【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井地震资料处理，更具体的说是涉及一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法。
技术介绍
1、随着对矿井巷道安全高效掘进要求的不断提高，一种有别于传统钻爆法的tbm快速掘进施工技术逐渐应用到矿井岩巷掘进。但tbm在施工过程中受到掘进工作面前方不良地质体如断层、富水区、软硬岩变化带等因素影响，严重威胁tbm施工安全，此外由于tbm掘进速度快，常规的地震超前探测技术已经无法满足其快速高精度探测成像需求。
2、因此，如何利用地震数据实现快速高精度探测，以满足tbm快速掘进对超前地质预报的需求是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，即利用共轭梯度法求解非线性反演目标函数，此方法仅采用一阶导数信息，避免常规反演对二阶hesse矩阵的求取问题，同时为了提高反演速度，采用修正型共轭梯度参数因子，使得反演结果朝着最优化的方向，极大地提高了反演速度和精度，反演过程整体收敛，稳定性更高。从而保证了tbm随掘地震数据的快速反演需求，及时为掘进工作面前方提供地质预报结果，保证tbm快速掘进的安全、高效。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，包括以下步骤：
4、步骤1：设定初始速度模型，对初始速度模型进行网格化，并基于波动方程进行正演计算，得到地震正演响应f(m)，波动方程表示为：p>
5、
6、其中，u表示位移；x、z分别表示初始速度模型网格化后的任一点的纵坐标和横坐标；v(x,z)表示网格上横坐标为x，纵坐标为z处的速度值；t表示时间；
7、步骤2：根据地震正演响应f(m)和实际观测地震数据dobs构建反演目标函数；
8、
9、其中，p(m)为反演目标函数；m为反演参数；f(m)为地震正演响应；dobs为实际观测地震数据，λ为权重因子，为经验模型；
10、步骤3：对反演目标函数关于反演参数m求偏导，得到梯度，表示为：
11、
12、式中，g(m)为梯度；vi,j为初始速度模型网格化后第i行,j列网格上的速度值；
13、进一步对梯度化简得到梯度搜索方向，表示为：
14、dk+1＝gk+dkβk+1 (4)
15、式中，dk+1为第k+1次迭代的梯度搜索方向，βk+1为第k+1次迭代的修正型共轭梯度参数因子；gk为第k次迭代的梯度；dk表示第k次迭代的梯度搜索方向；
16、步骤4：选取修正型共轭梯度参数因子；
17、混合快速共轭梯度法反演的快速混合型共轭梯度参数因子βhfcg如(5)所示：
18、
19、hs型共轭梯度参数因子如公式(6)
20、
21、dy型共轭梯度参数因子如公式(7)所示
22、
23、联立(5)、(6)、(7)并引入权重因子和梯度重启机制得到修正型共轭梯度参数因子如(8)式：
24、
25、其中，α表示权重因子；αn、αn+1分别代表第n次、n+1次迭代时的权重因子；dk-1表示第k-1次迭代的梯度搜索方向；表示第k次迭代的梯度gk的转置；表示第k-1次迭代的梯度搜索方向dk-1的转置；yk-1表示相邻两次迭代梯度的差值，yk-1＝gk-gk-1；
26、步骤5：将公式(1)、(3)、(4)、(8)代入到公式(2)进一步化简得到速度模型更新公式如公式(9)所示：
27、mk+1＝mk+γkdk+1 (9)
28、式中：γk为第k次迭代步长，mk为第k次迭代速度模型值，mk+1为第k+1次迭代速度模型，dk+1为第k+1次梯度搜索方向；
29、步骤6：判断是否满足迭代终止条件，若满足则输出最优解mk+1，反之则重回步骤1直到满足迭代终止条件。
30、优选的，迭代终止条件为相邻两次更新的速度模型之间的误差小于或等于2％，即mk+1-mk≤2％。满足迭代终止条件的更新的速度模块即为最优速度模型，根据模型的结果获得高精度探测成像。
31、优选的，梯度重启机制为：目标函数迭代求解过程中，在共轭梯度参数因子计算为负值时，引入零进行梯度重新计算。
32、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，为满足tbm快速掘进对随掘地震超前地质预报的快速反演需求，首先根据真实速度模型进行正演计算，得到地震正演响应；其次构建地震全波形反演目标函数；然后关于速度求取偏导数，得到梯度更新的迭代公式，并构建修正型共轭梯度参数即在常规共轭梯度参数基础上，通过赋予不同类型共轭梯度参数权重因子，得到修正型共轭梯度参数因子，同时为避免在目标函数的非稳定点处出现循环，在共轭梯度参数因子更新时取当前共轭梯度值与零二者的最大值作为下一次梯度值；最后，得到速度更新的迭代公式，获得速度模型的最优解。本专利技术在计算速度及收敛性方面都有很大程度的提升，不仅反演计算速度更快，且反演过程整体逐渐趋于收敛，满足tbm随掘地震数据快速反演处理的需求。
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1.一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，波动方程表示为：
3.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，反演目标函数表示为：
4.根据权利要求3所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，步骤3中对反演目标函数关于反演参数m求偏导，表示为：
5.根据权利要求4所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，根据共轭梯度方向和梯度，采用混合快速共轭梯度法计算快速混合型共轭梯度参数因子βHFCG、HS型共轭梯度参数因子和DY型共轭梯度参数因子分别表示为：
6.根据权利要求4所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，步骤6中更新的速度模型表示为：
7.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷TBM随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，迭代终止条件为相邻两次更新速度模型之间的误差小于或
...【技术特征摘要】
1.一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，波动方程表示为：
3.根据权利要求1所述的一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，反演目标函数表示为：
4.根据权利要求3所述的一种矿井岩巷tbm随掘地震数据的快速地震反演方法，其特征在于，步骤3中对反演目标函数关于反演参数m求偏导，表示为：
5.根据权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱实，张平松，汪勇辰，陈澳，程晋全，郭立全，李圣林，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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