本发明专利技术提供了一种基于全变差最小化约束的地震反射系数反演方法。对叠后地震数据采用逐道逐时窗反演。对于单个时窗，首先对时窗内的叠后地震数据和事先提取的地震子波进行傅立叶变换，然后得到反射系数的频域表达式，再对时域反射系数进行傅里叶变换，在反射系数奇偶分解的基础上提取其实部和虚部，构建相应的求解方程，在传统共轭梯度算法基础上采取最小全变差约束进行方程求解，得到奇、偶反射系数并重构得到时窗内的原始反射系数；所有时窗依次进行反演，得到单道地震记录的反射系数。对所有地震道依次进行反演，得到每道地震记录的反射系数。本发明专利技术的方法可以有效地反演地震反射系数，利于提高地震数据分辨率和提高储层预测精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地震油气勘探
，具体为一种基于全变差最小化约束共轭梯度算法的地震反射系数反演方法。
技术介绍
作为地震油气勘探中的重要步骤和环节，地震储层预测一直在油气勘探中扮演着不可或缺的角色。随着岩性油气藏勘探开发的不断深入，对小于地震波长四分之一的薄储层(薄层)预测问题日益突出。模型反演，稀疏脉冲反演等常规地震反演方法对薄储层识别能力有限，直接影响到后续的油气藏评价和井位设计。地震反射系数反演是在频率域实施的，可获得高分辨率的时间域反射系数信息，实现对小于调谐厚度的薄储层进行有效识别，以达到提高地震数据分辨率和提高储层预测精度的目的。地震反射系数反演是用有限的频域信息得到全域频域信息，是一个欠定反演问题，传统共轭梯度方法求解欠定问题效率低且易受异常值影响，会导致反演结果背离实际地层特性，与地震剖面匹配较差等不利后果，不能正确的反应出真实的地层信息。目前应用于地震反射系数估计的反演算法包括：CharlesI.Puryear和JohnP.Castagna采用的最小二乘共轭梯度法。其基本思想是把共轭性与最小二乘方法相结合，利用已知点处的梯度构造一组共轭方向，并沿这组方向进行搜素，求出目标函数的极小点。RuiZhang和JohnP.Castagna采用的基追踪算法。它采用反射系数的范数作为稀疏性的度量，通过最小化L1范数将反射系数稀疏表示问题定义为一类有约束的极值问题，进而转化为线性规划问题进行求解。<br>袁三一和王尚旭等采用的粒子群算法和列文伯格-马夸尔特法的联合算法。其首先采用粒子群算法进行全局寻优，来反演出地层反射系数位置，然后采用列文伯格-马夸尔特法算法来精准地求取反射系数的数值大小。粒子群算法和列文伯格-马夸尔特法算法相联合，反演结果更精确，收敛性更快。秦德文等采用的基于随机搜索的蒙特卡罗算法。它是以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法。将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。蒙特卡罗方法有很强的适应性，该方法的收敛性是指概率意义下的收敛，因此问题维数的增加不会影响它的收敛速度。KelynPaola和GermánOjeda采用的模拟退火算法和遗传算法。模拟退火算法从某一较高初温出发，伴随温度参数的不断下降，结合概率突跳特性在解空间中随机寻找目标函数的全局最优解。而遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。应用于反射系数估计问题时，遗传算法效果比模拟退火算法稍好。柴新涛，李振春等采用的最小二乘QR分解算法。它是利用Lanezos方法求解最小二乘问题的一种投影法。由于在求解过程中用到QR因子分解，在对数据误差传递的压制和求解收敛效率上具有明显的优越性。总体来讲，这些算法都可以不同程度的解决反射系数的反演问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于解决现有技术中存在的反射系数反演效率低和易受异常值影响的问题，提供一种基于全变差最小化约束的共轭梯度地震反射系数反演方法。该方法利用地层连续性约束，在频率域提升共轭梯度反演的准确性和效率。通过全变差最小化约束增加对反射系数的识别能力，抑制共轭梯度方法易受到数据变化扰动以及反演结果地层跳变的问题，获得高分辨率的时间域反射系数，提升地震数据的分辨率，提高对小于调谐厚度的薄储层反射系数识别能力。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于全变差最小化约束的地震反射系数反演方法。所述反演方法包括以下步骤：A、从叠后地震数据S中提取地震子波w并进行傅立叶变换得到地震子波w的频域表示W(f)，其中：W(f)＝FFT(w)(1)B、从所述叠后地震数据S中取一个地震道的一个时窗内的地震数据s进行傅立叶变换，得到地震数据s的频域表示S(f)，其中：S(f)＝FFT(s)(2)C、根据地震数据形成原理由所述地震数据s的频域表示S(f)和所述地震子波w的频域表示W(f)得到反射系数的频域表示R(f)，其中：R(f)＝S(f)/W(f)(3)D、以所述时窗中心为分析点，对所述时窗内的地震数据s的时域反射系数进行傅立叶变换，得到反射系数的频域表达R(f)＇，其中：R(f)′=Σi=1N2[riej2πfTi2+rN-i+1e-j2πfTi2]---(4)]]>在等式(4)中，N为由点数表示的分析数据长度，Ti代表反射系数对之间的时间间隔，j为虚数单位。