作者简介陈立新,66年生,高级工程师,硕士;现从事地震资料处理和方法研究及软件开发工作。地址(8)北京市海淀区中关
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层析反演近地表模型静校正
陈立新 王振华
(北京华阳捷泰技术有限公司)
陈立新等.SMODEL 层析反演近地表模型静校正.天然气工业,2007,27(增刊A ):1282129.
摘 要 折射波静校正方法是解决复杂地表静校正问题的一种方法。但折射波静校正的理论是建立在具有稳定折射界面的条件下,利用拾取的折射波初至时间计算静校正量,这样折射波静校正应用有其一定的适用条件,在条件不满足的情况下很难取得理想的效果。为此,提出SMODEL 层析反演近地表模型静校正方法,该方法利用了所有的初至信息,包括直达波初至、折射波初至和反射波初至。在算法上采用小波变换与Lip schi tz 指数计算相结合的方法自动拾取初至时间,提高了初至拾取的效率、精度与抗干扰能力;采用梯度法和遗传算法相结合的方法反演近地表模型,提高了反演的收敛速度和精度。实例表明,SMODEL 层析反演近地表模型静校正方法能够很好地解决复杂地表(特别是低速带变化比较剧烈)情况下的静校正问题。 主题词 初至时间 反演 数学分析 静校正 模型
一、引 言
复杂地表造成地震资料难以正确叠加成像一直是地震资料处理中的一大难题。折射波静校正方法的提出给解决这一问题提供了可能。
折射波静校正是在假定折射界面稳定的条件下,利用拾取的折射波初至,采用相遇时距曲线等方法,求取界面速度和迟滞时间,进而求出界面深度。这样折射波静校正的应用有其局限性,在没有稳定折射层的情况下,很难取得理想的效果。对于复杂地表地区解决好静校正问题的关键是怎样准确求取近地表模型。初至时间信息包含了许多近地表介质的信息,其传播时间反映的是低速带厚度和速度以及折射层速度的信息,而其中的低速带的厚度与速度正是静校正要解决的问题。为此,笔者提出的SMODEL 层析反演近地表模型静校正方法充分利用初至信息,包括直达波初至、折射波初至和反射波初至。采用梯度法和遗传算法相结合的层析反演方法准确求取近地表模型。实际处理结果表明,
SMODE L 层析反演近地表模型静校正方法对于复杂地表,
特别是低速带厚度与速度横向变化比较剧烈情况下的复杂
地表,具有十分明显的处理效果。
二、小波奇异值法初至检测技术
初至时间的拾取是求取近地表模型的关键问题。初至波由于噪声的存在,加上复杂地表造成的初至畸变,实际处
理中初至的拾取具有一定的难度,这给初至拾取带来巨大的工作量,所以研究快速准确的自动初至拾取方法是做好层析反演近地表模型的第一步,为此笔者提出小波奇异值法初至检测技术。
数学上,某信号的奇异性可以通过Lipschitz 指数(或奇异指数)来度量,信号的奇异性是指信号(或函数)在某处有间断或某阶道数不连续。我们知道:在地震数据中奇异点
(即突变点)包含了初至信息。显然,利用地震资料中的Lip 2schitz 指数特征可用来进行初至拾取。通常用Fourier 变换
研究信号在某处奇异性情况,根据信号的Fourier 变换衰减的速度来确定Lipschitz 指数(奇异性)的大小。由于Fo urier 变换对信号的表示缺乏空间局部性,因而Fourier 变换只能确定信号奇异性的整体性质,无法确定奇异点的空间分布。而小波变换具有时频局部化特性,能够有效地分析信号的奇异性,并确定奇异点的位置与奇异性大小。因此,采用小波变换系数局部特征来分析初至到来的时间。 将Lipschitz 指数与小波变换后系数模的局部极大值联系起来,便可通过小波变换后局部极大值在不同尺度上的衰减速度来衡量信号的局部奇异性,其局部奇异性就帮助我们实现了自动初至拾取。 通过小波变换与Lip schitz 指数计算相结合的方法获得一种初至检测技术,并推广到多道情况。使得该技术不但能够高效、精确地拾取初至,而且具有很强的抗干扰能力。
三、梯度—遗传算法层析反演技术
根据初至时间求取低速带模型是层析反演近地表模型的核心问题。设t 是初至波传播时间,P (x )为低速带厚度,
v 0(x )为低速带速度,s (x )为地表高程,v 1(x )为折射层速度,h 为炮检距,x 为地面坐标,则有:
t =f {p (x ),v 0(x ),s (x ),v 1(x ),h}
式中:f 为非线性函数。
利用拾取的初至时间,上述公式的反演问题就是在已知
t 的条件下求取低速带厚度p (x),速度v 0(x)及折射层速度v 1(x )。采用梯度法和遗传法相结合的方法,以梯度法来提
高求解的收敛速度,以遗传算法保证其解的全局最优,从而获得一种快速、精确的层析反演方法。
四、应用实例
本方法已经投入生产,在平原、黄土塬、沙漠、戈壁、山前等地震资料处理中见到了非常明显的处理效果。这里给出其中的一个典型例子。
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地震资料处理解释技术 天 然 气 工 业 2007年9月
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图1是自动拾取结果,从拾取的结果看,在399～422道之间存在强噪音的背景下,自动拾取的精确度也非常高。
图1 自动初至拾取的单炮图
图2是由此反演得到的低速带顶底高程,由此可以看出低速带厚度在6m ～132m 之间,与野外调查结果一致。
图2层析反演求取的厚度模型图(上面是地表高程,下面是低速带底)
图3是经过该方法求得的静校正量进行静校正前后的
炮集,很显然,在应用该方法后,大炮初至已经拉直,炮集中的有效反射也有比较清晰的显示。图4、图5分别是应用本方法前后的叠加剖面,处理效果十分清楚。
图3 原始单炮和层析静校正后的单炮
图4 应用SMOD EL 层析反演近地表模型静校正前的叠加剖面图
图5 应用SMOD EL 层析反演近地表模型静校正量后的叠加剖面图
五、结 论
SMODE L 层析反演近地表模型静校正有以下优点。
(1)该方法利用了所有的初至信息,包括直达波、折射波和反射波的初至信息。
(2)采用小波奇异值法初至检测技术自动拾取初至时间,提高了初至拾取的效率与精度,同时具有很好的抗干扰能力。
(3)采用梯度—遗传法层析反演技术反演近地表模型,
提高了模型反演的收敛速度,确保解的唯一性。
(4)该方法能很好地解决复杂地表条件下的各种波长的静校正问题。
参 考 文 献
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第27卷 增刊A 天 然 气 工 业 地震资料处理解释技术
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