深度偏移地震数据特征剖析与深度域直接反演方法研究

At present, pre-stack depth migration has become a conventional method in seismic data processing, but the corresponding inversion method in depth domain has not been formed. The reason mostly lies in the fact that there is a problem in the matching between depth migration data and logging data, and the physical significance of the depth migrated seismic data is still not very clear. Due to the change of stratum velocity in different position, seismic wavelet is correspondingly changing with the velocity. The convolution relation in time domain is no longer valid in depth domain, and the current inversion method is also invalid. So, aiming at the use of imaging data in the depth domain with errors, and starting from the theory of spherical waves, we will analyze the formation process and wave field characteristics of the depth migration data, explain the evolution of the ‘wavelet’ from time domain records to depth domain imaging result, and clarify the error sources of the migrated depth data. On this basis, we will study the analytical calculation method for depth seismic wave field with depth velocity model as input, develop methods for high precision seismic-logging matching, and do synthetic records and seismic-logging calibration. Based on the theoretical study and model tests, direct inversion methods for seismic impedance with logging constraints will be developed in depth domain. The results of this project will provide a powerful theoretical support and technical tools for depth data interpretation and reservoir prediction.

目前叠前深度偏移技术已成为地震勘探资料处理的常规手段，但对应的深度域反演方法却尚未形成。原因在于实际的深度偏移资料与测井资料在匹配上存在问题，深度域地震数据的属性物理意义尚不明确。由于地层速度随深度变化，地震子波不具有深度上的不变性，原有的时间域褶积关系不再成立，相应的反演方法也随之失效。为此，本项目面向存在误差的深度域成像数据，从点源条件下的地震波传播理论出发，剖析深度偏移地震数据的形成过程与波场特征，阐述地震子波从时间域反射记录到深度域成像过程中的演化过程，理清深度偏移地震反射的误差来源。研究以深度域速度模型为输入的深度域地震波场的解析计算方法，开发面向深度域资料的高精度井震匹配方法，进行合成记录的制作和井震标定。在理论研究和模型试算的基础上，开展测井引导下的深度域地震波阻抗直接反演方法研究。本课题研究成果，将为深度偏移地震数据解释和储层预测提供有力的理论支撑和技术手段。

针对深度域“子波”不具备线性深不变性质，褶积关系不成立的问题，本项目将“深-时-深”转换过程统筹起来，推导了基于时间域震源函数和深度域模型的深度域合成地震记录解析式，并据此在广义线性反演框架下推导了深度域Jacobian矩阵，形成了深度域地震宽带约束广义线性反演方法。本项目按预期计划开展了全部研究内容，取得了多项成果：(1) 厘清了深度偏移成像数据的物理内涵，探究了深度域地震波场的形成机制，分析了不同域不同偏移方法的波场特征；(2) 基于广义绕射叠加地震偏移理论推导了黏弹性介质中的成像分辨率公式，分析了黏弹性对地震波传播与成像的影响，并以散射体介质模型为例进行了数值验证；(3) 提出了基于时间域地震子波和深度域模型的深度域合成地震记录解析计算方法，该方法避免了深时深来回转换过程中的误差累积，计算效率高，合成记录精度高；(4) 基于时间域井震匹配理论，提出了基于DTW算法的深度域井震匹配方法、最小二乘匹配滤波深度域井震匹配方法、插值法深度域井震匹配方法，并对比分析了这三种深度域高精度井震匹配方法的适用范围；(5) 基于深度域直接合成地震记录解析计算方法，在广义线性反演框架下推导了叠后与叠前深度域Jacobian矩阵，采用宽带约束反演方法实现叠后与叠前深度域直接反演，该方法反演结果精度高，且计算效率较高；(6) 将自适应边缘保持平滑滤波过程加入到深度域地震数据直接反演方法中，在有效压制噪声的同时也能保持地震数据体中的地质边缘，反演结果地层边界划分更清晰，分辨率更高。.创新点主要表现在：(1) 明确了深度域地震数据的形成机理，定量分析深度域地震成像分辨率；(2) 实现了深度域井震匹配方法，提高了深度域井震匹配的精度；(3) 提出了叠后与叠前深度域直接反演方法，并引入自适应边缘保持平滑滤波改善其抗噪性。