E、在所述步骤C得到的反射系数的频域表示R(f)和所述步骤D得到的反射系数的频域表达R(f)＇相等的基础上，根据反射系数奇偶分解原理构建所述时窗内反射系数反演的目标函数方程。F、利用共轭梯度算法求解所述目标函数方程以得到所述时窗内反射系数的奇分量和偶分量，并重构出所述时窗内的反射系数，其中，在每次迭代过程中对共轭梯度算法所求得的解进行全变差最小化约束，同时将经全变差最小约束之后的解作为下一次迭代计算的初始解。G、在所述地震道上按步长step滑动所述时窗，得到下一个时窗的地震数据，重复步骤B至F，直到所述时窗遍历所述地震道的地震数据，完成所述地震道的反演，得到所述地震道的反射系数。H、取下一地震道的地震数据并按照步骤B到G进行处理，直到得到每一个地震道的反射系数。根据本专利技术的基于全变差最小化约束的地震反射系数反演方法的一个实施例，所述步骤E包括：用欧拉公式将所述步骤D得到反射系数的频域表达R(f)＇中的指数项展开，得到等式(5)：R(f)′=Σi=1N2[(ri+rN-i+1)cosπfTi+(ri-rN-i+1)jsinπfTi]---(5)]]>根据奇偶分解原理，等式(5)中实部是反射系数对ri与rN-i+1的偶分量，用re(i,N-i+1)来表示，虚部是反射系数对ri与rN-i+1的奇分量，用ro(i,N-i+1)来表示，得到等式(6)：R(f)′=Σi=1N2[2re(i,N-i+1)cosπfTi+2ro(i,N-i+1)jsinπfTi]---(6)]]>将所述等式(3)分析点移至时窗中点，并结合等式(6)建立目标函数方程，得到等式(7)：O(re,ro,T,t)=∫flowfhightαe{Re&ls本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于全变差最小化约束的地震反射系数反演方法，其特征在于，所述反演方法包括以下步骤：A、从叠后地震数据S中提取地震子波w并进行傅立叶变换得到地震子波w的频域表示W(f)，其中，W(f)＝FFT(w) (1)B、从所述叠后地震数据S中取一个地震道的一个时窗内的地震数据s进行傅立叶变换，得到地震数据s的频域表示S(f)，其中，S(f)＝FFT(s) (2)C、根据地震数据形成原理由所述地震数据s的频域表示S(f)和所述地震子波w的频域表示W(f)得到反射系数的频域表示R(f)，其中，R(f)＝S(f)/W(f) (3)D、以所述时窗中心为分析点，对所述时窗内的地震数据s的时域反射系数进行傅立叶变换，得到反射系数的频域表达R(f)＇，其中，R(f)′=Σi=1N2[riej2πfTi2+rN-i+1e-j2πfTi2]---(4)]]>在等式(4)中，N为由点数表示的分析数据长度，Ti代表反射系数对之间的时间间隔，j为虚数单位；E、在所述步骤C得到的反射系数的频域表示R(f)和所述步骤D得到的反射系数的频域表达R(f)＇相等的基础上，根据反射系数奇偶分解原理构建所述时窗内反射系数反演的目标函数方程；F、利用共轭梯度算法求解所述目标函数方程以得到所述时窗内反射系数的奇分量和偶分量，并重构出所述时窗内的反射系数，其中，在每次迭代过程中对共轭梯度算法所求得的解进行全变差最小化约束，同时将经全变差最小约束之后的解作为下一次迭代计算的初始解；G、在所述地震道上按步长step滑动所述时窗，得到下一个时窗的地震数据，重复步骤B至F，直到所述时窗遍历所述地震道的地震数据，完成所述地震道的反演，得到所述地震道的反射系数；H、取下一地震道的地震数据并按照步骤B到G进行处理，直到得到每一个地震道的反射系数。...
【技术特征摘要】
1.一种基于全变差最小化约束的地震反射系数反演方法，其特征在于，所述反演方法
包括以下步骤：
A、从叠后地震数据S中提取地震子波w并进行傅立叶变换得到地震子波w的频域表示W
(f)，其中，
W(f)＝FFT(w)(1)
B、从所述叠后地震数据S中取一个地震道的一个时窗内的地震数据s进行傅立叶变换，
得到地震数据s的频域表示S(f)，其中，
S(f)＝FFT(s)(2)
C、根据地震数据形成原理由所述地震数据s的频域表示S(f)和所述地震子波w的频域
表示W(f)得到反射系数的频域表示R(f)，其中，
R(f)＝S(f)/W(f)(3)
D、以所述时窗中心为分析点，对所述时窗内的地震数据s的时域反射系数进行傅立叶
变换，得到反射系数的频域表达R(f)＇，其中，
R(f)′=Σi=1N2[riej2πfTi2+rN-i+1e-j2πfTi2]---(4)]]>在等式(4)中，N为由点数表示的分析数据长度，Ti代表反射系数对之间的时间间隔，j为
虚数单位；
E、在所述步骤C得到的反射系数的频域表示R(f)和所述步骤D得到的反射系数的频域
表达R(f)＇相等的基础上，根据反射系数奇偶分解原理构建所述时窗内反射系数反演的目
标函数方程；
F、利用共轭梯度算法求解所述目标函数方程以得到所述时窗内反射系数的奇分量和
偶分量，并重构出所述时窗内的反射系数，其中，在每次迭代过程中对共轭梯度算法所求得
的解进行全变差最小化约束，同时将经全变差最小约束之后的解作为下一次迭代计算的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴秋波，张洞君，邹文，黄东山，王欣，刘开元，周晶晶，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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