[发明专利]基于最小二乘梯度更新速度模型的地震波全波形反演方法有效

专利信息
申请号: 201510295941.7 申请日: 2015-06-02
公开(公告)号: CN105005076B 公开(公告)日: 2017-05-03
发明(设计)人: 杜向东;常旭;王一博;韩文明;曹向阳;张英德;张世鑫;武绍江 申请(专利权)人: 中国海洋石油总公司;中海油研究总院
主分类号: G01V1/30 分类号: G01V1/30
代理公司: 北京纪凯知识产权代理有限公司11245 代理人: 徐宁,孙楠
地址: 100010 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 最小 梯度 更新 速度 模型 地震波 波形 反演 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种地震波全波形反演方法,特别是关于一种基于最小二乘梯度更新速度模型的地震波全波形反演方法。

背景技术

地震波场反演方法很多,如相位反演成像、振幅反演成像以及全波形反演成像。相位反演和振幅反演利用的是波场运动学信息,反演出的速度分布是一种平滑估计值,它是真实速度模型的低频分量,反映的是大尺度的速度结构。基于波动方程理论的全波形反演综合利用了地震记录中振幅、走时和相位等完整的波场信息,通过拟合,全波形反演通常利用给定时窗内的理论波场记录与实测波场记录差值的二次泛函以及额外的地质约束条件建立优化目标函数,利用迭代线性化反演方法或完全非线性反演法求解符合条件的模型,定量提取地下介质的弹性参数,进而为深部大尺度构造演化分析,为勘探地震成像及速度建模等方面提供可靠依据。

目前,全波形反演的方式大致可以分为时间域全波形反演与频率域全波形反演。频率域全波形反演理论与时间域全波形反演理论有着良好的对应关系。两种反演方法的观测数据表现形式不同造成正演波场计算方式的差别,而反演思想完全一致,与时间域相比,频率域波场是相互解耦的。不同频率数据对异常体反映能力不一,根据需要既可以利用部分频段数据反演,也可以使用全频段数据同时进行反演。

全波形反演可利用逆时偏移产生的成像结果近似来更新速度模型,基于逆时偏移的全波形反演获得低频成像不再需要炮集的低频信息且具有很高的保真度。但是,反演使用大量低频的信息来更新背景速度,而偏移使用高频信息来勾画地下构造的比较精确的边界,由于反演和偏移的目标在不同的频带,因此,在实际处理中,由于噪声和模型假象,高保真度很难达到,且常规全波形反演流程中,每次的全波形反演的非线性迭代过程中,只利用一次的逆时偏移的成像结果作为速度模型更新梯度的方向,这样容易导致更新梯度计算的更新量不足,且收敛速度较慢。

发明内容

针对上述问题,本发明的目的是提供一种可有效提高速度模型更新梯度的准确性且可快速完成速度模型更新的基于最小二乘梯度更新速度模型的地震波全波形反演方法。

为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种基于最小二乘梯度更新速度模型的地震波全波形反演方法,包括以下步骤:

1)在时间域内,地震波场的声波方程为:

其中,u是波场向量,s是震源向量,x和t分别是空间和时间坐标参数,M为质量矩阵,A为刚度矩阵;

2)构建初始速度模型,设置速度模型更新迭代次数N与速度模型允许的最小误差值ε;

3)构造观测波场数据和计算波场数据的波场误差矢量Δd;

4)利用最小二乘流程和波场误差矢量Δd,构造目标函数C(mk),目标函数C(mk)的表达式为:

C(mk)=1/2ΔdTΔd;

式中,T表示转置;

mk为第k次更新的速度模型,更新公式为:

mk=mk-1+Δm;

式中,mk-1为第k-1次更新的速度模型;Δm为扰动模型;

5)对目标函数进行计算获得地震波全波形反演的标准方程为:

式中,mn为模型参数;

6)引入速度模型更新梯度方向和更新量步长,扰动模型Δm表示为:

Δm=αgk

式中,gk为速度模型更新梯度方向,α为更新量步长;

7)利用最小二乘的方法求解地震波全波形反演的速度模型更新梯度方向gk,其公式为:

8)在速度模型更新梯度方向gk上对更新量步长α进行插值计算求取更新量步长α;

9)对速度模型进行更新得:

mk=mk-1+αgk

当|αgk|<ε时或速度模型更新次数达到速度模型更新迭代次数N时,速度模型更新结束;否则,进入步骤3)。

所述步骤3)中,波场误差矢量Δd的计算公式如下:

Δd=dobs-dcal

式中,dobs为地震观测波场数据,dcal为在迭代过程中的计算波场数据;

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