发布时间：2021-03-05所属分类：科技论文浏览：1次
摘 要： 摘要目前随着油气勘探的不断发展，深部油气藏受到广泛关注，高精度深层速度建模与成像是一个亟待解决的难题。全波形反演充分利用叠前地震数据的运动学和动力学信息，具有揭示复杂地质背景下构造细节的能力，是目前建模精度最高的方法之一。然而，波形反演本
摘要目前随着油气勘探的不断发展，深部油气藏受到广泛关注，高精度深层速度建模与成像是一个亟待解决的难题。全波形反演充分利用叠前地震数据的运动学和动力学信息，具有揭示复杂地质背景下构造细节的能力，是目前建模精度最高的方法之一。然而，波形反演本身是一个高度的非线性问题，反演易陷入局部极值不能收敛。在实际应用时，常规全波形反演受限于炮检距以及地震数据的有效频带范围，因而对深层的反演结果并不准确。与常规全波形反演相比，反射波波形反演利用反射波信息代替回折波信息，是提高深层反演质量的有效途径。为此，利用地下介质的构造信息，通过结构张量滤波算法对梯度进行预处理，保证反演方向正确以及反演过程稳定。陆地资料应用结果表明：本文方法能够反演出更加符合地下地质规律的高分辨率速度模型，有利于深部目的层成像与目标评价。
关键词反射波波形反演，深部油气藏，结构张量滤波，高分辨率速度模型，陆地资料
0序言
在油气的勘探开发过程中，高精度、高分辨率的成像技术具有揭示复杂地质条件背景下构造与岩性细节信息的能力，对勘探定位具有决定性的作用。而随着勘探程度的不断深入，目标区域已逐渐由中浅层转变为深层超深层。但深层地震资料信噪比低、有效信号能量弱、速度建模精度无法满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层偏移成像的重要前提。
全波形反演技术基于波动方程理论，相对于射线理论能够更好地描述地震波在地下介质中的传播过程，能够实现速度、密度、Q等多参数反演(刘斌等,2018;王庆等,2015;陈永芮,2013;杨午阳等,2013;王薇等,2013;卞爱飞等,2010;廖建平等,2011;王西文等,2013;VirieuxandOperto,2009)。
在上世纪八十年代Lailly和Tarantola提出了时间域全波形反演算法，形成了一套较为完整的理论体系(Lailly,1983;Tarantola,1984)。在九十年代Pratt将其发展到频率域(Pratt,1999)，但受限于当时的硬件水平,多数研究只能停留在理论阶段。近些年来，随着计算机技术的飞速发展与处理能力的不断提高，全波形反演实际资料应用日趋实用化。海洋资料具有低频信息丰富以及高信噪比等特点相比于陆地资料更适用于全波形反演，在陆地资料的实际运用中仍然存在诸多挑战(丁继才等，2017;胡光辉等，2018;Plessixetal.,2013)。常规全波形反演主要利用潜波重构地下的介质参数，陆地地震勘探受限于观测系统，缺乏大偏移距数据以及低频信息，因此全波形反演在陆地资料应用时反演深度较浅。为了能够提高深层的速度建模精度，Xu提出了反射波波形反演，该方法基于一阶Born近似，通过偏移与反偏移在初始模型较为平滑的情况下获取反射波信息，利用反射波代替潜波更新深层介质参数(Xu等，2012)。但反偏移记录与野外观测记录相比振幅存在较大差异，常规的L2误差函数无法有效使用。Ma等通过动态时差校正技术求取走时信息，规避振幅差异所造成的的影响，实现了波动方程反射旅行时反演方法，恢复速度场低波数成分(Ma等，2013)。付继有等基于相位拟合的互相关函降低数据振幅对反演的影响，克服了局部极值问题，提高反演过程的稳定性(付继有等，2016)。
全波形反演在实际资料应用时受覆盖次数、数据信噪比、采集规律性等因素的影响，反演结果会出现噪声干扰、照明不足、同相轴不连续等问题。为了提高梯度的准确性，张凯等提出了能量加权的梯度算法(张凯等，2015)，通过引入反偏移算法对梯度进行修正，在不增加计算量的前提下进行了照明补偿。胡光辉等将构造信息引入误差泛函，通过构建先验信息模型，提高速度建模的精度，使得反演结果具有地质意义。罗静蕊采用层析滤波器对梯度进行预处理，对有限采集孔径和非均匀覆盖信息造成的反演误差进行修正，改善全波形反演效果(罗静蕊等，2018)。
相关期刊推荐：《地球物理学进展》(双月刊)1986年创刊，本刊是中国科学院主管，中国科学院地质与地球物理研究所和中国地球物理学会共同主办的地球物理学及相关领域的综合性学术刊物，国内外公开发行。主要报道国内外地球物理学研究的最新进展和成果，探讨地球物理学的发展战略，评价地球物理学科的现状和发展趋势。
