CN110927780B - 一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及***，包括：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；步骤2：计算目标层位与期望层位的局部深度差；步骤3：根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；步骤4：基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。本发明通过将小尺度速度异常体的目标层位与期望层位的局部深度差引入层析反演中，有效提高了小尺度异常体速度建模的空间分辨率，从而提高了建模精度，同时多尺度反演技术实现了从低波数到高波数逐级逼近小尺度速度异常体，提高了小尺度异常体速度建模的稳定性与合理性。

Description

一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及***

技术领域

本发明属于地震成像与反演领域，具体涉及一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及***。

背景技术

地震成像的目标是利用地震波的正传播和反传播实现对地下结构的定位、识别和描述，为地下油气藏的勘探提供直观、可靠的依据。然而地震波成像的精度依赖于准确的地下介质速度模型。随着勘探开发的不断深入，地震成像面临的目标越来越复杂，如火成岩侵入体、走滑断裂、古潜山等特殊地质体由于具有岩性复杂多变、构造高陡、地震响应弱等方面的特点，常规速度建模技术体现出一定程度的不适应性，严重制约了地震成像走向精细化的进程。特别是火成岩速度异常体尺度小、岩性变化剧烈、常规速度建模技术反演精度不足。因此，特别需要一种能够提高特殊地质体速度建模的建模精度和稳定性的速度建模方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高特殊地质体速度建模的建模精度和稳定性的地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及***。

为了实现上述目的，本发明提供一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法，包括：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；步骤2：计算所述目标层位与期望层位的局部深度差；步骤3：根据所述局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；步骤4：基于所述小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

优选的，根据测井分层与地质认识线性拟合获得所述期望层位。

优选的，所述小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数。

优选的，步骤4包括：在所述小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；调节所述改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

优选的，所述反演尺度控制项为

其中，ε₂为权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

本发明还提供一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模***，该***包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；步骤2：计算所述目标层位与期望层位的局部深度差；步骤3：根据所述局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；步骤4：基于所述小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

优选的，根据测井分层与地质认识线性拟合获得所述期望层位。

优选的，所述小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数。

优选的，步骤4包括：在所述小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；调节所述改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

优选的，所述反演尺度控制项为

其中，ε₂为权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

本发明的有益效果在于：本发明的地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法及***，通过将小尺度速度异常体的目标层位与期望层位的局部深度差引入层析反演中，有效提高了小尺度异常体速度建模的空间分辨率，从而提高了建模精度，同时多尺度反演技术实现了从低波数到高波数逐级逼近小尺度速度异常体，提高了小尺度异常体速度建模的稳定性与合理性。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法的自动追踪小尺度异常体顶界面及底界面下第一个异常层位示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法的追踪层位计算局部深度差示意图。

图4a示出了常规网格层析反演的速度模型图。

图4b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的速度模型图。

图5a示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的3000米尺度速度的反演策略效果图。

图5b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的1000米尺度速度的反演策略效果图。

图5c示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的500米尺度速度反演策略效果图。

图5d示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的150米尺度速度反演策略效果图。

图6a示出了常规网格层析反演速度的偏移成像结果图。

图6b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的偏移成像结果图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法的流程图，如图1所示，地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法包括：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；步骤2：计算目标层位与期望层位的局部深度差；步骤3：根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；步骤4：基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

具体的，小尺度异常体的几何尺寸接近或小于地震波波长，速度值相对围岩呈局部低速或高速异常，追踪小尺度异常体顶界面地震层位H1和异常体下方第一个“上拱”的层位H2，定义该层位为目标层位，如图2所示。

计算目标层位H2与期望层位H3的局部深度差Δz_local包含了小尺度异常体的速度异常信息，如图3所示。根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数，基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

根据示例性的实施方式地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法，通过将小尺度速度异常体的目标层位与期望层位的局部深度差引入层析反演中，有效提高了小尺度异常体速度建模的空间分辨率，从而提高了建模精度，同时多尺度反演技术实现了从低波数到高波数逐级逼近小尺度速度异常体，提高了小尺度异常体速度建模的稳定性与合理性。

作为优选方案，根据测井分层与地质认识线性拟合获得期望层位。

期望层位的获取取决于对特定工区的地质认识，不同地区确定方法不同。首先地质人员根据前期地震成像成果中存在的继承性构造假象判断小尺度异常体的分布范围，如图3中出现的层位局部上拉，然后结合测井分层和前期解释地震层位对小尺度异常体发育区的地震层位进行编辑，使之符合地质规律，层位自然过渡，不出现局部构造假象，也就是根据测井分层与地质认识线性拟合得到符合地质规律的期望层位。

