基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于L‑BFGS算法的最小二乘偏移成像方法及装置，方法包括：根据目标勘探区的声波速度模型和声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到初始成像结果；根据初始成像结果计算目标勘探区的合成地震记录和原始观测记录的记录残差；根据记录残差计算目标泛函关于初始成像结果的梯度；根据初始成像结果和目标泛函关于初始成像结果的梯度，通过L‑BFGS算法得到第二成像结果；判断记录残差和L‑BFGS算法的计算次数是否满足预设终止条件。本发明专利技术通过引入L‑BFGS的最优化求解方法，避免了在非线性最优化问题求解的过程中寻优过程陷入局部最优，使得对在非线性优化方面的寻优过程更加稳健。

Least square migration imaging method and device based on l-bfgs algorithm

【技术实现步骤摘要】
基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法及装置
本专利技术涉及地球物理勘探
，具体涉及一种基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法及装置。
技术介绍
目前随着地震勘探需求的提高，地下构造成像精度也相应的有了更高的要求。现有传统的逆时偏移技术能够对地下复杂构造进行相对精确的成像，但其仍然无法满足复杂油气藏高保真的成像要求。现有技术中最小二乘逆时偏移成像技术是经常被使用的技术，其是基于反演理论的，主要通过建立反射系数和地震记录函数关系，对成像结果不断迭代，从而使得基于成像结果的反偏移的合成记录与实际地震记录残差逐步减小，来提高成像精度。这种基于反演和最优化思想的成像技术，能够使得成像结果分辨率更高、偏移噪声更少且保幅性更好。最小二乘偏移成像技术的关键问题就是寻求由成像结果的反偏移的合成记录与实际地震记录构建的目标泛函最小化的最优解，因此可以将最小二乘逆时偏移成像技术的问题简化的看作是一个最优化问题。而目前非线性最优化问题求解的常见方法主要有以下几种：最速下降法、共轭梯度法、预条件共轭梯度法、高斯牛顿法，拟牛顿法、全牛顿法等。其中，最速下降法和共轭梯度法是最优化方法中最常用的方法，且梯度类方法有着算法简便存储量相对较小的优势，但该种方法在实际求解过程中收敛速度较慢，而且容易陷入局部最小值，此时无法进行全局寻优。针对非线性最优化问题求解常见方法存在的以上问题，现如今亟需一种有着更快的收敛速度，在非线性优化方面表现出比梯度法收敛更快且稳健的成像方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的地震勘探中的成像技术成像精度不够，在成像过程中的非线性最优化问题求解方法中仍然存在收敛速度较慢，无法获得最优的成像结果。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法，包括：初始成像结果获取步骤，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到初始成像结果；记录残差计算步骤，根据所述初始成像结果得到所述目标勘探区的合成地震记录，并计算所述合成地震记录与原始观测记录的记录残差；梯度计算步骤，根据所述记录残差计算目标泛函关于初始成像结果的梯度；第二成像结果获取步骤，根据所述初始成像结果和所述目标泛函关于初始成像结果的梯度，通过L-BFGS算法得到第二成像结果；判断步骤，判断所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数是否满足预设终止条件，若所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数满足预设终止条件，则保存所述第二成像结果；否则，将所述第二成像结果作为新的初始成像结果，重复执行所述初始成像结果获取步骤、记录残差计算步骤、梯度计算步骤、第二成像结果获取步骤和判断步骤。优选的是，所述初始成像结果获取步骤包括：根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在逆时偏移成像过程中进行拉普拉斯滤波补偿，得到所述初始成像结果。优选的是，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在逆时偏移成像过程中进行拉普拉斯滤波补偿，得到初始成像结果步骤包括：对所述共炮点记录进行傅里叶变换；对进行傅里叶变换后的共炮点记录的频率域数据进行相位补偿；对频率域数据进行相位补偿后的共炮点记录进行反傅里叶变换，并将反傅里叶变换的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到并将逆时偏移成像结果作为所述初始成像结果。优选的是，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在逆时偏移成像过程中进行拉普拉斯滤波补偿，得到初始成像结果步骤包括：对所述共炮点记录进行傅里叶变换；对进行傅里叶变换后的共炮点记录的频率域数据进行相位补偿；对频率域数据进行相位补偿后的共炮点记录进行反傅里叶变换，并将反傅里叶变换的共炮点记录进行逆时偏移成像；对所述逆时偏移成像结果进行拉普拉斯算子去噪；对去噪后的逆时偏移成像结果进行速度补偿，得到并将速度补偿结果作为所述初始成像结果。优选的是，所述记录残差步骤包括：将所述初始成像结果进行反偏移计算，得到所述目标勘探区的合成地震记录；计算所述目标勘探区的所述合成地震记录和原始观测记录的记录残差。优选的是，所述梯度步骤包括：基于反演理论，根据所述记录残差计算目标泛函关于初始成像结果的梯度。