一种寻优加速的全波形反演方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种寻优加速的全波形反演方法及系统，属于地震资料处理领域。所述一种寻优加速的全波形反演方法对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集，并通过MPI管理多组进程分别根据抽取炮集和不同的步长获得最佳步长，最终利用最佳步长获得速度更新量。本发明专利技术通过随机分布的炮集取代了使用全部计算步长提高运算效率，不改变原来的计算步骤，不影响原来计算效果。同时，通过随机选取部分炮集，避免规律性，不影响统计学规律，在求取步长过程中，仅利用部分炮集即可求取合适的步长，且通过MPI管理易于实现。理易于实现。理易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种寻优加速的全波形反演方法及系统


[0001]本专利技术属于地震资料处理领域，具体涉及一种寻优加速的全波形反演方法及系统。

技术介绍

[0002]全波形反演技术是一个高度非线性的反问题求解技术，是一个严重病态的问题。因此在求解过程中往往采用局部线性化的求解方法。这就意味着全波形反演存在着巨大的计算量问题。事实上，海量的存储和计算量也是一直制约全波形反演的瓶颈问题。FWI的实用化必然与计算量和计算效率相关。在一般的迭代算法中，FWI的一个迭代步至少需要全部炮集的三次地震波正演计算。据此可以看出，FWI的计算量非常巨大。
[0003]全波形反演是获取高分辨率地下参数是一个有效的工具，该方法基于求取观测值和预测值差别最小化，通过解决双程波动传播问题，计算预测值。计算预测值和观测值之间差别最小化，实际上是一个大尺度非线性反演问题。解决该方法的通常办法是基于梯度的算法，例如非线性共轭梯度法，l-BFGS quasi-Newton，截断牛顿法等等。这些方法都在实际应用中展现出了不同优点，但无论如何，都需要多次正演得到一个准确的步长，计算量较大。中国专利公开文献CN103091711A公开了一种基于时间域一阶速度-应力弹性波动方程的全波形反演方法及装置，其中方法包括：采用基于摄动理论的伴随方法，确定时间域一阶速度-应力弹性波动方程的伴随方程和相应的目标泛函关于模型参数的梯度表达式；根据时间域一阶速度-应力弹性波动方程确定正向传播波场，根据伴随方程确定逆时外推伴随波场；根据正向传播波场、逆时外推伴随波场和梯度表达式确定目标泛函关于模型参数的梯度；利用梯度类迭代算法进行多尺度全波形反演；中国专利公开文献CN103592685A公开了一种全波形反演中去除波动方程模拟直达波的方法及装置，该方法包括以下步骤：输入速度模型；基于声波波动方程对速度模型进行波动方程正演，得到模拟的地震记录；计算直达波到达地表接收器的时间T0(x)，x为检波点位置到震源位置的距离；根据公式计算输入时间窗口T(x)；删除所述地表接收器接收到的其接收时间小于T(x)时刻的地震记录，中国专利公开文献CN103135132A公开了一种混合域全波形反演方法，其将全波形反演的正演部分放到时间域，即在时间域做正演，利用DFT转到频率域做反演，即采用离散傅里叶变换提取相应反演频率的波场成分，在频率域由低频到高频进行反演。
[0004]近年来，随着一些优化算法的提出和高性能计算的飞速发展，极大的推动了全波形反演的实用化进程。但无论何种算法，都需要多次的正演，以找到最佳的迭代步长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种寻优加速的全波形反演方法及系统，通过对部分随机产生的炮集同时使用不同步长正演寻优的办法，在原有算法基础上可大幅提高计算效率。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术的第一个方面，提供了一种寻优加速的全波形反演方法，所述方法对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集，并通过MPI管理多组进程分别根据抽取炮集和不同的步长获得最佳步长，最终利用最佳步长获得速度更新量。
[0008]本专利技术的进一步改进在于，所述方法包括：
[0009](1)采集炮集资料，并求取梯度；
[0010](2)对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集；
[0011](3)读取所述抽取炮集的观测记录；
[0012](4)通过MPI将进程分为3组，分别为S1,S2和S3；
[0013](5)给每组进程分配不同的步长：对进程S1,S2和S3分别分配的步长为α1，α2和α3；
[0014](6)三个进程同时进行计算，获得抽取炮集的三个残差：
[0015](7)判断步长是否满足抛物线分布，如果是，则进入步骤(8)，如果否，则返回步骤(5)；
[0016](8)利用三个步长和残差计算获得最佳步长；
[0017](9)利用所述最佳步长获得速度更新量。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(1)的所述炮集资料包括N个单炮记录；
[0019]所述步骤(1)中的求取梯度的操作包括：利用炮集资料中的所有单炮记录求取梯度。
[0020]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(2)的操作包括：
