[发明专利]基于蒙特卡洛反向投影的波束反演

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于地震成像和地球建模的方法和系统，并且更具体地涉及最小化周期跳跃(cycle-skipping)和与相干噪声的假对齐的影响的方法，所述影响降低先前公开的行程时间反射层析成像方法的性能。

背景技术

例如美国专利申请序列号12/606861(“所述′861申请”)中所描述的波束层析成像利用地震图像通过发现改善波束对齐的速度修正来改善对地震速度的估计。所述′861申请描述的波束层析成像方法包括确定速度模型修正的步骤，所述速度模型修正改善了由局部操纵记录的数据而形成的波束与由使用当前速度模型和当前图像对所述记录的波束建模而形成的波束之间的匹配。因此，速度模型更新可以通过最小化记录的数据与由前向建模计算形成的合成数据之间的差异来获得。

所述′861申请描述了所谓的最大相关移位法(MCS)，所述MCS包括将数据和建模的波束互相关以确定数据和建模的波束对之间的定量匹配的步骤。所述波束对中的每一对均对应于穿过地球的单条射线路径。完整的射线路径具有始于震源的一段和终于接收器的另一段。所述波束是沿着它们关联的射线路径的行程时间的函数。成一对的两条波束在行程时间移位的范围内是互相关的。最大化每个波束对的互相关的时移将被获得并用作所述层析成像的数据值。为多条射线路径完成基于互相关的匹配，对当前应用通常是10⁷的数量级。

接下来，沿每条射线路径的速度必须被改变以符合所述数据与建模的波束之间测得的时移。每条射线路径和对应的时移生成方程，所述方程将沿所述射线路径的所述速度改变与测得的行程时间移位线性联系起来。对于波束层析成像的MCS实施方法而言，这一大的稀疏方程组通过大的稀疏矩阵的迭代再加权的最小二乘反演来求解。用于MSC方法的输入数据是带有单个移位值的对齐移位，所述单个移位值代表每个建模的波束和数据波束对的恰当对齐。MCS实施方式的成功依赖于互相关提供波束对之间的未对齐的良好测量。不幸的是，使得所述互相关歪曲正确对齐的周期跳跃可降低所述测量的质量。

在某种程度上，周期跳跃可以通过驱使再加权的最小二乘解符合L1范数来容忍，这更好地处理了由周期跳跃导致的异常数据。然而，所述再加权过程仅能处理很小程度的周期跳跃，这意味着所述数据必须具有低级别的噪声。

图1(A)和1(B)示出了周期跳跃问题的一个例子。图1(A)和1(B)示出了多个建模的波束和数据波束对：深色轨迹是通过局部倾斜堆叠记录的数据而计算出的波束，而浅色轨迹是通过使用描述地下速度结构的地球模型和描述地下反射体的地震图像对计算建模而计算的。浅色和深色轨迹被成对示出，以使得每对波束都对应于穿过地球的一条射线路径。图1(A)示出了未对齐的轨迹，而图1(B)示出了对齐后的轨迹。注意，穿过图1(A)和1(B)中部的水平线是对应于射线轨迹到达时间的时间线。

参考图1(A)，每对波束的两条轨迹均有由地球模型和图像中的误差引起的一定量的未对齐。大多数轨迹的恰当对齐是明确清晰的并且可通过寻找互相关最大值来容易地测量。在图1(B)中，通过对轨迹移位以获得浅色与深色轨迹之间的最大互相关来对齐所述轨迹。图1(B)顶部的线条(“移位”)示出了最大化所述互相关所需的时移。然而，注意图1(B)中部附近的中间偏移(mid offsets)。在这里，使用时移的快速变化来对齐轨迹。这些快速变化由周期跳跃引起，因此最大互相关对齐不同于基于波形的一个或多个周期的正确对齐。因此，只从数据中并不清楚互相关函数中的哪个局部最大值对应于正确对齐。由于噪声或数值近似，全局最大值可能并不正确。

此外，在数据包含由如图2(A)中的多个反射引起的强相干噪声的情形中，轨迹可被移位以形成图2(B)中心附近所示的明显对齐好的事件。然而，互相关最大值可能并不对应于恰当的轨迹对齐。虽然图2(B)中部附近看起来具有令人信服的事件的对齐，但图表顶部绘出的时移的极端不规则暗示存在由相干噪声引起的假对齐。

因此，先前公开的MCS方法存在的问题是：测量波束对的波束之间的时移的步骤独立于用于地球模型中的速度修正的反演的步骤。只通过寻找最大互相关而执行的对齐倾向于周期跳跃，因为没有区别基于移位是否对应于速度的合理改变，和基于此移位是否与其他波束对之间测得的移位一致。测得的移位是固定的并随后用在速度的线性反演中。所述线性反演没有对修正由周期跳跃引起的异常测量或对丢弃与相干噪声假对齐的移位做出规定。

因此，需要出现一种较少受到周期跳跃和与相干噪声的假对齐影响的行程时间反射层析成像方法。

发明内容