专利名称：一种频率域全波形反演地震速度建模方法
技术领域：
本发明涉及一种建模方法，特别是关于一种频率域全波形反演地震速度建模方法。
背景技术：
由于全波形反演的实现是一个多次迭代优化的过程，从而需要进行大量基于波动方程的波场正演模拟运算，因此计算成本过大是制约该方法应用和发展的重要因素，如何压缩计算成本和提高算法效率一直是国内外关于全波形反演研究的前沿性课题。提高全波形反演计算效率主要有两个途径，一是高效率的优化算法，二是对原始数据的压缩。其中，使用收敛速度较快的优化算法虽然能够减少反演中的迭代次数，例如高斯牛顿法或牛顿法，但是这些方法由于在计算海森矩阵或近似海森矩阵时要投入较大的计算成本，因此对整体的计算效率提升并不明显。而对原始数据空间有效的压缩不仅可以减少方法对存储量的要求，还可以降低迭代中波场正演模拟的计算成本，因此该手段是提高反演效率较为直接有效的途径。特别是将全波形反演问题引入到频率域中，利用几个离散频率从低到高依次反演，不仅在很大程度上压缩了原始数据(时间域)的大�。移德视虿ǔ≌菽Ｄ庠诙嗾鹪辞榭鱿履芄惶逑指咝У募扑阈阅�。因此，频率域全波形反演被大多数人认可和研究，然而在反演过程中对应不同的频率尺度所反映出的特性不同，所以该方法还有很多潜力尚未开发。关于如何降低原始数据空间的大�。壳俺Ｓ玫姆椒ㄓ信诩橄》椒�、频率域正反演以及震源编码技术。对原始数据的压缩必然会导致反演所用信息量的减少，从而降低了反演结果的精度。因此在计算效率和计算精度中是否具有较好的折衷是评价各个方法在应用中的关键因素。对原始资料进行炮集抽稀虽然可以较为直接地压缩原始数据，但是原始信息的损失比例和效率的提升比是相同的，从而导致了反演结果分辨率的降低。因此，在使用该方法之前需要进行分辨率估计或者地下照明度预测等，除非原始资料的冗余度较大(炮间距或道间距非常小)，不然该方法并不适合用于全波形反演。将震源编码技术应用到全波形反演中，通过将多个独立炮集编码组合为超级炮集，降低了原始数据的大�。币布跎倭瞬斡胝莸恼鹪锤鍪５梅椒ㄊ艽旁肷跋旖洗螅囱萁峁姆直媛什蛔悖硗飧梅椒ㄊ芑肪吃肷挠跋煲步洗�。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够联合各种方法，高效率的频率域全波形反演地震速度建模方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:1、一种频率域全波形反演地震速度建模方法，包括以下步骤:1)获取原始地震炮集记录、震源子波信息和反演所用的初始模型；2)分析步骤I)获得的信息，基于正演算法和优化算法，确定基本的反演参数和从低频到高频的全波形反演框架；3)对不同的频率，计算获得最合适的频域正反演模型网格；4)在低频反演时采用主成分分析方法，压缩参与反演的数据维度；5)判断对应不同频率的投影矩阵维度是否满足阈值转换标准，当满足该转换标准时，进入下一步，否则回到步骤4)；6)引入震源编码方法，并利用随机相位编码方法压制串扰噪声；7)判定是否满足迭代截止条件，如果满足迭代截止条件，则进入下一步；否则回到步骤6) ;8)如果没有完成所有频率的反演，则回到步骤3)，直至完成所有频率的反演，获得最后的速度模型，输出速度模型。其中步骤2)中，所述正演算法采用基于混合网格的有限差分方法，所述优化算法采用共轭梯度法。其中步骤3)中，对不同的频率采用下面公式求其所对应的最适网格间距Ah:
权利要求
1.一种频率域全波形反演地震速度建模方法，包括以下步骤: 1)获取原始地震炮集记录、震源子波信息和反演所用的初始模型； 2)分析步骤I)获得的信息，基于正演算法和优化算法，确定基本的反演参数和从低频到高频的全波形反演框架； 3)对不同的频率，计算获得最合适的频域正反演模型网格； 4)在低频反演时采用主成分分析方法，压缩参与反演的数据维度； 5)判断对应不同频率的投影矩阵维度是否满足阈值转换标准，当满足该转换标准时，进入下一步，否则回到步骤4)； 6)引入震源编码方法，并利用随机相位编码方法压制串扰噪声； 7)判定是否满足迭代截止条件，如果满足迭代截止条件，则进入下一步；否则回到步骤6)； 8)如果没有完成所有 频率的反演，则回到步骤3)，直至完成所有频率的反演，获得最后的速度模型，输出速度模型。
2.如权利要求1所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤2)中，所述正演算法采用基于混合网格的有限差分方法，所述优化算法采用共轭梯度法。
3.如权利要求1所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤3)中，对不同的频率采用下面公式求其所对应的最适网格间距Ah:厶~~X< M.f.二(I) Imm-/ ifreqAh = In -as 式中，Vmin为介质最小速度，Mmin为一个波长所包含网格的最少个数，由正演算法的精度控制，fifreq为反演对应频率，ifreq为反演频率的索引，Λ s为炮间距，N为整数。
4.如权利要求2所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤3)中，对不同的频率采用下面公式求其所对应的最适网格间距Ah:Ah < ~(. M.f,(I) Uim1/ ifreq，Ah = 2n-as 式中，Vmin为介质最小速度，Mmin为一个波长所包含网格的最少个数，由正演算法的精度控制，fifreq为反演对应频率，ifreq为反演频率的索引，Λ s为炮间距，N为整数。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:所述步骤4)中，在使用主成分分析时，首先对频率域波场残差矩阵进行奇异值分解，然后通过积累能量分析和主能量成分提取确定一个投影矩阵，进而将原始数据投影至低维空间上，实现对原始数据的压缩；主成分分析方法的表达式为:
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤5)中，所述阈值转换标准的表达式为: k(fifreq) < μΜ,(3)
7.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤6中，所述随机相位震源编码方法是通过将多个独立震源编码组合成为一个“超级炮”，同时在迭代过程中随机生成编码序列来压制震源组合所产生的串扰噪声，震源编码的表达式为:
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于:其中步骤7)中，所述迭代截止条件公式为: 式中，Ψ,表示对应第k次迭代的目标函数，ε为预设的迭代停止阈值，nk(fifrai)表示对应频率&一的迭代次数，Nfflax为预设的最大迭代次数。
全文摘要
本发明涉及一种频率域全波形反演地震速度建模方法，包括以下步骤1)获取原始地震炮集记录、震源子波信息和反演所用的初始模型；2)分析步骤1)获得的信息，基于正演算法和优化算法，确定基本的反演参数和从低频到高频的全波形反演框架；3)对不同的频率，计算获得最合适的频域正反演模型网格；4)在低频反演时采用主成分分析方法，压缩参与反演的数据维度；5)判断对应不同频率的投影矩阵维度是否满足阈值转换标准，当满足该转换标准时，进入下一步，否则回到步骤4)；6)引入震源编码方法，并利用随机相位编码方法压制串扰噪声；7)判定是否满足迭代截止条件，如果满足迭代截止条件，则进入下一步；否则回到步骤6)；8)如果没有完成所有频率的反演，则回到步骤3)，直至完成所有频率的反演，获得最后的速度模型，输出速度模型。
文档编号G01V1/28GK103207409SQ20131013389
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者刘春成, 韩立国, 陈宝书, 韩淼, 汪小将, 杨小椿, 仝中飞, 叶云飞 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院
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