作为优选方案，小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数。

具体的，构造新的小尺度异常体高分辨率层析目标函数(即公式(1))，其中，Δz_local是由步骤1和步骤2定义的局部深度差，即目标层位减去期望层位的深度差值，可正可负，局部深度差为正表示待反演的小尺度速度异常体为低速体，为负则表示待反演的小尺度速度异常体为高速体；式中前一项为道集拉平项，属于常规层析反演的准则，本发明不展开具体论述；式中第二项为添加的局部层析反演项，着重加大了局部层位约束下的局部构造反演权重，权重控制参数由从0到1分布的正实数ε₁调节，该参数的值越大，小尺度异常体的反演权重则越大。

作为优选方案，步骤4包括：在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

作为优选方案，反演尺度控制项为

其中，ε₂为权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

具体的，进一步改进小尺度异常体层析目标函数，在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数，如下式所示：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数，ε₁是从0到1分布的正实数，用于调节层析反演过程中的平滑力度。

调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，通过约束每次速度反演的多尺度算子来控制待反演的速度场的尺度，多尺度算子对反演尺度的控制由特征值λ₁和λ₂来给定，特征值越大，反演尺度越大，反之反演尺度越小。首先调节特征值λ₁和λ₂为大值，进行大尺度速度结构反演，再逐渐调节特征值λ₁和λ₂至小值，进行小尺度速度异常反演，经过多个尺度的反演逐步逼近真实的地下速度场，实现从低波数到高波数逐步逼近地下小尺度速度异常体，从而提高反演的稳定性。

根据本发明的地质层位约束的小尺度地质体速度建模***，该***包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；步骤2：计算目标层位与期望层位的局部深度差；步骤3：根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；步骤4：基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

具体的，小尺度异常体的几何尺寸接近或小于地震波波长，速度值相对围岩呈局部低速或高速异常，追踪小尺度异常体顶界面地震层位H1和异常体下方第一个“上拱”的层位H2定义该层位为目标层，如图2所示。

计算目标层位H2与期望层位H3的局部深度差Δz_local包含了小尺度异常体的速度异常信息，如图3所示。根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数，基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

根据示例性的实施方式地质层位约束的小尺度地质体速度建模***，通过将小尺度速度异常体的目标层位与期望层位的局部深度差引入层析反演中，有效提高了小尺度异常体速度建模的空间分辨率，从而提高了建模精度，同时多尺度反演技术实现了从低波数到高波数逐级逼近小尺度速度异常体，提高了小尺度异常体速度建模的稳定性与合理性。

作为优选方案，根据测井分层与地质认识线性拟合获得期望层位。

期望层位的获取取决于对特定工区的地质认识，不同地区确定方法不同。首先地质人员根据前期地震成像成果中存在的继承性构造假象判断小尺度异常体的分布范围，如图3中出现的层位局部上拉，然后结合测井分层和前期解释地震层位对小尺度异常体发育区的地震层位进行编辑，使之符合地质规律，层位自然过渡，不出现局部构造假象，也就是根据测井分层与地质认识线性拟合得到符合地质规律的期望层位。

作为优选方案，小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数。

具体的，构造新的小尺度异常体高分辨率层析目标函数(即公式(1))，其中，Δz_local是由步骤1和步骤2定义的局部深度差，即目标层位减去期望层位的深度差值，可正可负，局部深度差为正表示待反演的小尺度速度异常体为低速体，为负则表示待反演的小尺度速度异常体为高速体；式中前一项为道集拉平项，属于常规层析反演的准则，本发明不展开具体论述；式中第二项为添加的局部层析反演项，着重加大了局部层位约束下的局部构造反演权重，权重控制参数由从0到1分布的正实数ε₁调节，该参数的值越大，小尺度异常体的反演权重则越大。

作为优选方案，步骤4包括：在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

作为优选方案，反演尺度控制项为

其中，ε₂为权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

具体的，进一步改进小尺度异常体层析目标函数，在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数，如下式所示：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数，ε₁是从0到1分布的正实数，用于调节层析反演过程中的平滑力度。

调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，通过约束每次速度反演的多尺度算子来控制待反演的速度场的尺度，多尺度算子对反演尺度的控制由特征值λ₁和λ₂来给定，特征值越大，反演尺度越大，反之反演尺度越小。首先调节特征值λ₁和λ₂为大值，进行大尺度速度结构反演，再逐渐调节特征值λ₁和λ₂至小值，进行小尺度速度异常反演，经过多个尺度的反演逐步逼近真实的地下速度场，实现从低波数到高波数逐步逼近地下小尺度速度异常体，从而提高反演的稳定性。

实施例

根据本发明示例性实施例的地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法，包括：步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位H2，如图2所示；

