地震矢量波场有限差分数值模拟方法、设备以及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及地震勘探技术领域。该方法包括：根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗函数确定混合褶积优化窗函数；根据所述混合褶积优化窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。本发明专利技术构建一种基于最小二乘组合的混合褶积优化窗函数，利用该窗函数去截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子，再利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟，提高地震矢量波场数值模拟的精度与效率。

【技术实现步骤摘要】
地震矢量波场有限差分数值模拟方法、设备以及系统
本专利技术关于地震勘探
，特别是关于地震领域的数值模拟技术，具体的讲是一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质。
技术介绍
地震波场数值模拟是基于波动理论，通过数值计算，模拟地震波在地球介质中的传播过程。波场数值模拟是地球物理反演以及成像技术的基础，可以用地震波场数值模拟的手段在弹性参数和地震响应之间建立起一个联系，通过波场数值模拟的方式知道在已知的一个储层条件下能得到一个什么样的地震响应。相反，假设有了一个地震响应，可以应用反演算法来得到弹性参数，有了这些弹性参数，可以对反演结果做一个基于岩石物理模型的解释，得到相应的储层参数。微分方程法基于连续介质微分体积元弹性动力学原理，常用的微分方程法包括有限差分和有限元法，是地震波场数值模拟的一个重要工具和方法。因此，有了精度和效率更高的有限差分算法，就可以获得精度更高的地震波场数值模拟结果，更好的服务于成像和反演的需要。有限差分算法就是用差分算子近似微分算子，这种近似势必会导致引入数值频散，也就是误差。针对数值频散，现行主流有两种方法去优化有限差分算法，提高算法精度，其一是最优化方法，其二是窗函数法。两种方法的本质都是以期获得最大谱覆盖范围的前提下，降低误差限，只是最优化方法是通过搜索最优解提高算法精度，窗函数法是通过交互设计最优解，以提高算法精度。近年来，国内外地球物理学界针对有限差分算法的优化以提高地震波场数值模拟的精度，做了许多研究工作，取得了较好的效果。应用最优化方法计算得到优化的有限差分系数，实际上是一个多参数优化的问题，目前被广泛使用优化有限差分算子的最优化方法有最小二乘法，模拟退火法以及Remez算法等，针对不同的优化方法，需要使用不同的目标函数。通过诸如最小二乘法、Remez算法去搜索解空间内的最优解，以满足误差限的要求，通常面临收敛慢，收敛不到全局最优解或者不收敛的问题。优选窗函数法采用不同的窗函数去截断伪谱法的空间褶积序列推导出优化的有限差分算子。因此，如何提供一种新的有限差分算法，将其应用于地震矢量波场数值模拟，以实现地震矢量波场的高精度高效率的数值模拟是本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，首先对多种窗函数进行混合褶积，其次是对混合褶积之后的多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行基于最小二乘方法的优化组合，得到一种基于最小二乘组合的混合褶积优化窗函数，最后利用该窗函数去截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子，再利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟，提高了地震矢量波场数值模拟的精度与效率。本专利技术的目的之一是，提供一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法，包括：根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗确定混合褶积优化窗函数；根据所述混合褶积优化窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。优选的，所述根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗确定混合褶积优化窗函数包括：选取多种窗函数；对多种不同参数的窗函数进行混合褶积，得到多个混合褶积窗函数；对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行优化组合，得到混合褶积优化窗函数。优选的，所述窗函数为余弦组合窗和/或矩形窗和/或凯泽窗和/或切比雪夫窗和/或高斯窗。优选的，所述选取多种窗函数包括根据窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能选取窗函数。优选的，对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行优化组合，得到混合褶积优化窗函数包括：对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行基于最小二乘方法的优化组合，误差限为通带波纹和阻带波纹，得到混合褶积优化窗函数。本专利技术的目的之一是，提供一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统，包括：混合褶积优化窗函数构建模块，用于根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗确定混合褶积优化窗函数；截断优化模块，用于根据所述混合褶积优化窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子；地震矢量波场模拟模块，用于根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。优选的，所述混合褶积优化窗函数构建模块包括：窗函数选取模块，用于选取多种窗函数；混合褶积模块，用于对多种不同参数的窗函数进行混合褶积，得到多个混合褶积窗函数；优化组合模块，用于对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行优化组合，得到混合褶积优化窗函数。优选的，所述窗函数为余弦组合窗和/或矩形窗和/或凯泽窗和/或切比雪夫窗和/或高斯窗。优选的，所述窗函数选取模块包括窗函数获取模块，用于根据窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能选取窗函数优选的，所述优化组合模块包括：最小二乘法优化组合模块，用于对多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行基于最小二乘方法的优化组合，误差限为通带波纹和阻带波纹，得到混合褶积优化窗函数。本专利技术的目的之一是，提供一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法。本专利技术的目的之一是，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法。本专利技术的有益效果在于，提供了一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，首先对多种窗函数进行混合褶积，其次是对混合褶积之后的多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行基于最小二乘方法的优化组合，得到一种基于最小二乘组合的混合褶积优化窗函数，最后利用该窗函数去截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子，再利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟，提高了地震矢量波场数值模拟的精度与效率。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统中混合褶积优化窗函数构建模块的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统中窗函数选取模块的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统中优化组合模块的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法的流程图；图6为图5中的步骤S101的具体流程图；图7为基于最小二乘优化的混合褶积窗函数优化的常规网格1阶导数的频散曲线示意图；图8为放大1000倍后的精度误差曲线示意图；图9为本专利技术提供的具体实施例中常规交错网格有限差分算子(采用8阶算子)脉冲响应的波场示意图；图10为本专利技术提供的具体实施例中常规交错网格有限差分算子(采用12阶算子)脉冲响应的波场示意图；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗函数确定混合褶积优化窗函数；根据所述混合褶积优化窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。

【技术特征摘要】
1.一种地震矢量波场有限差分数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗函数确定混合褶积优化窗函数；根据所述混合褶积优化窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗函数确定混合褶积优化窗函数包括：选取多种窗函数；对多种不同参数的窗函数进行混合褶积，得到多个混合褶积窗函数；对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行优化组合，得到混合褶积优化窗函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述窗函数为余弦组合窗和/或矩形窗和/或凯泽窗和/或切比雪夫窗和/或高斯窗。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选取多种窗函数包括根据窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能选取窗函数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行优化组合，得到混合褶积优化窗函数包括：对所述多个混合褶积窗函数以及余弦组合窗函数进行基于最小二乘方法的优化组合，误差限为通带波纹和阻带波纹，得到混合褶积优化窗函数。6.一种地震矢量波场有限差分数值模拟系统，其特征在于，所述系统包括：混合褶积优化窗函数构建模块，用于根据多种不同参数的窗函数以及余弦组合窗函数确定混合褶积优化窗函数；截断优化模块，用于根据所述混合褶积优化窗函数截断...

【专利技术属性】
技术研发人员：王之洋，白文磊，俞度立，冯海新，刘洪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11