[发明专利]增强地质构造保真性的地震图像处理的方法和系统

说明书

本公开提供了一种用于地震处理的方法，其包括地震信号正向传播和地震数据反向传播的步骤。在对正向和反向传播结果进行相关和汇总后，创建了地下介质图像。为了解决由于不完整的数据采集孔径尺寸和偏移算子中的偏移近似而引起的偏移脚印和噪声，迭代反演策略合并了根据地震图像计算出的张量流。此外，将基于图像的结构张量的正则化算子应用于地震图像反演中。

技术领域

本公开总体上涉及一种用于收集和处理地震数据以及地震采集设计的方法。更具体地说，本公开提供了用于利用结构张量和总变分正则化来增强地震图像增强的方法和设备。

背景技术

地震学用于需要地质信息的勘探、考古研究和工程项目。勘探地震技术广泛用于油气勘探中，以便识别地质岩层的前景和类型。在地震勘测中，地震波被发送到地下，从地下岩层中反射回地表的地震波由地震波接收器、即地震检波器记录下来。地震波是由能量震源产生的，例如陆地上的小炸药震源或可控震源，或海洋环境中的气枪或振动器震源。多个能量震源和接收器设置在感兴趣的地质构造上方的地球表面的附近的不同位置处。地震勘测由大量的单个地震记录或地震道数据组成，它们可以产生近乎连续的地下构造剖面。

通过分析记录在这些地震道中的地震波从地下岩层反射并返回到地面所花费的时间，地球物理学家可以绘制地下岩层和异常的图像，并预测在何处可能捕获到足够数量的石油或天然气藏以用于勘探开发。沿着地球表面上的一条直线可以进行二维(2D)地震勘测，对其的分析可以创建一个二维纵切片图像，类似于在该直线下方穿过地球的垂直图像切片。在三维(3D)勘测中，震源位置和记录位置以近似网格的图案分布。对3D数据的分析可以显示勘测区域下方的地下地质的3D立体图像。

将地震道数据映射到地下界面的过程称为偏移成像。偏移成像是在现场采集所收集到的地震数据，将反射同相轴移回到其在地下界面处的原始位置。逆时偏移(RTM)是一种偏移成像方法，它通过将每一个接收器记录的反射数据的地震道记录历史沿时间反向进行传播。这些地震检波器现在充当地震能量的来源，通过这种传播将记录的检波器波场反向传播到地下介质中。基于双程波动方程的RTM(方程式1)已成为一种标准成像算法，用于具有强速度变化和陡倾角的复杂构造的挑战性成像区域。RTM的图像通过对震源波场和接收器波场进行零延迟互相关而生成。

地震偏移从数学上可以表示为m’＝G^Td，其中d是在现场获得的地震数据；m’是估算的地下构造图像模型；G^T是偏移传播引擎，其近似为地震波场正向传播引擎G的逆算子或伴随算子。

在正向传播的情况下，数据d可以表示为d＝Gm，其中G是正向传播模拟引擎，而m是真实图像模型或真实地球反射率模型。

经过一定的数学推导之后，估计的地下模型和真实模型之间的关系可以表示为m’＝(G^TG)m。应注意的是，如果偏移算子和正向传播算子的乘积不是单位阵，则偏移估计的地下模型m’与真实模型m并不完全相同。这意味着偏移图像模型m’实际上是真实反射率模型m的失真描述。

双程声波方程可以表示为：

其中，v是速度，F是震源信号，而u是地震波场。在方程式(1)中假定介质的密度是恒定。

为了实现通过模糊算子(G^TG)来减少偏移图像失真的目的，可以用以下数学方式来表示反演策略：

其中，C是用作正则化运算符的约束矩阵。

最优的反射率模型m可以通过在正则化的最小二乘意义上求解法向方程来获得，具体如以下方程式(3)所示：

m＝[G^TG+C^TC]-1G^Td (3)

其中，T表示正演模拟算子的伴随运算。