偏移距對應的第二深度值；計算第一深度值與第二深度值的差值，獲得共成像點道集的剩餘深度校正量；從疊前深度偏移數據中提取地震波的反射界面，得到反射界面位置；其中，該反射界面位置包括反射界面的空間位置坐標。
結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述根據剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據包括：對初始速度模型和反射界面位置進行網格離散化處理，生成速度網格點；通過兩點射線跟蹤的方式，分別計算炮點和檢波點位置到反射點的射線；其中，該反射點位於反射界面位置上；射線的信息至少包括射線走時和傳播路徑；將射線上的點分配至與點距離最近的速度網格點上；將速度網格點對應的參數設置為地質區域內地下介質的地震波數據；通過地震波速度反演模型，求解地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地震波速度反演模型根據剩餘深度數據建立。
結合第一方面的第四種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，上述地震波速度反演模型包括：
其中，j(δλ)為目標函數；a為m1×m2行n列的矩陣；矩陣a的元素為偏移深度對模型參數的導數z0為剩餘深度；xj為反演參數的橫坐標位置；hk為偏移距離的一半；λi為反演參數；m1為共成像點道集的偏移距的數量；m2為用於更新速度模型的共成像點道集的數量；p代表縱波；s代表橫波；向量b包含m1×m2個元素，z為偏移深度；為不同偏移距偏移深度的平均值；向量δλ為模型更新量；δλ0為初始模型向量；β是正則化參數；||||代表求範數。
結合第一方面的第四種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，上述通過地震波速度反演模型，求解地質區域內地下介質的地震波數據包括：設置初始溫度t0、初始解δλ0、外循環迭代次數outn、內循環馬可夫鏈長度inn、溫度衰減係數dec、模型參數的變化範圍a、以及最低溫度tmin,i＝0；進行下述外循環操作：採用無記憶擬牛頓方法計算δλi，保存δλi；通過地震波速度反演模型計算j(δλι)，保存j(δλι)；設置k＝0、tk＝t0和比例因子b＝0；進行下述內循環操作：判斷tk0，判斷是否成立；如果設置δλk+1＝δλk；如果判斷k＝inn是否成立；如果否，繼續執行上述內循環操作；如果是，設置tk+1＝tk*(dec)b、b＝b+1、k＝k+1；繼續執行上述內循環操作；進行下述更新操作：設置i＝i+1；判斷i<outn是否成立；如果是，繼續執行上述外循環操作；如果否，從保存的j(δλι)值中，篩選出最小的j(δλι)值；將最小的j(δλι)值對應的速度值確定為地震波數據。
第二方面，本發明實施例提供了一種地震波速度反演裝置，包括：地震波數據獲取模塊，用於獲取預設地質區域內地表的地震波數據；其中，該地表的地震波數據包括橫波數據和縱波數據；疊前深度偏移處理模塊，用於利用初始速度模型，對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型根據歷史地震波數據與歷史地震波速度的對應關係建立；剩餘深度數據提取模塊，用於從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據；其中，該剩餘深度數據包括地震波的剩餘深度校正量和反射界面位置；地震波數據反演模塊，用於根據剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地下介質的地震波數據包括橫波速度、縱波速度和各向異性參數。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，上述地震波數據獲取模塊包括：採集單元，用於採集預設地質區域內的攜帶有地下地質信息的地震炮集數據；其中，該地下地質信息包括地質構造信息和地質巖性變化信息；波場分離處理單元，用於通過散度和旋度算子，對地震炮集數據進行波場分離處理，生成橫波數據和縱波數據。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，上述疊前深度偏移處理模塊包括：預處理單元，用於對地震波數據進行預處理，生成可用於偏移的地震波數據；其中，該預處理包括對地震波數據進行噪聲去除、靜校正、以及對地震波數據與預先保存的歷史地震波數據進行一一對應；疊前深度偏移處理單元，用於利用初始速度模型，對可用於偏移的地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型包括常速度模型；共成像點道集的橫坐標為偏移距；共成像點道集的縱坐標為深度；共成像點道集的數值為地震波振幅；裝置還包括：求和單元，用於沿著共成像點道集的橫軸方向進行求和，生成地震波的疊前深度偏移數據。
