[发明专利]基于多次反射折射波约束的三维菲涅尔体旅行时层析成像方法

摘要

一种基于多次反射折射波来约束的三维地震菲涅尔体旅行时层析成像方法，包括：通过原始地震记录拾取初至波时间；建立离散模型；计算离散介质网格节点上的波前传播时间；向震源方向逐单元追踪射线路径；计算菲涅尔体；求解层析反演方程；将速度模型转换得到最终的层析速度模型；利用多次反射折射波旅行时公式来计算某控制点风化层厚度；计算多个控制点的风化层厚度，实现精确控制层析模型风化层厚度要求。其主要优势和特点包括：技术效果的可靠性。多次反射折射波可以精确求取风化层厚度，解决了层析反演在近地表多解性问题，使反演速度模型更加精确。操作简单易实现。该方法流程及计算简单，运算速度快，适合用于三维地震资料处理。

主权项

基于多次反射折射波约束的三维菲涅尔体旅行时层析成像方法，其特征是包括：(1)通过原始地震记录拾取初至波时间；(2)建立离散模型，利用规则网格把表层模型离散成若干立方体单元，用网格节点处的速度值表示整个模型速度的变化；(3)正向计算初至波旅行时，根据程函方程，使用基于水平集的GMM波前扩展算法，从震源开始，逐步计算离散介质网格节点上的波前传播时间；(4)反向确定射线路径，利用正向步骤计算出的网格节点上的波前传播时间，从接收点开始，向震源方向逐单元追踪射线路径；(5)计算菲涅尔体，先求出菲涅尔体半径，再以射线为中心轴线，用菲涅尔体半径确定菲涅尔体空间分布，下式是计算菲涅尔体半径的近似式：$R\left(l\right)\≈\sqrt{\frac{l(L-l)}{\mathrm{fLs}\left(l\right)}}$   ①式中，L是激发点与接收点之间的射线长度；f为地震波主频；l为从激发点到待计算菲涅尔体半径处的射线长度，s(l)为该处的平均慢度，R(l)为该处的菲涅尔体半径；(6)求解层析反演方程，利用菲涅尔体空间及其能流密度的分布，建立初至走时残差与网格节点慢度修正量之间满足的线性方程，下式是每对激发点和接受点可获得的反演方程：$\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_k\frac{v_k}{V}{l}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δ}{s}_k=\mathrm{\Δ}{t}_i$   ②其中，Δt_i是第i条射线对应的走时残差；Δs_k是第k个单元的慢度增量，可以用该单元节点上的慢度增量表示，从而把该式整理成节点慢度增量与走时残差的关系式；ω_k是反映各单元能流密度大小的权系数，且ω_k可通过对一条菲涅耳体内各处的影响因子归一化得到；(7)将第(2)步的速度模型换成第(6)步的速度模型，重复第(2)‑(6)步多次，即可得到最终的层析速度模型；(8)利用多次反射折射波旅行时公式来计算某控制点风化层厚度，多次反射折射波旅行时公式表示为：$h_1=\frac{v_1\mathrm{\Δt}}{2\cos \mathrm{\θ}}=\frac{v_1\mathrm{\Δt}}{2\sqrt{1-{\left(\frac{v_1}{v_1}\right)}^2}}=\frac{\mathrm{\Δt}}{2\sqrt{\frac{1}{{v_1}^2}-\frac{1}{{v_2}^2}}}$   ③其中：时间间隔Δt和表层结构参数v₁,v₂，通过微测井或多次反射折射波炮集记录来求取v₁,v₂。