一种基于构造整形正则化的波形反演方法及其设备技术

本说明书实施例公开了一种基于构造整形正则化的波形反演方法及其设备。通过获取观测数据和初始速度模型；利用所述初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用所述模拟数据与所述观测数据之差计算反传残差波场；同时计算层析模式波形反演梯度G

【技术实现步骤摘要】
一种基于构造整形正则化的波形反演方法及其设备


[0001]本专利技术涉及一种基于构造整形正则化的波形反演方法，属于油气物探工程领域。

技术介绍

[0002]随着我国勘探开发的深入，对地震成像的精度要求越来越高，准确的速度模型是高精度地震成像的关键。由于计算能力的进步，全波形反演已成为有力且极具前景的速度建模方法，其通过迭代更新来减小观测地震数据与模拟地震数据的残差，最终实现重建高精度地下速度模型。
[0003]全波形反演(FWI)是层析模式和偏移模式的结合。然而，当初始模型与真实模型相距甚远时，或缺乏大偏移距、低频数据时，波形反演会以偏移模式为主。这会使得反演过程中低波数成分的更新被压制，从而容易陷入局部极小值，严重影响反演精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种基于构造整形正则化的波形反演方法及其设备，它可以解决当前技术中存在的问题，缓解波形反演的局部极值问题，有效提高速度建模精度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]在第一方面，提供一种基于构造整形正则化的波形反演方法，包括：获取观测数据和初始速度模型；利用所述初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用所述模拟地震数据与所述观测数据之差计算反传残差波场；同时计算层析模式波形反演梯度G
t
和偏移模式波形反演梯度G
m
，其中，
[0007][0008][0009]其中，t
max
为地震记录总时间，H代表希尔伯特变换，u代表正传震源波场，r代表反传残差波场，x
s
为炮点的横方向的空间坐标、z
s
为炮点纵方向的空间坐标，F
2D
和分别代表二维傅里叶正变换和二维傅里叶逆变换，T
k
为阈值函数，m为速度模型参数，u为模拟地震波场，t为正演模拟的计算时刻，x为横坐标，z纵坐标；
[0010]利用所述偏移模式梯度G
m
确定局部构造倾角，根据所述局部构造倾角确定背景速度模型m
n+1
；
[0011]根据所述背景速度模型m
n+1
进行波形反演，计算得到最终的反演结果。
[0012]在第二方面，提供一种电子设备，包括：
[0013]至少一个处理器；以及，
[0014]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0015]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面任一项所述的方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的方法通过获取观测数据和初始速度模型；利用所述初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用所述模拟地震数据与所述观测数据之差计算反传残差波场；同时计算层析模式波形反演梯度G
t
和偏移模式波形反演梯度G
m
，利用所述偏移模式梯度G
m
确定局部构造倾角，根据所述局部构造倾角确定背景速度模型m
n+1
；根据所述背景速度模型m
n+1
进行波形反演，计算得到最终的反演结果。从而实现在初始速度模型较差时，能够稳定且有效地更新梯度中的低波数成分，重构良好的背景速度模型，最终的反演速度模型比传统的波形反演结果更有更高的精度，避免反演迅速陷入局部极值。此外，本专利技术提出新的反演流程，在不增加计算量的情况下，充分利用偏移模式梯度进行构造整形正则化，提高了层析模式波形反演的反演效果，为后续常规波形反演提供了良好的初始速度模型。
附图说明
[0017]图1a为本说明书实施例所提供的一种基于构造整形正则化的波形反演方法的流程示意图；
[0018]图1b为本专利技术的另一个实施例中的流程框图；
[0019]图2为本专利技术的一个实施例的真实速度模型；
[0020]图3为本专利技术的一个实施例的初始速度模型；
[0021]图4为本专利技术的一个实施例的观测地震数据中的单炮；
[0022]图5为本专利技术的一个实施例的由初始速度模型计算得到的模拟地震数据中的单炮；
[0023]图6为本专利技术的一个实施例的常规波形反演结果；
[0024]图7为本专利技术的一个实施例的基于构造整形正则化的层析模式波形反演结果(尺度1)；
[0025]图8为本专利技术的一个实施例的基于构造整形正则化的层析模式波形反演结果(尺度2)；
[0026]图9为本专利技术的一个实施例的基于构造整形正则化的层析模式波形反演结果(尺度3)；
[0027]图10为本专利技术的一个实施例的最终波形反演结果；
[0028]图11为本专利技术的一个实施例的最终波形反演结果的模拟地震记录；
[0029]图12为本专利技术的一个实施例的真实模型、初始模型、本专利技术方法、常规方法结果纵向抽取速度模型单道对比；
[0030]图13为本专利技术的一个实施例的本专利技术方法与常规波形反演方法的归一化目标泛函收敛曲线。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0032]在第一方面，如图1a所示，图1a为本说明书实施例所提供的一种基于构造整形正则化的波形反演方法的流程示意图，具体包括：
[0033]S1，获取观测数据和初始速度模型。
[0034]输入观测数据，输入反演所需的初始速度模型；这里的观测数据包括但不限于观测系统、观测记录(即炮数据)和可以预设的速度建模参数等，其中速度建模参数包括速度模型横向采样点nx及纵向采样点nz、横向空间采样间隔dx、纵向空间采样间隔dz、时间采样间隔dt、时间采样点数nt、主频f0、地震数据中的炮数ns、每炮的检波点数ng、炮点间隔ds、检波点间隔dg。
[0035]S2，利用所述初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用所述模拟地震数据与所述观测数据之差计算反传残差波场。
[0036]利用初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用模拟数据与观测数据之差计算残差反传波场；这里的地震波模拟过程均采用二维常密度声波方程，计算方法为：
[0037][0038]其中，m为速度模型参数，u为模拟地震波场，t为正演模拟的计算时刻，(x,z)为横、纵方向的空间坐标。将模拟地震数据与观测地震数据作差即可得到残差，
[0039]f
r
(x
r
,z
r
,t)＝u(x
r
,z
r
,t)
‑
u...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于构造整形正则化的波形反演方法，包括：获取观测数据和初始速度模型；利用所述初始模型进行地震波正演模拟计算，得到模拟地震数据，利用所述模拟地震数据与所述观测数据之差计算反传残差波场；同时计算层析模式波形反演梯度G
t
和偏移模式波形反演梯度G
m
，其中，，其中，其中，t
max
为地震记录总时间，H代表希尔伯特变换，u代表正传震源波场，r代表反传残差波场，x
s
为炮点的横方向的空间坐标、z
s
为炮点纵方向的空间坐标，F
2D
和分别代表二维傅里叶正变换和二维傅里叶逆变换，T
k
为阈值函数，m为速度模型参数，u为模拟地震波场，t为正演模拟的计算时刻，x为横坐标，z纵坐标；利用所述偏移模式梯度G
m
确定局部构造倾角，根据所述局部构造倾角确定背景速度模型m
n+1
；根据所述背景速度模型m
n+1
进行波形反演，计算得到最终的反演结果。2.如权利要求1所述的方法，其中，利用所述偏移模式梯度G
m
确定局部构造倾角，包括：采用如下方式进行局部构造倾角估计，其中，σ为局部构造倾角，W为计算倾角的局部窗口。3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建平，王自颖，李振春，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：