[0021]利用随机函数在[0,N]之间产生N/3个正整数，每一个正整数代表一个炮号；
[0022]从原炮集中找到这些正整数对应的炮，这些炮即构成了抽取炮集。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(6)的操作包括：
[0024]三个进程S1,S2和S3同时使用步骤(1)得到的梯度和各自的步长进行计算，分别获得抽取炮集的三个残差Res1、Res2和Res3。
[0025]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(7)中的所述判断步长是否满足抛物线分布的操作包括：
[0026]以步长α为横坐标，以残差Res为纵坐标，利用(α1，Res1)、(α2，Res2)、(α3，Res3)三个点拟合出抛物线，然后判断这三个点是否位于抛物线的垂线的两侧，如果是，则判定步长满足抛物线分布，如果否，则判定步长不满足抛物线分布。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(8)的操作包括：
[0028]利用下式求取最佳步长：
[0029][0030]本专利技术的进一步改进在于，所述步骤(9)的操作包括：
[0031]将所述最佳步长乘以所述梯度获得速度更新量。
[0032]本专利技术的第一个方面，提供了一种寻优加速的全波形反演系统，所述系统包括：
[0033]梯度求取单元，用于采集炮集资料，并求取梯度；
[0034]抽取单元，与所述梯度求取单元连接，用于对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集，并读取所述抽取炮集的观测记录；
[0035]进程分配单元，与所述抽取单元连接，用于通过MPI将进程分为3组，分别为S1,S2
和S3；
[0036]步长分配单元，与所述进程分配单元连接，用于给每组进程分配不同的步长；
[0037]残差获取单元，与所述步长分配单元连接，用于利用三个进程同时进行计算，获得抽取炮集的三个残差：
[0038]判断单元，分别与步长分配单元、最佳步长获取单元连接，用于判断步长是否满足抛物线分布，如果是，则启动最佳步长获取单元，如果否，则启动步长分配单元；
[0039]最佳步长获取单元，分别与残差获取单元、所述判断单元连接，用于利用三个步长和残差计算获得最佳步长；
[0040]速度更新量获取单元，与所述最佳步长获取单元连接，用于利用所述最佳步长获得速度更新量。
[0041]本专利技术的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行所述的寻优加速的全波形反演方法中的步骤。
[0042]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述方法对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集，并通过MPI管理多组进程分别根据抽取炮集和不同的步长获得最佳步长，最终利用最佳步长获得速度更新量。2.根据权利要求1所述的寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述方法包括：(1)采集炮集资料，并求取梯度；(2)对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集；(3)读取所述抽取炮集的观测记录；(4)通过MPI将进程分为3组，分别为S1,S2和S3；(5)给每组进程分配不同的步长：对进程S1,S2和S3分别分配的步长为α1，α2和α3；(6)三个进程同时进行计算，获得抽取炮集的三个残差：(7)判断步长是否满足抛物线分布，如果是，则进入步骤(8)，如果否，则返回步骤(5)；(8)利用三个步长和残差计算获得最佳步长；(9)利用所述最佳步长获得速度更新量。3.根据权利要求2所述的寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤(1)的所述炮集资料包括N个单炮记录；所述步骤(1)中的求取梯度的操作包括：利用炮集资料中的所有单炮记录求取梯度。4.根据权利要求3所述的寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤(2)的操作包括：利用随机函数在[0,N]之间产生N/3个正整数，每一个正整数代表一个炮号；从原炮集中找到这些正整数对应的炮，这些炮即构成了抽取炮集。5.根据权利要求4所述的寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤(6)的操作包括：三个进程S1,S2和S3同时使用步骤(1)得到的梯度和各自的步长进行计算，分别获得抽取炮集的三个残差Res1、Res2和Res3。6.根据权利要求5所述的寻优加速的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤(7)中的所述判断步长是否满足抛物线分布的操作包括：以步长α为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡光辉，孙思宇，何兵红，杜泽源，
申请(专利权)人：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：