专利名称：一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法
技术领域：
本发明属于地震数据处理反演领域，是一种适用于碳酸盐岩探区的复杂构造区域精确的速度反演与建模方法。
背景技术：
随着能源需求的不断扩大，常规的勘探开发已经不能满足日益增长的油气需求，非常规油气藏的勘探成为勘探地球物理研究的热点与难点问题。海相碳酸盐岩探区地表复杂、地下陡倾构造、极深层目标反射体、复杂储层。这些特点使得基于水平层状假设、适合于 碎屑岩探区的常规处理方法精度有限。为了能够提高成像与速度反演的精度，迫切需要与之相对应的成像与速度反演方法。地震叠前成像技术是改善海相碳酸岩地区地震资料质量和提高深层复杂构造与岩性成像精度的有效技术。叠前深度偏移成像需要准确的层速度场，方法对速度十分敏感。因此，如何合理有效地获取高精度的偏移速度场就成为解决海相碳酸盐岩探区复杂构造准确成像的关键问题。若速度场存在偏差，深度偏移很难得到位置准确、聚焦良好的成像结果。就叠前深度偏移对速度的敏感性而言是不利的，但对速度分析而言，叠前深度偏移是检验速度准确与否的有效工具。因此，可以通过叠前深度偏移来进行速度模型更新，以成像质量是否最佳作为偏移速度场正确与否的判别准则。叠前深度偏移速度分析需要借助于共成像点道集(CIGs-Common Imaging Gathers)来进行速度场的更新,这是大家普遍采用的方法(李振春，2003 ;Biondi，2004 ；Liu, 1995 ；Prucha, 1999 ;Reshef，1997)。常规速度分析方法中速度的更新需要推导出速度更新方程，通过速度扫描成像道集的剩余曲率来实现速度更新(Liu, 1997 ；Xia,2006 ;张凯，2008 ;Zhang，2010)。速度分析需要根据速度不正确时成像道集所表现的曲率建立深度剩余量与速度剩余量的定量关系。很多定量关系式都是在地下介质水平层状假设、小入射角、小偏移距假设下推导的，随着勘探目标地质体日益复杂，对速度精度的要求越来越高，常规速度分析方法对复杂地质构造的速度分析存在一定的局限性，影响了速度分析的精度。层析速度分析反演以旅行时方程为基础，不需要建立深度剩余量方程，反演精度高，但它需要一个准确度较高的初始速度模型(包括反射界面位置及形态、初始速度等)。因此本文以速度分析方法为基础，以层析速度反演作为细节优化方法。层析反演是通过地表或井间观测到的地震运动学信息(走时、射线路径等)或者动力学信息(振幅、波形等)的分析，来反演地下或者井间的速度分布、界面构造及其弹性参数等信息的一种地球物理方法(成谷，2004)。层析速度反演包含的种类较多，从不同的角度来看，其分类方法也不同。一般来说，可以将其分为射线层析和波动方程层析两大类(Woodward, 1992)。理论上来说,波动层析是基于波动方程进行层析反演,其反演精度高,但是由于其对初始速度模型的要求比较苛刻，并且不稳定性强，计算效率低，在工业界很难得到推广。射线层析原理简单，易于实现，并且计算效率高，虽然反演精度不及波动层析，但是也能够得到比较好的速度更新结果(Langan，1985)，这类层析方法代表了层析速度反演的发展方向。以前常规的走时层析主要是基于炮集或者共中心点(CMP-Common Middle Point)道集拾取走时获得走时残差来更新速度场的(Stork，1992)。在资料品质不好的情况下根本无法辨别反射同相轴，这就带来了很大的误差，导致反演结果不准确。针对前人的工作，本文提出了一种基于角度域共成像点道集(ADCIGs-Angle-domain Common ImagingGathers)层析速度分析方法，恰好可以将层析中复杂的反射分解为上行和下行的两个透射。角度域共成像点道集是深度偏移以后得到的，能够较为准确地反映成像点局部速度和深度的耦合关系，并且减少了复杂构造成像所产生的假象对速度分析的干扰(Xu，2001 ；Sava, 2003)。基于此成像道集得到的走时残差更为精确可靠，反演结果精度更高，能够较好的解决海相碳酸盐岩地区的速度反演问题，为叠前深度偏移提供高精度的偏移速度场。

发明内容
本发明的目的在于针对碳酸盐岩探区地下陡倾构造、极深层目标反射体、复杂储层提出一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法。 本发明的技术内容包括一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其反演步骤为
(a)由常规速度分析得到的速度模型作为初始速度模型，基于双平方根延拓叠前深度偏移方法提取角度域共成像点道集；
(b)在提取的角度域共成像点道集拾取剩余深度差，求取旅行时残差；
(C)在偏移剖面上拾取层位界面，建立射线追踪正演所需要的参考速度模型，然后利用起伏地表射线追踪方法求取灵敏度矩阵；
(d)将旅行时残差、灵敏度矩阵，建立加入正则化因子的反演方程组；利用LSQR方法求解方程组并更新速度模型；
(e)更新得到的速度模型用于双平方根延拓叠前深度偏移方法和提取角度域共成像点道集；根据角度域共成像点道集是否拉平以及对速度的精度要求，判断是否还需再次迭代；如果还未拉平，则重复上面的流程，直到满足精度要求；否则进行下一层的速度反演；由上到下逐层进行分析，直到所有层分析完毕。所述步骤(a)中基于双平方根叠前深度偏移提取角度域共成像点道集的计算公式为