本發明實施例帶來了以下有益效果：
本發明實施例提供的地震波速度反演方法和裝置，通過初始速度模型，對地表的地震波數據進行疊前深度偏移處理，可以獲得地震波的共成像點道集；通過從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據，並根據該剩餘深度數據，可以反演出地質區域內地下介質的地震波數據；上述地震波速度反演的方式獲得的地震波數據準確性較高，進而提高了地震成像的解析度。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種地震波速度反演方法的流程圖；
圖2為本發明實施例提供的一種地震波速度反演方法中，利用初始速度模型對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集的具體流程圖；
圖3為本發明實施例提供的一種地震波速度反演方法中，通過地震波速度反演模型，求解地質區域內地下介質的地震波數據的具體流程圖；
圖4為本發明實施例提供的一種地震波速度反演裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
考慮到現有的地震波速度反演的方式準確性較差的問題，本發明實施例提供了一種地震波速度反演方法和裝置，該技術可以應用於高解析度的地震成像中，還可以應用於地震波勘探中；該技術可以採用相關的軟體和硬體實現，下面通過實施例進行描述。
實施例一：
參見圖1所示的一種地震波速度反演方法的流程圖，該方法包括如下步驟：
步驟s102，獲取預設地質區域內地表的地震波數據；其中，該地表的地震波數據包括橫波數據和縱波數據；
通常，地震波是由地震震源向四處傳播的振動，指從震源產生向四周輻射的彈性波。地震波按傳播方式可分為縱波(也稱為p波)、橫波(也稱為s波)和面波(l波)三種類型；其中，縱波和橫波均屬於體波。地震發生時，震源區的介質發生急速的破裂和運動，這種擾動構成一個波源，由於地球介質的連續性，波動就向地球內部及表層各處傳播開去，形成了連續介質中的彈性波。
步驟s104，利用初始速度模型，對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，初始速度模型根據歷史地震波數據與歷史地震波速度的對應關係建立；
步驟s106，從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據；其中，該剩餘深度數據包括地震波的剩餘深度校正量和反射界面位置；
步驟s108，根據上述剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地下介質的地震波數據包括橫波速度、縱波速度和各向異性參數。在實際實現時，可以根據上述剩餘深度數據建立與地震波速度相關的數學模型，該模型中的公式限定的地震波速度與剩餘深度數據直接的關係；通過該數學模型，採用迭代循環的方式可以獲取最優的地震波速度值。
本發明實施例提供的地震波速度反演方法，通過初始速度模型，對地表的地震波數據進行疊前深度偏移處理，可以獲得地震波的共成像點道集；通過從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據，並根據該剩餘深度數據，可以反演出地質區域內地下介質的地震波數據；上述地震波速度反演的方式獲得的地震波數據準確性較高，進而提高了地震成像的解析度。
考慮到通過傳感裝置採集的初始數據可處理性較差，上述獲取預設地質區域內地表的地震波數據，包括如下步驟：(1)採集預設地質區域內的攜帶有地下地質信息的地震炮集數據；其中，該地下地質信息包括地質構造信息和地質巖性變化信息；具體地，該地震炮集數據通過對三維地震炮集數據進行預處理後獲得，該地震炮集數據為可用於直接成像的地震炮集數據；該預處理包括對地震炮集數據進行噪聲去除處理，以及對地震炮集數據與預先保存的歷史地震數據進行一一對應；進一步地，該預處理還可以包括觀測系統加載；(2)通過散度和旋度算子，對地震炮集數據進行波場分離處理，生成橫波數據和縱波數據。上述方法通過將獲取到的地震炮集數據進行初步處理，提高了數據後續的可處理性。
