發布時間：2021-03-05所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要目前隨著油氣勘探的不斷發展，深部油氣藏受到廣泛關注，高精度深層速度建模與成像是一個亟待解決的難題。全波形反演充分利用疊前地震數據的運動學和動力學信息，具有揭示復雜地質背景下構造細節的能力，是目前建模精度最高的方法之一。然而，波形反演本
摘要目前隨著油氣勘探的不斷發展，深部油氣藏受到廣泛關注，高精度深層速度建模與成像是一個亟待解決的難題。全波形反演充分利用疊前地震數據的運動學和動力學信息，具有揭示復雜地質背景下構造細節的能力，是目前建模精度最高的方法之一。然而，波形反演本身是一個高度的非線性問題，反演易陷入局部極值不能收斂。在實際應用時，常規全波形反演受限于炮檢距以及地震數據的有效頻帶范圍，因而對深層的反演結果并不準確。與常規全波形反演相比，反射波波形反演利用反射波信息代替回折波信息，是提高深層反演質量的有效途徑。為此，利用地下介質的構造信息，通過結構張量濾波算法對梯度進行預處理，保證反演方向正確以及反演過程穩定。陸地資料應用結果表明：本文方法能夠反演出更加符合地下地質規律的高分辨率速度模型，有利于深部目的層成像與目標評價。
關鍵詞反射波波形反演，深部油氣藏，結構張量濾波，高分辨率速度模型，陸地資料
0序言
在油氣的勘探開發過程中，高精度、高分辨率的成像技術具有揭示復雜地質條件背景下構造與巖性細節信息的能力，對勘探定位具有決定性的作用。而隨著勘探程度的不斷深入，目標區域已逐漸由中淺層轉變為深層超深層。但深層地震資料信噪比低、有效信號能量弱、速度建模精度無法滿足高精度偏移成像的精度要求，提高速度建模的精度是做好深層偏移成像的重要前提。
全波形反演技術基于波動方程理論，相對于射線理論能夠更好地描述地震波在地下介質中的傳播過程，能夠實現速度、密度、Q等多參數反演(劉斌等,2018;王慶等,2015;陳永芮,2013;楊午陽等,2013;王薇等,2013;卞愛飛等,2010;廖建平等,2011;王西文等,2013;VirieuxandOperto,2009)。
在上世紀八十年代Lailly和Tarantola提出了時間域全波形反演算法，形成了一套較為完整的理論體系(Lailly,1983;Tarantola,1984)。在九十年代Pratt將其發展到頻率域(Pratt,1999)，但受限于當時的硬件水平,多數研究只能停留在理論階段。近些年來，隨著計算機技術的飛速發展與處理能力的不斷提高，全波形反演實際資料應用日趨實用化。海洋資料具有低頻信息豐富以及高信噪比等特點相比于陸地資料更適用于全波形反演，在陸地資料的實際運用中仍然存在諸多挑戰(丁繼才等，2017;胡光輝等，2018;Plessixetal.,2013)。常規全波形反演主要利用潛波重構地下的介質參數，陸地地震勘探受限于觀測系統，缺乏大偏移距數據以及低頻信息，因此全波形反演在陸地資料應用時反演深度較淺。為了能夠提高深層的速度建模精度，Xu提出了反射波波形反演，該方法基于一階Born近似，通過偏移與反偏移在初始模型較為平滑的情況下獲取反射波信息，利用反射波代替潛波更新深層介質參數(Xu等，2012)。但反偏移記錄與野外觀測記錄相比振幅存在較大差異，常規的L2誤差函數無法有效使用。Ma等通過動態時差校正技術求取走時信息，規避振幅差異所造成的的影響，實現了波動方程反射旅行時反演方法，恢復速度場低波數成分(Ma等，2013)。付繼有等基于相位擬合的互相關函降低數據振幅對反演的影響，克服了局部極值問題，提高反演過程的穩定性(付繼有等，2016)。
全波形反演在實際資料應用時受覆蓋次數、數據信噪比、采集規律性等因素的影響，反演結果會出現噪聲干擾、照明不足、同相軸不連續等問題。為了提高梯度的準確性，張凱等提出了能量加權的梯度算法(張凱等，2015)，通過引入反偏移算法對梯度進行修正，在不增加計算量的前提下進行了照明補償。胡光輝等將構造信息引入誤差泛函，通過構建先驗信息模型，提高速度建模的精度，使得反演結果具有地質意義。羅靜蕊采用層析濾波器對梯度進行預處理，對有限采集孔徑和非均勻覆蓋信息造成的反演誤差進行修正，改善全波形反演效果(羅靜蕊等，2018)。
相關期刊推薦：《地球物理學進展》(雙月刊)1986年創刊，本刊是中國科學院主管，中國科學院地質與地球物理研究所和中國地球物理學會共同主辦的地球物理學及相關領域的綜合性學術刊物，國內外公開發行。主要報道國內外地球物理學研究的最新進展和成果，探討地球物理學的發展戰略，評價地球物理學科的現狀和發展趨勢。