对于常速介质情况，地层倾角表示为a入射角於，V是介质速度，h炮检半偏移距，波场延拓过程中A表示成像点附近的局部半偏移距，波场传播总的旅行时L z偏移深度，旅行时表示为炮点、接收点、偏移深度的函数￡=K^ry ,这里用中心点和半偏移距来表示炮点和接收点坐标，
jc = (j +r)/2，(I)
由Snell’ S定律，上下行射线参数表示为
A =工二，Pr =工=(2)
CGTVOFV
旅行时相对于深度的导数用入射射线和反射射线表示为
权利要求
1.一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于反演步骤为 (a)由常规速度分析得到的速度模型作为初始速度模型，基于双平方根延拓叠前深度偏移方法提取角度域共成像点道集； (b)在提取的角度域共成像点道集拾取剩余深度差，求取旅行时残差； (C)在偏移剖面上拾取层位界面，建立射线追踪正演所需要的参考速度模型，然后利用起伏地表射线追踪方法求取灵敏度矩阵； (d)将旅行时残差、灵敏度矩阵，建立加入正则化因子的反演方程组；利用LSQR方法求解方程组并更新速度模型； (e)更新得到的速度模型用于双平方根延拓叠前深度偏移方法和提取角度域共成像点道集；根据角度域共成像点道集是否拉平以及对速度的精度要求，判断是否还需再次迭代；如果还未拉平，则重复上面的流程，直到满足精度要求；否则进行下一层的速度反演；由上到下逐层进行分析，直到所有层分析完毕。
2.根据权利要求I所述的一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于所述步骤(a)中基于双平方根叠前深度偏移提取角度域共成像点道集的计算公式为对于常速介质情况，地层倾角表示为a，入射角P, V是介质速度，炮检半偏移距，波场延拓过程中A表示成像点附近的局部半偏移距，波场传播总的旅行时，z偏移深度，旅行时表示为炮点、接收点、偏移深度的函数t = ^zAr),这里用中心点和半偏移距来表示炮点和接收点坐标，
3.根据权利要求I所述的一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于所述步骤(a)中基于双平方根叠前深度偏移提取角度域共成像点道集的方法是 1)双平方根方程叠前深度偏移波场延拓过程； 2)部分成像得到炮检距波数域的像； 3)相对于z的FFT变换到**- 人域； 4)根据(7)式将成像值映射到岁-勾域；最后反FFT回到於-z域，得到角度域共成像点道集。
4.根据权利要求I所述的一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于所述步骤(b)在提取的角度域共成像点道集拾取剩余深度差，求取旅行时残差的计算方法是速度正确时，成像道集中同相轴是水平的，不准确时得到的成像道集会呈现一定的曲率，利用这一曲率实现速度的更新；步骤(a)中提取角度域共成像点道集之后，在角度域共成像点道集上，拾取每一个控制点处成像道集上的深度残差，然后转换为走时残差；由于速度存在偏差，界面位置发生改变引入深度残差A2射线路径也发生相应的改变,这个过程中射线经过的额外路径长度Ai =，由此产生的走时残差Af =，根据几何关系得
5.根据权利要求I所述的一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于灵敏度矩阵求取的方法是角度域共成像点道集的层析速度反演中灵敏度矩阵一般表示射线在速度场网格内的路径长度，每条射线方向必须同角度域共成像点道集的出射角度对应，考虑以界面的成像点作为射线的起始点来进行射线追踪，而采用最小旅行时射线追踪方法-常速度梯度法进行射线追踪，从而得到灵敏度矩阵。
6.根据权利要求I所述的一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，其特征在于反演方程组的求解方法为 1)由层析反演理论及费马原理走时扰动和速度扰动之间的关系是线性的，沿着射线路径对走时扰动进行反投影就得到了更新的速度场，这种旅行时关系表示为 AiSs — Aif(8 ) 其中，是灵敏度矩阵(或者称为Frechet系数矩阵)，元素
全文摘要
本发明提供一种复杂条件下基于角度域共成像点道集的层析速度反演方法，由常规速度分析得到的速度模型作为初始速度模型，基于双平方根延拓叠前深度偏移方法提取角度域共成像点道集；在提取的角度域共成像点道集拾取剩余深度差，求取旅行时残差；在偏移剖面上拾取层位界面，建立射线追踪正演所需要的参考速度模型，然后利用起伏地表射线追踪方法求取灵敏度矩阵；将旅行时残差、灵敏度矩阵，建立加入正则化因子的反演方程组；利用LSQR方法求解方程组并更新速度模型；更新得到的速度模型用于双平方根延拓叠前深度偏移方法和提取角度域共成像点道集。
文档编号G01V1/28GK102841375SQ20121032692
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李振春, 张凯, 秦宁 申请人:中国石油大学(华东)