參見圖2所示的一種地震波速度反演方法中，利用初始速度模型對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集的具體流程圖，該方法包括如下步驟：
步驟s202，對地震波數據進行預處理，生成可用於偏移的地震波數據；其中，該預處理包括對地震波數據進行噪聲去除、靜校正、以及對地震波數據與預先保存的歷史地震波數據進行一一對應；
步驟s204，利用初始速度模型，對可用於偏移的地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，初始速度模型包括常速度模型；共成像點道集的橫坐標為偏移距；共成像點道集的縱坐標為深度；共成像點道集的數值為地震波振幅。
上述步驟s202和步驟s204，還可以通過下述方式實現：根據縱波和橫波預處理地震數據和提供的初始縱波和橫波速度模型，進行疊前深度偏移，得到縱波和橫波共成像點道集。
在步驟s204之後，上述地震波速度反演方法還包括：沿著共成像點道集的橫軸方向進行求和，生成地震波的疊前深度偏移數據。其中，沿著共成像點道集的橫軸方向進行求和的方式也可以稱為沿著共成像點道集的橫軸方向進行疊加。
進一步地，上述從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據，包括如下步驟：(1)從共成像點道集中提取各個偏移距對應的第一深度值；其中，該偏移距為地震檢波器與地震炮點之間的距離；該第一深度值通過偏移距對應的地震數據經疊前深度偏移處理得到；(2)從共成像點道集中提取零偏移距對應的第二深度值；(3)計算第一深度值與第二深度值的差值，獲得共成像點道集的剩餘深度校正量；(4)從疊前深度偏移數據中提取地震波的反射界面，得到反射界面位置；其中，該反射界面位置包括反射界面的空間位置坐標。
在具體實現時，上述地震波速度反演方法中的步驟，可以對縱波和橫波分別進行處理；例如，上述步驟(1)-(4)中，可以首先處理共成像點道集中的縱波數據，生成縱波的剩餘深度校正量和反射界面位置；再處理共成像點道集中的橫波數據，生成橫波的剩餘深度校正量和反射界面位置。
進一步地，上述根據剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據，包括如下步驟：(1)對初始速度模型和反射界面位置進行網格離散化處理，生成速度網格點；(2)通過兩點射線跟蹤的方式，分別計算炮點和檢波點位置到反射點的射線；其中，該反射點位於反射界面位置上；該射線的信息至少包括射線走時和傳播路徑；(3)將射線上的點分配至與點距離最近的速度網格點上；(4)將速度網格點對應的參數設置為地質區域內地下介質的地震波數據；(5)通過地震波速度反演模型，求解地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地震波速度反演模型根據剩餘深度數據建立。在具體實現時，可以先生成縱波的地震波數據，再生成橫波的地震波數據。然後聯合縱波和橫波的共成像點道集的剩餘深度校正量、射線路徑網格上的速度值和各向異性參數值建立地震波速度反演模型(也稱為彈性波正則化速度反演模型)；通過非線性化迭代求解地震波速度反演模型，得到每個網格點的速度和各向異性參數值。
具體地，該地震波速度反演模型可以表示為：
其中，j(δλ)為目標函數；a為m1×m2行n列的矩陣；矩陣a的元素為偏移深度對模型參數的導數z0為剩餘深度；xj為反演參數的橫坐標位置；hk為偏移距離的一半；λi為反演參數；m1為共成像點道集的偏移距的數量；m2為用於更新速度模型的共成像點道集的數量；p代表縱波；s代表橫波；向量b包含m1×m2個元素，z為偏移深度；為不同偏移距偏移深度的平均值；向量δλ為模型更新量；δλ0為初始模型向量；β是正則化參數；||||代表求範數。
參見圖3所示的一種地震波速度反演方法中，通過地震波速度反演模型，求解地質區域內地下介質的地震波數據的具體流程圖，該方法包括如下步驟：
步驟s302，設置初始溫度t0、初始解δλ0、外循環迭代次數outn、內循環馬可夫鏈長度inn、溫度衰減係數dec、模型參數的變化範圍a、以及最低溫度tmin,i＝0；
