[发明专利]基于角度域直接包络反演的盐丘速度密度估计方法

说明书

本发明公开了基于角度域直接包络反演的盐丘速度密度估计方法，具体为：S1、设置炮点和检波点，采集得到观测数据；S2、构建矩形网格地质模型；S3、给定直接包络反演阶段待优化的目标函数J_e(v(x),ρ(x))；S4、给定用于速度长波长速度分量反演的散射角范围；S5、通过直接包络反演和迭代优化算法对目标函数J_e(v(x),ρ(x))进行优化，得到速度模型的长波长分量v_l(x)；S6、给定下一阶段新的待优化目标函数J(v(x),ρ(x))；S7、通过最速下降法对目标函数J(v(x),ρ(x))进行优化，得到精细的速度结构v_f(x)；S8、给定用于密度反演的散射角范围；S9、通过最速下降法对目标函数进行进一步优化，得到精细的密度结构ρ_f(x)。本方法能够使用直接包络中新的Fréchet导数进行能量传播。

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于角度域直接包络反演的盐丘速度密度估计方法。

背景技术

石油和天然气是事关国家经济发展及国家安全的重要战略资源，随着石油工业的发展和勘探开发的不断深入，从构造勘探阶段逐渐走向岩性勘探阶段，勘探难度逐渐加大。为了顺应这种要求，全波形反演迅速发展起来，并成为当今地球物理界的研究热点。全波形反演是进行地层参数估计的有效方法，不但能够为地震成像提供高分辨率高精度的速度模型，而且具有同时反演各种不同参数的能力。

传统的全波形反演基于弱散射理论假设，导致该方法对初始模型的依赖性极强。如果初始模型与真实模型相差太大，则容易陷入局部极值。为了克服这一问题，一些学者选择采用全局优化的方法。然而，全局优化需要在整个模型空间中进行搜索，最终确定一个最优的模型参数，计算量相当大。虽然近年来已有不少改进算法，但是巨大的计算量仍然是阻碍全局优化发展的主要问题，使得该类方法不能在高维问题中得到广泛应用。全波形反演的重心仍然是局部优化方法。在这一领域，学者们研究和发展了多种方法，如多尺度反演方法，层析全波形反演方法，自适应全波形反演方法等等。这些方法通过使用不同的波场信息来构建目标函数从而降低反演的非线性程度，可以在一定程度上缓解局部极值问题。然而这些方法仍然是基于弱散射假设，当模型参数中包含强散射扰动，如大尺度的盐丘模型时，这些方法将失去其功效。针对大尺度的盐丘模型，工业界通常采用成像，拾取边界，再对盐丘进行填充的策略来构建盐丘体，然而这一技术需要大量的人工干预。近年来，一些新的技术逐渐被提出，来对盐丘内部的速度参数进行估计。如在自适应全波形反演中引入全变差方法进行约束，以及在反演中定义最优传输距离，都取得了不错的效果。

上述方法都是针对速度估计，在所有的地层属性中，密度是一种非常重要的属性，对于地震解释和岩性分析具有重要意义，因此对于密度参数的准确估计是很有必要的。然而，虽然全波形反演具有对各种地层参数进行估计的能力，准确的密度估计却是非常困难的，这是因为速度和密度对于波场的响应相互耦合，密度反演受到速度反演的严重影响，而对于包含大尺度盐丘体的强散射模型，这两者之间的相互影响变得更加严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于角度域直接包络反演的盐丘速度密度估计方法，该方法能够使用直接包络中新的Fréchet导数进行能量传播，并在角度域对速度和密度进行解耦，实现对盐丘速度和密度的同时反演。

本发明所采用的技术方案是，基于角度域直接包络反演的盐丘速度密度估计方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、设置炮点和检波点，采集得到观测数据u_obs(t,x_r；x_s)，其中t表示时间变量；x_r,x_s分别表示检波点和炮点的位置；

步骤2、构建矩形网格地质模型，根据技术指标及工区要求设定模型大小Nx×Nz，并设定正演模拟的空间采样间隔、时间采样间隔dt、最大采样时间Nt，所述空间采样间隔包括横向采样间隔dx和纵向采样间隔dz；