一种基于低波数约束的潜水波层析静校正方法与流程

本发明涉及一种基于低波数约束的潜水波层析静校正方法，属于地震资料静校正处理技术。

背景技术：

1、随着国内勘探领域不断扩大，所遇到的表层条件越来越复杂，尤其是南方山地表层不同的岩性出露，速度结构变化快，导致地震资料的静校正问题愈加突出，进而影响构造成像精度与解释结果的可靠性。静校正计算作为老生常谈的地震资料处理技术，经过多年的发展，不断进步，种类繁多。其中基于初至波走时的层析静校正，因其对复杂地质条件的适应能力，成为当前解决静校正问题的主流方法。但是在大量的实践过程中发现，由于复杂的地表条件造成的有限的观测视角与观测采样，以及算法本身限制造成的追踪射线在高、低速异常体的焦散问题，导致计算结果存在不稳定性，长波长静校正问题难以有效解决。

2、层析静校正技术是解决复杂近地表问题主要方法。地震层析目前主要分为基于高频近似理论的走时层析成像和基于有限频带的层析成像。基于高频近似射线理论的层析算法由于较好的计算效率、成像精度和解决复杂问题的能力，是商业软件的主流技术。包括omega软件的折射层析以及tomodel与gms软件的基于射线追踪的初至波网格层析，并且它们在不断的算法优化过程中，形成了各自的特色，在解决不同静校正问题中也展现了各自的优势，也因此产生了“融合”静校正技术—将不同的静校正计算结果连片成一个完整的联合静校正，来解决南方山地近地表问题突出的地震资料，应用上取得了一定成像效果，但剖面上仍存在长波长静校正问题。究其原因，这种基于高频近似假设条件的静校正方法，由于复杂地表条件造成的有限观测视角及观测采样等问题，而导致计算结果因矩阵的稀疏性问题而产生不稳定性。基于有限频带的菲涅尔带胖射线层析反演方法的推出，通过计算程函方程数值解，实现走时计算与射线追踪，并在求解射线路径时引入了菲涅尔带胖射线技术，让射线的传播轨迹更接近实际情况，结果精度更高，但实际应用中，仍然存在局部静校正异常，分析原因主要是初始模型精度问题造成反演结果陷入局部极值。

3、潜水波(回转波)走时层析技术，充分利用初至波信息，并且不需要识别出折射界面，相比其它初至波与反射波层析算法，可以得到更加稳健的近地表速度模型，因而广泛应用于叠前深度域偏移浅层速度建模过程中。方法在求解射线路径时引入了胖射线技术(考虑到实际接收的地震波是有限的频带的，并不满足无限高频假设)，反演过程中考虑了主射线路径附件的速度结构对走时的影响，更真实的反映地震波的实际传播物理过程，降低了偏导矩阵的稀疏程度，反演结果能够更准确的反映浅层速度结构。因对浅层小尺度构造具备更好的分辨能力，该方法也展现出对后期静校正量计算的巨大潜力。

4、潜水波走时层析技术在计算过程中首先需要建立一个由浅至深正向梯度变化的水平层状初始速度模型，在此基础上通过大量的迭代计算并逐步缩小面元网格来提高反演模型精度，反演过程中同时需要不断的平滑速度模型保证深部模型的有效更新，造成整个过程需要实时的质控保证反演向正确方向进行。因此，建立一个可靠的初始速度模型。一方面可以大幅度提高迭代效率，尤其面对当前高密度采集地震资料，海量的基础数据；另一方面通过提供合理的先验信息避免结果陷入局部极值，获得全局最优解。

5、综上，针对现有方法存在的问题，利用近年来在深度域建模表现出色的潜水波层析技术进行长波长静校正量计算，充分利用其浅层建模精度高的特点，并在建立初始模型时，采用一个外部大尺度平滑的低波数速度场，作为先验信息，提高算法收敛效率与计算结果精度的同时，避免因局部速度异常造成大量无效网格而导致计算不稳定问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于低波数约束的潜水波层析静校正方法，为解决山地资料的静校正提供一种新的方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于低波数约束的潜水波层析静校正方法，其包括如下步骤：

3、步骤一、获得一个相对合理的近地表速度模型，并在此基础上进行一个大尺度平滑，使速度场保留低波数特征，并作为潜水波层析的初始速度场；

4、步骤二、利用潜水波走时层析技术反演近地表速度模型；

5、步骤三、根据最后的速度模型计算区域长波长静校正量。

6、进一步的，所述步骤一中，通过引用tomodel，gms或omega软件获得最终近地表速度模型，并在此基础上进行大尺度平滑处理来作为潜水波层析的初始速度模型。

7、进一步的，所述步骤二中，潜水波走时层析成像基于程函方程数值解的方法，先通过求解程函方程获得初至走时场，然后沿走时场的负梯度方向获得射线传播路径同时进行速度场反演成像。

8、更进一步的，地震波传播的运动学程函方程为基础，走时方程满足：

9、

10、式中，t是波场从震源点到任意空间点x的走时；c是x点处的速度；▽为梯度算子；

11、成像过程中，采用矩形网格化的模型参数进行离散，运用有限差分算法求解式(1)的程函方程获得初至波走时场。

12、更进一步的，利用正演到的走时场与实际初至时间的差可表示为：

13、

14、式中，t实际初至时间，t0是走时；δt是炮点s到检波点r的旅行时残差；δs是三维空间坐标为(x,y,z)点处的慢度扰动；l是炮点s到检波点r的传播路径；

15、在传播路径不变的情况下，(2)式中的走时残差和慢度扰动为线性关系，将其离散化，则：

16、

17、式中，n为射线传播路径上的网格数；δli表示第i个网格空间内的射线距离；

18、δsi表示i网格的慢度扰动；如此，所有炮检点射线的残差形成一个庞大的系数线性方程组：

19、δt＝lδs                       (4)

20、式中，l代表炮检点的射线路径，对于实际资料，它是一个病态的大型稀疏矩阵；δs表示所有离散网格的慢度扰动；δt所有炮检点的旅行时残差；

21、(4)式通过迭代以反投影法近似求解，得到最终的慢度扰动模型：

22、

23、式中，δtj和lj分别是第j条射线的走时残差和射线总长度，a是以第j条射线为中心的横截面积，gj是数据核。

24、更进一步的，在第j条射线上，agj的值为1，该值在其它地方均为零，通过(5)式，可以得出每个网格点上的慢度扰动为：

25、

26、式中，k是网格单元中的射线数，δtk和lk分别是网格内第k条射线的走时残差和射线长度。

27、更进一步的，获得近地表模型后，选定合适的基准面，根据公式(7)，求取静校正量：

28、

29、其中，hlvl，vlvl分别代表风化层厚度和速度，edatum为计算基准面，egroud为炮检点高程，vr为替换速度。

30、本发明的有益效果是：克服了南方山地及其它类似区域的静校正问题一直困扰地球物理处理工作者，目前的静校正技术无法有效消除长波长静校正量的问题。本发明通过对典型山地资料进行正演模拟，并利用模拟记录进行潜水波层析静校正方法研究，证明该项技术可以获得精度更高的长波长校正量，为解决山地资料的静校正提供了新的方法，同时本方法利用全部初至参与计算，可以反演出深度更深近地表层模型，也为黄土塬因巨厚黄土层而导致的静校正问题，提供了新的思路。

31、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。