[发明专利]基于融入物理规律的稀疏自编码器地震反演方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于融入物理规律的稀疏自编码器地震反演方法及系统，包含数据模块、训练模块、转换模块与输出模块。通过融入物理规律的稀疏自编码器，将原本关于模型参数的反问题转化为关于其稀疏编码的反问题，并通过施加一范数稀疏约束进行有效求解，进而解决了在地震反演中最优正则化参数难以选取的问题。在反演得到模型的最优稀疏编码后，通过解码可以得到模型参数的最优解。融入物理规律的稀疏自编码器相比于传统的稀疏自编码器，提高了模型参数与地震数据的重构精度及泛化能力，进而增强了反演效果。实验结果验证了其有效性和相比于现有方法的优越性。

技术领域

本发明属于地球物理反演技术领域，具体涉及一种基于融入物理规律的稀疏自编码器地震反演方法及系统。

背景技术

石油、天然气等埋藏于地下的油气资源，对于一个国家经济发展、安全都有着相当重要的作用。在地球物理领域里，圈闭是一种能阻止油气继续运移并使油气能聚集在其中的场所，而岩性圈闭则是指因储层岩性变化形成的圈闭。我国当前以及未来一段时间内最主要的勘探目标就是岩性油气藏，即聚集了油气的岩性圈闭。油气勘探的主要手段是基于地震勘探方法，而绝对波阻抗则是找寻油气时所需的一项非常重要的参数。从地质特征上来看，我国的岩性油气藏在纵向上多呈薄互层结构、且横向具有较强的非均质性，所以如何对表征岩性油气藏的绝对波阻抗参数进行精细刻画是我国油气勘探领域亟待解决的关键科学问题。

反演是已知观测值、求解模型参数的一类方法，而地震反演则是一种基于地震观测数据反演出地下介质储层物性参数，进而实现对地下储层预测和油藏特征描述的有效技术。因此，地震反演是一种求解岩性油气藏的绝对波阻抗参数的一种行之有效的方法。

在传统的阻抗反演问题中，可从地震数据中直接反演出阻抗模型。但实际中模型往往并不稀疏，因此难以选择合理的正则化项。基于此，提出了一种基于融入物理规律的稀疏自编码器的地震反演方法：稀疏自编码器能够将原本不稀疏的模型参数(如波阻抗)转化为具有稀疏性的编码，并通过融入物理规律，进一步提高稀疏自编码器的重构精度及网络的泛化能力。本发明方法通过稀疏自编码器，将原本关于模型参数的反问题转化为关于其稀疏编码的反问题，并通过施加一范数稀疏约束进行有效求解，进而解决了在地震反演中最优正则化参数难以选取的问题。

在反演得到模型的最优稀疏编码后，通过解码可以得到阻抗模型的最优解。所发明的新方法被应用于波阻抗反演，实验结果验证了其有效性和相比于传统方法的优越性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于融入物理规律的稀疏自编码器地震反演方法及系统，通过融入物理规律的稀疏自编码器，将原本关于模型参数的反问题转化为关于其稀疏编码的反问题，并通过施加一范数正则化项(稀疏约束)进行有效求解，进而解决了在地震反演中最优正则化参数难以选取的问题；物理规律的融入进一步提高稀疏自编码器的重构精度及网络的泛化能力，进而提高了新反演方法的鲁棒性。

本发明采用以下技术方案：

基于融入物理规律的稀疏自编码器地震反演方法，包括以下步骤：

S1、构建关于地下介质模型参数的训练数据集和测试数据集；

S2、搭建融入物理规律的稀疏自编码器网络结构，并利用步骤S1构建的训练数据集对网络结构进行训练；

S3、利用步骤S2训练好的网络结构的解码层，将关于地下介质模型参数的反问题转换为关于稀疏编码的反问题，并施加一范数正则化，构造关于稀疏编码的反演目标函数；

S4、在步骤S1构建的测试数据集上，通过梯度下降法使步骤S3中关于稀疏编码的反演目标函数最小化得到最优的稀疏编码，利用步骤S2训练好的网络结构的解码层将反演得到的最优稀疏编码解码为最优的模型参数，实现反演。

进一步的，步骤S1中，对地下介质模型中的波阻抗模型进行奇偶抽稀、平移和求均值处理，构造稀疏自编码的训练数据集和测试数据集。