為了提高反射波波形反演在陸地實際資料的適用性，本文采用以下反演策略：通過互相關誤差函數解決反演過程中的振幅匹配問題，基于地下介質的構造信息應用結構張量濾波對梯度進行約束，消除梯度中存在的采集腳印、化弧噪音以及同相軸不連續等問題，更準確的刻畫構造形態，使得反演結果更具有地質意義，提高深層偏移成像的精度。最后通過實際資料測試驗證了反演策略的準確性和有效性。
1反射波波形反演
1.1基于互相關誤差函數反射波波形反演
常規全波形反演的初始模型通常由射線類走時層析得到，缺少強波阻抗界面，波動方程模擬得到的波場中反射波能量相對較弱，所以常規全波形反演主要基于潛波信息。其反演深度受偏移距影響，尤其在處理陸上窄偏移距地震數據時，對中深層的重構能力有限。為了進一步提升中深層的建模質量，Xu提出了反射波波形反演。
2陸地實際資料測試
陸地實際資料來源于西北某探區，主要目的是通過提高速度建模精度使得偏移結果中縫洞串珠儲層能量更加聚焦。目的層埋深接近6公里，為了節省計算內存，提高計算效率，選取滿覆蓋50平方公里的目標區域資料進行測試，測試資料共計1000炮，頻帶范圍5-25hz。全波形反演由于其自身較強的非線性，對初始模型的依賴較高。本文首先采用射線類反射波走時層析技術構建低波數初始速度模型，如圖2所示。射線走時層析基于高頻近似假設，反演模型具有豐富的低波數背景信息，分辨率相對較低。其次，由于所選工區偏移距較短，常規基于潛波信息的波形反演無法有效提高深層模型的質量。因此，本文通過偏移與反偏移在平滑初始速度模型下重構反射波波場，并采用互相關誤差函數削弱振幅影響，基于前期的克�；舴虔B前深度偏移結果求取結構張量，并通過結構張量濾波對梯度進行預處理。
此外，為了提高迭代收斂速度，改善反演質量，本文采用截斷牛頓法進行迭代尋優，該方法無需直接表示Hessian矩陣，能夠有效節省內存。圖3是經過五次迭代后的反演速度，從水平切面中可以看出，與圖2所示的初始速度相比，全波形反演結果有更豐富的速度細節信息。為進一步對比初始速度與反演速度，截取inline方向上的垂直切面。圖4a是初始速度模型的垂直切片，圖4b是全波形反演結果的垂直切片。圖4.b與圖4.a相比可知，本文方法能夠刻畫更豐富的速度信息，反演的速度更加符合地質規律，清晰地刻畫出縫洞速度異常體(如圖4b紅色箭頭所示)，說明本文方法具有的較高分辨率。
為驗證全波形反演對改善目標區域偏移成像質量的有效性，分別基于射線層析速度與全波形反演速度進行克�；舴虔B前深度偏移。從圖5的對比中可以看出，相較于射線層析，本文方法由于反演的速度精度更高，偏移歸位更加準確，構造成像更加合理，地層可追蹤性更強(圖5中紅色箭頭所示)，從圖6中也可以看出，基于本文方法反演速度的縫洞串珠儲層成像能量更加聚焦，分辨率更高(紅色圓圈所示)，更利于目標評價工作。在相同偏移算子的情況下，證明了本文方法具有較高的精度，更有利于目的層成像。
3結論與討論
影響深層地震成像質量的因素有很多，包括偏移算子的精度、速度模型的準確性以及采集方式等多個方面。建模技術的推進對提高深層成像質量至關重要。全波形反演從疊前地震數據出發，充分利用數據的運動學和動力學信息，是目前地球物理領域研究的熱點。近些年來隨著計算機硬件水平的提高與全波形反演理論研究的不斷深入，全波形反演技術在實用化方面已經取得了較大的突破，基于全波形反演的高精度速度模型從而提高偏移成像的質量已經在多個工區得到應用。但陸上地震勘探資料偏移距范圍較小、低頻信息缺失、各類噪聲干擾嚴重，全波形反演工作的進展較為緩慢，尤其是深部的反演效果一直不理想。
本文提出了一種面向深層的反射波波形反演策略，通過偏移與反偏移在初始模型缺少高波數層位信息的情況下重構反射波信息，用反射波替代潛波更新深層介質參數。采用互相關目標函數，降低振幅能量差異的影響，提高迭代過程的穩定性�；诳讼；舴虔B前深度偏移剖面求取結構張量矩陣和各向異性擴散濾波對梯度進行預處理，能夠壓制各類噪音并使得同相軸更加連續，使得反演結果符合地質規律，有效提高迭代收斂速度。三維陸地實際資料測試表明，本文提出的陸上地震資料反演策略能夠得到高分辨率的速度模型，改善深部目的層成像質量，有利于目標評價。——論文作者：孫思宇，胡光輝，何兵紅，杜澤源，徐文才
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