步驟s304，進行下述外循環操作：採用無記憶擬牛頓方法計算δλi，保存δλi；
步驟s306，通過地震波速度反演模型計算j(δλι)，保存j(δλι)；
步驟s308，設置k＝0、tk＝t0和比例因子b＝0；
步驟s310，進行下述內循環操作：判斷tk0，執行步驟s320；
步驟s320，判斷是否成立；如果執行步驟s322；如果執行步驟s324；
步驟s322，設置
步驟s324，判斷k＝inn是否成立；如果否，執行步驟s310；如果是，執行步驟s325；
步驟s325，設置tk+1＝tk*(dec)b、b＝b+1、k＝k+1，執行步驟s310；
步驟s326，進行下述更新操作：設置i＝i+1；
步驟s328，判斷i<outn是否成立；如果是，執行步驟s304；如果否，執行步驟s330；
步驟s330，從保存的j(δλι)值中，篩選出最小的j(δλι)值；將最小的j(δλι)值對應的速度值確定為地震波數據。
上述通過循環迭代的方式可以獲取最優的地震波縱波速度和橫波速度，地震波數據準確性較高，進而提高了地震成像的解析度。
實施例二：
對應於上述方法實施例，參見圖4所示的一種地震波速度反演裝置的結構示意圖，該裝置包括如下部分：
地震波數據獲取模塊402，用於獲取預設地質區域內地表的地震波數據；其中，該地表的地震波數據包括橫波數據和縱波數據；
疊前深度偏移處理模塊404，用於利用初始速度模型，對地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型根據歷史地震波數據與歷史地震波速度的對應關係建立；
剩餘深度數據提取模塊406，用於從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據；其中，該剩餘深度數據包括地震波的剩餘深度校正量和反射界面位置；
地震波數據反演模塊408，用於根據剩餘深度數據，反演地質區域內地下介質的地震波數據；其中，該地下介質的地震波數據包括橫波速度、縱波速度和各向異性參數。
本發明實施例提供的地震波速度反演裝置，通過初始速度模型，對地表的地震波數據進行疊前深度偏移處理，可以獲得地震波的共成像點道集；通過從共成像點道集中提取同相軸的剩餘深度數據，並根據該剩餘深度數據，可以反演出地質區域內地下介質的地震波數據；上述地震波速度反演的方式獲得的地震波數據準確性較高，進而提高了地震成像的解析度。
考慮到通過傳感裝置採集的初始數據可處理性較差，上述地震波數據獲取模塊包括如下部分：(1)採集單元，用於採集預設地質區域內的攜帶有地下地質信息的地震炮集數據；其中，該地下地質信息包括地質構造信息和地質巖性變化信息；(2)波場分離處理單元，用於通過散度和旋度算子，對地震炮集數據進行波場分離處理，生成橫波數據和縱波數據。上述方法通過將獲取到的地震炮集數據進行初步處理，提高了數據後續的可處理性。
進一步地，上述疊前深度偏移處理模塊包括：(1)預處理單元，用於對地震波數據進行預處理，生成可用於偏移的地震波數據；其中，該預處理包括對地震波數據進行噪聲去除、靜校正、以及對地震波數據與預先保存的歷史地震波數據進行一一對應；(2)疊前深度偏移處理單元，用於利用初始速度模型，對可用於偏移的地震波數據進行疊前深度偏移處理，生成地震波的共成像點道集；其中，該初始速度模型包括常速度模型；該共成像點道集的橫坐標為偏移距；該共成像點道集的縱坐標為深度；該共成像點道集的數值為地震波振幅；上述地震波速度反演裝置還包括：求和單元，用於沿著共成像點道集的橫軸方向進行求和，生成地震波的疊前深度偏移數據。
本發明實施例所提供的地震波速度反演方法和裝置的電腦程式產品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質，所述程序代碼包括的指令可用於執行前面方法實施例中所述的方法，具體實現可參見方法實施例，在此不再贅述。
所述功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
最後應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護範圍並不局限於此，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和範圍，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。