步骤2：计算目标层位H2与期望层位H3的局部深度差；

其中，根据测井分层与地质认识线性拟合获得期望层位；

计算目标层位H2与期望层位H3的局部深度差Δz_local包含了小尺度异常体的速度异常信息，如图3所示。

步骤3：根据局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；

其中，小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数。

步骤4：基于小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量；

步骤4包括子步骤401-子步骤402：

子步骤401：在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；

子步骤402：调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量；

其中，反演尺度控制项为

其中，ε₂为权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

具体的，进一步改进小尺度异常体层析目标函数，在小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数，如下式所示：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为权重系数，ε₁是从0到1分布的正实数，用于调节层析反演过程中的平滑力度。

调节改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，通过约束每次速度反演的多尺度算子来控制待反演的速度场的尺度，多尺度算子对反演尺度的控制由特征值λ₁和λ₂来给定，特征值越大，反演尺度越大，反之反演尺度越小。首先调节特征值λ₁和λ₂为大值，进行大尺度速度结构反演，再逐渐调节特征值λ₁和λ₂至小值，进行小尺度速度异常反演，经过多个尺度的反演逐步逼近真实的地下速度场，实现从低波数到高波数逐步逼近地下小尺度速度异常体，从而提高反演的稳定性。

图4a示出了常规网格层析反演的速度模型图。图4b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的速度模型图。

如图4a和图4b所示，图4a为常规网格层析反演得到的速度模型，仅能分辨出光滑的背景速度模型，图4b为本发明反演得到的速度模型，可以看出在深度3000-4000米范围内有效恢复出高分辨率的速度异常体。在图4a-图4b，纵坐标表示深度(m)，横坐标表示地表的横向位置。

图5a示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的3000米尺度速度的反演策略效果图。图5b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的1000米尺度速度的反演策略效果图。图5c示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的500米尺度速度反演策略效果图。图5d示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的150米尺度速度反演策略效果图。

如图5a、5b、5c和5d所示，分别将反演尺度控制为3000米、1000米、500米和150米的速度模型，可以看出速度模型的细节逐步加入，体现了较好的收敛性。在图5a-图5d，纵坐标表示深度(m)，横坐标表示地表的横向位置。

图6a示出了常规网格层析反演速度的偏移成像结果图。图6b示出了根据本发明的一个实施例的一种多尺度近地表层析速度建模方法的偏移成像结果图。

如图6a和图6b所示，分别利用常规网格层析反演速度和本发明反演速度作为输入，实施地震成像后的剖面图，可以看出在箭头所示处，本发明速度的地震成像结果较常规网格层析速度的地震成像结果在地质现象上更加合理，避免了由于速度异常带来的构造假象，且速度异常体下方的成像质量整体有了较大的提升，真实的断裂***刻画的更加清晰。在图6a-图6b，纵坐标表示深度(m)，横坐标表示地表的横向位置。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模方法，其特征在于，包括：

步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；

步骤2：计算所述目标层位与期望层位的局部深度差；

步骤3：根据所述局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；

步骤4：基于所述小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量；

其中，所述小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为第一权重系数。

2.根据权利要求1所述的小尺度地质体速度建模方法，其特征在于，根据测井分层与地质认识线性拟合获得所述期望层位。

3.根据权利要求1所述的小尺度地质体速度建模方法，其特征在于，步骤4包括：

在所述小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；

调节所述改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

4.根据权利要求1所述的小尺度地质体速度建模方法，其特征在于，所述反演尺度控制项为

其中，ε₂为第二权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

5.一种地质层位约束的小尺度地质体速度建模***，其特征在于，该***包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：

步骤1：追踪小尺度异常体的目标层，确定目标层的目标层位；

步骤2：计算所述目标层位与期望层位的局部深度差；

步骤3：根据所述局部深度差，构造小尺度异常体层析目标函数；

步骤4：基于所述小尺度异常体层析目标函数，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量；

其中，所述小尺度异常体层析目标函数为：

其中，z^true为层析反演的参考成像深度，z^pick为层析反演的拾取深度，Δz_local为局部深度差，

为道集拉平项，

为添加的局部层析反演项，ε₁为第一权重系数。

6.根据权利要求5所述的小尺度地质体速度建模***，其特征在于，根据测井分层与地质认识线性拟合获得所述期望层位。

7.根据权利要求5所述的小尺度地质体速度建模***，其特征在于，步骤4包括：

在所述小尺度异常体层析目标函数中加入反演尺度控制项，获得改进后的小尺度异常体层析目标函数；

调节所述改进后的小尺度异常体层析目标函数的多尺度算子，进行多尺度反演，获得小尺度异常体速度更新量。

8.根据权利要求5所述的小尺度地质体速度建模***，其特征在于，所述反演尺度控制项为

其中，ε₂为第二权重系数，D为多尺度算子，

其中，

为散度算子，

为梯度算子，G为图像学中的结构张量算子，有如下表达式：

G＝λ₁uu^T+λ₂vv^T (3)

其中，向量u和v分别为结构张量算子沿构造法向和构造切向的特征向量，λ₁和λ₂分别是对应的特征值。

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