发明内容

本发明的目的是提供一种基于反射结构导引的反射波层析速度反演方法，该方法能够适用于复杂的地震数据，能够有效的筛选特征反射波数据，并基于特征反射波数据进行层析速度反演，有效地更新背景速度模型。为解决在实际数据中，由于地震数据复杂，信噪比低，导致反射波的波动理论层析速度反演不收敛问题。首先基于成像剖面提取特征反射结构，然后基于特征反射结构生成观测的特征反射波和模拟的特征反射波，基于特征反射波进行走时差异测量，可以稳健地提取走时差异，更新速度模型，从而为反射波层析速度反演实用化提供一种新方法。

第一方面，

本发明提供了一种反射结构导引的反射波层析反演方法，包括以下步骤：

S1输入观测的叠前地震数据；

进行偏移成像，生成成像道集；

对成像道集拉平校正，叠加生成聚焦的剖面，并提取特征结构；

S2:基于特征结果和成像道集提取特征成像道集，并基于特征成像道集反偏

移，获得观测的特征反射波数据；

S3:在迭代过程中，对观测的叠前地震数据进行偏移，生成成像剖面；

基于成像剖面提取特征结构，并进行反偏移，获得模拟的特征反射波数据；

S4：采用互相关方法计算特征反射波的走时差异，并构建对应的伴随源；

S5：计算特征反射波层析反演的梯度；

S6：对梯度进行后处理，并采用结构约束的正则化更新速度模型；

S7：循环S3-S6过程，更新速度模型，当达到终止条件转到过程8；

S8：循环S1-S7过程，更新输入的观测的特征反射波数据，基于更新的观测的特征反射波数据更新速度模型，直到满足终止条件。

在上述方法中，对本发明内容进一步限定：

首先输入叠前的观测地震数据，观测的地震数据可认为由以下的波动方程生成，

d_obs(x_s,x_g,t)＝R(u(x,t))

(18)

其中A是波场方程正演算子，f(t)为震源，u(x,t)为波场方程正演的地下波场， x＝{x,y,z}为地下的空间点坐标；v为地下空间点的速度场，R(·)为地表采样算子，x_s＝{s_x,s_y}为炮点坐标，x_g＝{g_x,g_y}，t是时间，d_obs为观测的叠前地震数据；

对观测的地震数据进行叠前深度偏移成像，生成成像道集。该过程可以表示为：

I(x,h)＝A^Td_obs (19)

其中，I(x,h)为生成的成像道集，h为扩展出的维度，若生成偏移距道集，则h

代表了地下的偏移距，若生成角度域共成像点道集，h代表了地下的反射张角的大小，A^T是伴随算子，表示偏移过程，以逆时偏移为例，成像过程可以表示为：

其中，u_f(x,t)为在初始速度模型中正演的地下波场快照。在生成的成像道集中，由于速度不准确，导致成像道集是不平的。我们对成像道集进行拉平校正，然后叠加生成成像剖面：

其中，I_cor(x,h)为拉平的成像道集；基本该叠加剖面，提取特征反射结构，该过程表示为：

S(x)＝f[I_cor(x)] (22)

其中，S(x)为特征反射结构，f[·]为结构提取过程；

基于提取的特征反射结构S(x)和成像道集I(x,h)，提取特征道集，该过程可以表示为：

S(x,h)＝f[I(x,h)|S(x)] (23)

基于该特征成像道集，在初始速度模型的基础上进行反偏移获得观测的特征

反射波数据

在步骤2中，输入步骤S1计算的观测的特征反射波，在每次迭代过程中，提取模拟的特征反射波，假设当初的迭代次数为k，当前迭代的速度模型为v_k，基于当前的速度模型进行偏移，获得的偏移结果为I_k(x)，提取对应的特征反射结构为S_k(x)；基于特征反射结构进行反偏移，由此产生的模拟的特征反射波为：

基于步骤S1和步骤S2提取的特征反射波数据，选择特征反射波中反射波进行反演，选取的反射波原则是由主到次，反射波具有稀疏性，优先选择大套的沉积层对应的反射波，然后依次加入到反演中；

在反射波走时层析中，需要测量特征反射波拾取之后的观测数据和模拟数据的走时差异。提取走时的差异可通过局部的互相关获取，采用互相关误差泛函，则有：

反射波的走时残差Δt为使得互相关函数在局部的范围内取得极大值的时移量τ，即：

其中，T₁,T₂为局部的时间范围。获得走时残差之后，对应单个震相的伴随震源 y(i,x_s,x_g,t)，表示为：

基于步骤S3计算的伴随源，计算特征反射波层析反演的梯度，梯度有两部分组成，一部分是震源端的背景波场与反传的伴随一次反射波场的互相关，一部分是震源端的一次反射波场与反传的伴随背景波场的互相关：

其中p_s(x,t)和p(x,t)分别为背景模型中逆时传播的背景伴随场和一次反射伴随场,u₀(x,t)和u_s(x,t)分别为震源端的背景波场和一次反射波场。

在步骤S6中，基于步骤S5获得的梯度，施加结构有关的正则化，对梯度进行后处理，

背景速度模型更新采用梯度类的迭代算法表示为：

其中，α_k为迭代步长，P为预条件或正则化算子。

当采用的特征反射满足上述条件之后，重复1-7过程，重新更新输入的观测的特征反射波数据，继续反演，直到获得高精度的速度模型。

所述终止条件为满足迭代次数要求或误差下降要求。

第二方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

与现有技术的有益效果是

第一、通过成像道集域的偏移-反偏移筛选观测的特征反射波数据，提取特征成像道集，然后基于特征成像道集进行反偏移，可以获得期望的特征反射波数据，能够获得和原始的观测的地震记录一样的走时信息，因此可以用于后续的速度更新之中。

另外，通过偏移与反偏移，构建特征观测数据，还可以消除噪音与子波不一致性、观测系统不规则的影响。

第二、提取特征结构信息，筛选反射轴，选择伴随源的灵活性；在反演过程中，依次加入有效信息，实现稳定的速度更新。

第三、该方法没有周期跳跃问题，对初始模型的依赖程度较低。梯度质量高，能够适用复杂情况。

第四、在速度更新中加入了结构约束，可以使得反演的速度模型更具有地质意义，获得更可靠的结果。

第五、该方法具有非常广泛的应用价值。无论是海上的实际资料还是陆上的实际资料，都存在信噪比低，噪音强的，有效反射轴不容识别等问题，针对这些数据，均可采用本方法获得较好的反演结果，因此具有广泛的应用前景，可以为反射波层析速度反演实用化提供了新方法。