基于最小二乘目标泛函的反向照明速度反演方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气勘探地震数据处理领域，是一种适用于叠前地震数据用于实现深 度域速度建模的方法。 现有技术
[0002] 随着地震勘探技术和计算机水平的飞速发展，叠前深度偏移已经成为复杂油气探 区高精度成像的主力技术。但是，叠前深度偏移对速度准确度的敏感性很强，如果深度域速 度模型不准确，那么再精确、先进的偏移方法都不能对地下构造进行准确成像，因此，一个 好的深度域速度建模方法显得至关重要。
[0003] 目前，已有的深度域速度建模方法主要有三种：一种是利用时间域速度进行时深 转换，但是由于转换公式均存在较大的误差，一般作为获得初始深度域速度模型的方法；第 二种是全波形反演，其建模精度高，但是其对初始速度精度要求高，反演过程中非线性程度 强，且需要估计震源子波等，计算量巨大，鲜见应用好的实例，难以推广进行大规模的工业 生产；第三种是偏移速度分析，其优点是精度适中，计算效率可以接受，目前的大多数商业 软件均采用该方法进行深度域速度建模。然而，偏移速度分析使用的是偏移距域共成像点 道集，产生该道集的过程中存在多路径成像问题，对后续的速度建模过程影响较大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述问题，提出了一种基于最小二乘目标泛函的反向照明速 度反演方法，以满足油气勘探开发难度的增大对地震处理技术提出的越来越高的要求。叠 前深度偏移作为高精度成像的主力技术，其能够大规模推广应用的关键在于深度域速度模 型的准确建立。
[0005] 本发明是在最小二乘反演框架下，建立深度域速度模型反演的目标泛函，采用当 前反射层底界面到顶界面的反向照明矩阵将传播过程中产生的剩余深度分配到波路径经 过的网格上以得到剩余速度，迭代反演多次以获得高精度的深度域速度模型。本发明应用 无假象的角度域共成像点道集求取剩余深度，以及反射层底界面到顶界面的射线追踪求取 反向照明矩阵，操作简单，计算效率和计算精度高，利于在实际生产中大规模推广应用。
[0006] 本发明的技术方案包括：
[0007] (1)计算反向照明矩阵，在叠前深度偏移结果中确定当前层位的顶界面和底界面， 射线追踪的起始点定在当前层的底界面，给定射线出射方向，给定固定步长进行射线追踪， 并将每个网格内的路径长度相加得到射线在每个网格内的总长度，将每个网格内的总长度 按照网格顺利排列起来，得到一条射线的反向照明向量，每一条射线的反向照明向量按照 射线顺序排列起来，得到反向照明矩阵；
[0008] (2)根据当前层位的顶界面和底界面位置，利用角度域共成像点道集上同相轴的 弯曲程度来计算剩余深度；
[0009] (3)在最小二乘意义下，通过寻找一个速度模型，使得实际观测旅行时与正演模拟 旅行时之差最小来构建最小二乘目标泛函。
[0010] 上述方案进一步包括：
[0011] 步骤（1)所述计算反向照明矩阵的射线路径计算公式为：
[0013] 其中，Pu为一个网格内的路径长度，dl为固定步长，lpl2*别为网格内开始和结 束路径；η。是射线出射方向向量，v为网格局部速度，λ为速度梯度
[0014] 反向照明矩阵Ρ的排列形式为：
[0016] 其中，i e [1，Μ]代表射线序号，Μ为射线总数；j e [1，Ν]代表网格编号，Ν为网 格总数。
[0017] 步骤⑵所述计算剩余深度方法：首先选定速度反演的控制点，然后利用能量 互相关法拾取角度域共成像点道集道集同相轴的最大能量值，得到不同角度的剩余深度 Δ ζ ：
[0018]
[0019] 其中，energy ( τ _)为互相关最大能量值，τ为深度采样点移动量，取值范围 为[l，kdd_-kdup+l] ;f(z)为深度为ζ处的偏移数据能量值，ζ的取值范围为顶、底深度 [dup，dd_] ;max□为最大值函数，ζ。为角度域共成像点道集中零角度对应的同相轴深度。
[0020] 步骤（3)构建最小二乘目标泛函由下式表示：
[0022] 其中，E(s)是最小二乘目标泛函，s表示网格慢度，是网格速度的倒数；As表示慢 度扰动，用于进行速度反演更新；P代表反向照明矩阵，△ ζ表示剩余深度；Θ i为射线出射 角，Θ 2为当前层位底界面倾角；| | | |代表向量的L2模
[0023] 其网格速度反演更新公式为：
[0025] 其中，vn i和vn分别为第η次（η彡1)反演更新前后的速度向量。
[0026] 本发明的基于最小二乘目标泛函的反向照明速度反演方法，其技术优势主要表现 在以下三个方面：
[0027] 第一、方法与当前的处理软件能够很好的兼容且实施方便。该方法利用当前常 用处理软件提供的时间域速度模型通过时深转换成的深度域速度模型作为初始速度模型 输入，利用当前处理软件的叠前深度偏移模块获得角度域共成像点道集，兼容性好，实施方 便；
[0028] 第二、计算效率和计算精度高。该方法应用无假象的角度域共成像点道集求取剩 余深度，计算精度高；应用反射层底界面到顶界面的射线追踪求取反向照明矩阵，不需要计 算繁琐的反射射线追踪，计算效率高；
[0029] 第三、方法对初始速度模型精度的要求低，反演的非线性程度弱，适应性强。
【附图说明】
[0030] 图1基于最小二乘目标泛函的反向照明速度反演方法操作流程图
[0031] 图2复杂速度模型
[0032] 图3复杂模型的输入初始速度模型
[0033] 图4反向照明反演速度模型
[0034] 图5反演速度模型对应的叠前深度偏移结果
[0035] 图6实际资料的输入初始速度模型
[0036] 图7实际资料反向照明反演得到的速度模型
[0037] 图8实际资料反演速度模型对应的叠前深度偏移结果
【具体实施方式】
[0038] 下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0039] 该发明的详细技术操作步骤如图1所示。该发明主要技术关键点为以下三个： ⑴、计算反向照明矩阵；⑵、计算剩余深度；⑶、构建最小二乘目标泛函。
[0040] (1)计算反向照明矩阵
[0041] 在叠前深度偏移结果中确定当前层位的顶界面和底界面，射线追踪的起始点定在 当前层的底界面，给定射线出射方向，给定固定步长进行射线追踪，并将每个网格内的路径 长度相加得到射线在每个网格内的总长度，将每个网格内的总长度按照网格顺利排列起 来，得到一条射线的反向照明向量，每一条射线的反向照明向量按照射线顺序排列起来，得 到反向照明矩阵。射线路径计算公式为：
[0043] 其中，Pu为一个网格内的路径长度，dl为固定步长，li、l2*别为网格内开始和结 束路径；η。是射线出射方向向量，v为网格局部速度，λ为速度梯度。
[0044] 反向照明矩阵Ρ的排列形式为：
[0046] 其中，i e [1，Μ]代表射线序号，Μ为射线总数；j e [1，N]代表网格编号，N为网 格总数。
[0047] (2)计算剩余深度
[0048] 根据当前层位的顶界面和底界面位置，利用角度域共成像点道集上同相轴的弯曲 程度来计算剩余深度。首先选定速度反演的控制点（根据精度要求，可多可少），然后利用 能量互相关法拾取角度域共成像点道集道集同相轴的最