为了提高反射波波形反演在陆地实际资料的适用性，本文采用以下反演策略：通过互相关误差函数解决反演过程中的振幅匹配问题，基于地下介质的构造信息应用结构张量滤波对梯度进行约束，消除梯度中存在的采集脚印、化弧噪音以及同相轴不连续等问题，更准确的刻画构造形态，使得反演结果更具有地质意义，提高深层偏移成像的精度。最后通过实际资料测试验证了反演策略的准确性和有效性。
1反射波波形反演
1.1基于互相关误差函数反射波波形反演
常规全波形反演的初始模型通常由射线类走时层析得到，缺少强波阻抗界面，波动方程模拟得到的波场中反射波能量相对较弱，所以常规全波形反演主要基于潜波信息。其反演深度受偏移距影响，尤其在处理陆上窄偏移距地震数据时，对中深层的重构能力有限。为了进一步提升中深层的建模质量，Xu提出了反射波波形反演。
2陆地实际资料测试
陆地实际资料来源于西北某探区，主要目的是通过提高速度建模精度使得偏移结果中缝洞串珠储层能量更加聚焦。目的层埋深接近6公里，为了节省计算内存，提高计算效率，选取满覆盖50平方公里的目标区域资料进行测试，测试资料共计1000炮，频带范围5-25hz。全波形反演由于其自身较强的非线性，对初始模型的依赖较高。本文首先采用射线类反射波走时层析技术构建低波数初始速度模型，如图2所示。射线走时层析基于高频近似假设，反演模型具有丰富的低波数背景信息，分辨率相对较低。其次，由于所选工区偏移距较短，常规基于潜波信息的波形反演无法有效提高深层模型的质量。因此，本文通过偏移与反偏移在平滑初始速度模型下重构反射波波场，并采用互相关误差函数削弱振幅影响，基于前期的克希霍夫叠前深度偏移结果求取结构张量，并通过结构张量滤波对梯度进行预处理。
此外，为了提高迭代收敛速度，改善反演质量，本文采用截断牛顿法进行迭代寻优，该方法无需直接表示Hessian矩阵，能够有效节省内存。图3是经过五次迭代后的反演速度，从水平切面中可以看出，与图2所示的初始速度相比，全波形反演结果有更丰富的速度细节信息。为进一步对比初始速度与反演速度，截取inline方向上的垂直切面。图4a是初始速度模型的垂直切片，图4b是全波形反演结果的垂直切片。图4.b与图4.a相比可知，本文方法能够刻画更丰富的速度信息，反演的速度更加符合地质规律，清晰地刻画出缝洞速度异常体(如图4b红色箭头所示)，说明本文方法具有的较高分辨率。
为验证全波形反演对改善目标区域偏移成像质量的有效性，分别基于射线层析速度与全波形反演速度进行克希霍夫叠前深度偏移。从图5的对比中可以看出，相较于射线层析，本文方法由于反演的速度精度更高，偏移归位更加准确，构造成像更加合理，地层可追踪性更强(图5中红色箭头所示)，从图6中也可以看出，基于本文方法反演速度的缝洞串珠储层成像能量更加聚焦，分辨率更高(红色圆圈所示)，更利于目标评价工作。在相同偏移算子的情况下，证明了本文方法具有较高的精度，更有利于目的层成像。
3结论与讨论
影响深层地震成像质量的因素有很多，包括偏移算子的精度、速度模型的准确性以及采集方式等多个方面。建模技术的推进对提高深层成像质量至关重要。全波形反演从叠前地震数据出发，充分利用数据的运动学和动力学信息，是目前地球物理领域研究的热点。近些年来随着计算机硬件水平的提高与全波形反演理论研究的不断深入，全波形反演技术在实用化方面已经取得了较大的突破，基于全波形反演的高精度速度模型从而提高偏移成像的质量已经在多个工区得到应用。但陆上地震勘探资料偏移距范围较小、低频信息缺失、各类噪声干扰严重，全波形反演工作的进展较为缓慢，尤其是深部的反演效果一直不理想。
本文提出了一种面向深层的反射波波形反演策略，通过偏移与反偏移在初始模型缺少高波数层位信息的情况下重构反射波信息，用反射波替代潜波更新深层介质参数。采用互相关目标函数，降低振幅能量差异的影响，提高迭代过程的稳定性。基于克希霍夫叠前深度偏移剖面求取结构张量矩阵和各向异性扩散滤波对梯度进行预处理，能够压制各类噪音并使得同相轴更加连续，使得反演结果符合地质规律，有效提高迭代收敛速度。三维陆地实际资料测试表明，本文提出的陆上地震资料反演策略能够得到高分辨率的速度模型，改善深部目的层成像质量，有利于目标评价。——论文作者：孙思宇，胡光辉，何兵红，杜泽源，徐文才
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