多源时移地震全波形反演方法研究

Time-lapse seismic analysis usually contains a series of seismic surveys which have been repeated several times at the same site to detect sub-surface changes. Time-lapse seismic analysis is widely used in the oil and gas industry to help analyze the reservoir properties during the production period of the reservoir, enhanced oil recovery and monitoring geologic carbon storage. Full waveform inversion allows us to take into account the full information contained in seismic data and has the potential to accurately estimate underground geophysical properties. Compared with conventional time-lapse seismic methods, full waveform inversion could give direct information of the underground geophysical properties changes. This indicates full waveform inversion could be a useful tool for seismic time-lapse monitoring. The aim of this study is to develop a multi-source time-lapse seismic full waveform inversion method for time-lapse seismic monitoring. In this study, we develop a suitable forwarding modeling method and generate realistic synthetic active and passive time-lapse seismic data sets. The passive seismic data sets are cross correlated to generate virtual sources which usually contain more low frequencies information. This process will extend the frequency band of the multi-source data towards the low frequency and will helpful for the success of full waveform inversion. The cross equalization matching process is applied to the time-lapse data sets to eliminate the time-lapse noise. Then the data sets were used to build a starting model for full waveform inversion. Finally a new multi-source full waveform inversion method is developed which allow us to directly invert changes in geophysical properties within a reservoir.

本项目旨在研究多源时移全波形方法，直接提供准确的速度等地层参数的时移差异，为油气储层的变化指导油气开发，增加油层采收率，天然气储藏，以及二氧化碳地质封存等方面的时移地震监测提供一种有效的新方法。常规时移地震数据处理通过对比基准测线和重复测线叠加后剖面的差异，只能为时移地震解释提供定性的信息。而全波形反演包含了地震波数据所有的波形信息，能够直接提供更加准确的地下速度等介质参数的信息用于时移地震解释。本项目将全波形反演方法引入时移地震监测中，针对主动源及被动源时移数据的特点，建立合理有效的时移地震数据的波场正演模拟方法；并应用被动源数据提供低频信息拓展数据频带，对时移地震数据进行互均衡归一化处理，使之符合全波形反演的要求，建立全波形反演的初始参数模型；最终建立主动源和被动源等不同类型的时移地震数据的全波形反演新方法。

全波形反演是近年来地球物理学界研究的一个热点项目，它一种高精度的地震成像方法，可以对地下介质速度等物性参数模型进行准确的重构。多源时移地震数据的全波形反演可以直接重构地下介质的速度等参数的变化，为时移地震监测和解释提供了另一种有效的手段，对于常规反射时移地震处理方法是一种有益的补充。本项目的研究针对时移地震数据的特殊性，分析了主动源及被动源时移数据的特点，建立了合理有效的时移地震数据多源全波形反演方法和工作流程。主要研究内容和成果包括：（1）通过主动源以及被动源时移地震数据的波场正演模拟方法，生成了符合实际的二维及三维多源时移地震数据，并使用这些模拟数据对不同的时移地震全波形方法流程进行了验算，对比了各种算法流程的优劣，选取了双差分方法作为最佳的时移地震全波形反演方法；（2）为了解决在实际的时移地震勘探中重复测量得到地震数据差异中非储层变化因素造成的差异，并为实际数据的双差分时移地震全波形反演提供支持，对时移地震全波形反演数据的预处理方法进行了探索，使用来实际数据对所提出的算法进行了验证；（3）地震数据中的低频信息是决定地震数据全波形反演方法的成功与否的一个重要因素。在实际地震勘探的复杂情况中主动源数据由于震源信号，检波器，采集成本等各方面因素制约，存在着低频信息缺失的情况。为解决这一问题，我们将被动源数据引入全波形反演，利用其丰富的低频信息，建立了以主动源和被动源联合反演的多源时移地震数据的全波形反演方法和工作流程，使用模拟时移地震数据其进行了验证；（4）同时还研究了主动源和被动源地震数据的融合方法，被动源时移地震数据的处理及成像方法和基于非单调LBFGS算法的压缩全波形反演方法。