[发明专利]一种寻优加速的全波形反演方法及系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，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。

本发明的进一步改进在于，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；