[发明专利]基于激发主能量优化算法的全波形反演梯度算子提取方法

说明书

本发明公开了一种基于激发主能量优化算法的全波形反演梯度算子的提取方法，通过建立全波形反演参数模型；采用常规的叠加前单炮数据作为观测数据，建立正反演观测系统；将震源置于地表炮点处，利用优化有限差分算法计算该震源产生的正传波场；确定震源波场的正向传播过程中地下各点震源波场最大值及其对应的时刻，并保存地下各点在激发主能量时窗内的波场；再利用优化有限差分模拟算法计算波场残差逆时传播波场，判断地下各点不同时刻的波场残差逆时传播波场是否位于该点激发主能量时窗之内，通过基于激发主能量优化算法得到全波形反演梯度算子。本发明在保证精度的前提下，大大减少了I/O操作，提升了计算效率。

技术领域

本发明涉及石油地震勘探速度建模技术领域，尤其涉及一种基于激发主能量优化算法的全波形反演梯度算子的提取方法。

背景技术

地震波的传播速度是地震勘探中的一个基本参数，在地震资料处理和地震解释的诸多环节中扮演着重要的角色。影响地震波传播速度的因素有很多，诸如地下介质的岩性、密度、孔隙度、埋藏深度等等，这些因素最终体现在地震波的走时、波形、振幅和相位等属性上变化。只有充分了解速度及影响因素的相互关系，才有可能更为准确地估计出地下的结构和构造。我国大多数勘探区域越来越复杂，呈现出地表构造和地下构造双复杂特征。传统的速度分析方法已经很难达到所需的精度要求，也会直接影响成像质量。常用的速度分析方法有：叠加速度分析、偏移速度分析、层析速度反演和全波形反演。这四种速度分析方法的准确性依次升高，复杂度也依次升高。

全波形反演技术是目前精度很高的速度分析和反演工具，其利用叠前地震记录与正演模拟炮记录之间的寻求最佳匹配来获取最优反演速度场。在反演过程中不仅考虑了地震波传播的旅行时等运动学信息，而且加入了振幅、相位、波形等动力学信息，能够适应强横向变速介质和各向异性介质的速度反演。

全波形反演的发展大致可以分为三个阶段，第一个阶段是从20世纪80年代到90年代，这一时期是全波形反演理论形成和初步验证阶段，Lailly、Tarantola等人建立了基于波动方程的波形反演的理论构架，之后一批学者分别利用简单模型对反射和透射波形反演效果进行了理论验证。Gauthier等人率先对理论模型合成的多偏移距数据进行了声波和弹性波全波形反演测试，反演结果既展示了全波形反演方法的应用潜力，也暴露出其根本缺陷——对初始模型的严重依赖性。

第二个阶段是从上世纪90年代初到21世纪初，为全波形稳定发展阶段，全波形反演方法形成了多个分支和变种，其中以Pratt等提出的频率域波形反演方法最具代表性，Pratt提出频率域声波和弹性波波形反演理论，并利用实际井间地震数据对方法进行验证。该方法利用稀疏矩阵直接解法求解频率域的离散化声波或弹性波波动方程，只要频率与物性参数不改变，通过一次稀疏矩阵LU分解和多次高斯消元法中的前向、后向回代运算，即可完成所有炮点的单频波场响应计算；应用研究方面以井间地震波形反演和海洋天然气水合物的叠前波形反演最具影响力。此外为解决全波形反演因初始模型不准而陷入局部极小问题，Zhou等人先后给出了波动方程走时和波形联合反演方法，以充分利用走时和波形两类数据对不同尺度模型参数变化的敏感度的优势，使井间数据全波形反演更为稳定。

自21世纪初至今，全波形反演达到了蓬勃发展的阶段，全波形反演逐步从二维反演走向三维反演，从声波走向弹性波反演，从单参数反演到多参数反演，从各向同性到各向异性反演。此外还有Laplace/Laplace-Fourier域全波形反演、各向异性全波形反演、先验信息约束的全波形反演和基于超级炮和相位编码的全波形反演。此外随着计算机水平的进步，全波形反演的计算效率进一步得到了提升，其实现平台逐步从单机单核走向了多核多节点并行平台、GPU并行平台。在一定程度上，全波形反演的计算效率完全取决于大数据的I/O交换。

发明内容