优选的是，所述L-BFGS算法包括：xk+1＝xk+αksk其中，xk表示初始成像结果，xk+1表示第二成像结果，为像的更新量，为Hessian矩阵，为所述目标泛函关于初始成像结果的梯度，αk为步长。优选的是，所述预设终止条件包括：满足预设条件中的至少一条。优选的是，所述预设条件包括：第一预设条件：所述L-BFGS算法的计算次数大于等于预设次数；第二预设条件：所述记录残差小于预设残差。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法中的所有步骤。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：应用本专利技术实施例提供的基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法，通过引入L-BFGS的最优化求解方法，避免了在非线性最优化问题求解的过程中寻优过程陷入局部最优，使得对在非线性优化方面的寻优过程更加稳健，并加快了最小二乘偏移过程中的反演收敛速度，为最小二乘逆时偏移精确成像提供强有力的技术支撑。同时本专利技术基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法也不需要显式形成Hessian及其逆矩阵，相比于现有的梯度法本专利技术具有收敛快且稳健的优势，能够在少量迭代的情况获得最优的成像结果。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例一基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法的步骤流程图；图2为本专利技术实施例一中目标勘探区的声波速度模型示意图；图3为本专利技术实施例一中目标勘探区的声波速度模型的共炮点记录示意图；图4为本专利技术实施例一中未进行拉普拉斯滤波补偿的初始成像结果示意图；图5为本专利技术实施例一中进行了拉普拉斯滤波补偿的初始成像结果示意图；图6为本专利技术实施例一中未进行拉普拉斯滤波补偿的初始成像结果和进行了拉普拉斯滤波补偿的初始成像结果单道对比图；图7为本专利技术实施例一中利用基于共轭梯度法5次迭代得到的成像结果的示意图；图8为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法，包括：/n初始成像结果获取步骤，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到初始成像结果；/n记录残差计算步骤，根据所述初始成像结果得到所述目标勘探区的合成地震记录，并计算所述合成地震记录与原始观测记录的记录残差；/n梯度计算步骤，根据所述记录残差计算目标泛函关于初始成像结果的梯度；/n第二成像结果获取步骤，根据所述初始成像结果和所述目标泛函关于初始成像结果的梯度，通过L-BFGS算法得到第二成像结果；/n判断步骤，判断所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数是否满足预设终止条件，若所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数满足预设终止条件，则保存所述第二成像结果；否则，将所述第二成像结果作为新的初始成像结果，重复执行所述初始成像结果获取步骤、记录残差计算步骤、梯度计算步骤、第二成像结果获取步骤和判断步骤。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于L-BFGS算法的最小二乘偏移成像方法，包括：
初始成像结果获取步骤，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到初始成像结果；
记录残差计算步骤，根据所述初始成像结果得到所述目标勘探区的合成地震记录，并计算所述合成地震记录与原始观测记录的记录残差；
梯度计算步骤，根据所述记录残差计算目标泛函关于初始成像结果的梯度；
第二成像结果获取步骤，根据所述初始成像结果和所述目标泛函关于初始成像结果的梯度，通过L-BFGS算法得到第二成像结果；
判断步骤，判断所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数是否满足预设终止条件，若所述记录残差和所述L-BFGS算法的计算次数满足预设终止条件，则保存所述第二成像结果；否则，将所述第二成像结果作为新的初始成像结果，重复执行所述初始成像结果获取步骤、记录残差计算步骤、梯度计算步骤、第二成像结果获取步骤和判断步骤。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始成像结果获取步骤包括：
根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在逆时偏移成像过程中进行拉普拉斯滤波补偿，得到所述初始成像结果。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在逆时偏移成像过程中进行拉普拉斯滤波补偿，得到初始成像结果步骤包括：
对所述共炮点记录进行傅里叶变换；
对进行傅里叶变换后的共炮点记录的频率域数据进行相位补偿；
对频率域数据进行相位补偿后的共炮点记录进行反傅里叶变换，并将反傅里叶变换的共炮点记录进行逆时偏移成像，得到并将逆时偏移成像结果作为所述初始成像结果。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据目标勘探区的声波速度模型和所述声波速度模型的共炮点记录进行逆时偏移成像，并在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永慧，段心标，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11