[發明專利]基于激發主能量優化算法的全波形反演梯度算子提取方法

有效

• 申請號: 201410206451.0
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN105093278B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 慎國強;王玉梅;孟憲軍;王希萍;梁鍇;王延光;王興謀;苗永康;揭景榮;王振濤;劉立彬;張達;張洪;鈕學民;李燕;李海濤;李玉鳳;張睿璇
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

1.一種基于激發主能量優化算法的全波形反演梯度算子提取方法，包括如下步驟：

建立全波形反演參數模型；

利用常規的疊前單炮數據作為觀測數據，建立正反演觀測系統；

將震源置于地表炮點處，利用優化有限差分正演模擬算法計算該震源產生的正傳波場；

確定震源波場的正向傳播過程中地下各點震源波場最大值及其對應的時刻，并保存地下各點在激發主能量時窗內的波場；

利用優化有限差分模擬算法計算波場殘差逆時傳播波場，判斷地下各點不同時刻的波場殘差逆時傳播波場是否位于該點激發主能量時窗之內，通過基于激發主能量優化算法得到全波形反演梯度算子。

2.依據權利要求1所述的基于激發主能量優化算法的全波形反演梯度算子提取方法，具體包括如下步驟：

(1)建立全波形反演參數模型；

(2)采用常規的疊加前單炮數據作為觀測數據，建立正反演觀測系統；

(3)將震源置于地表炮點處，利用下式表示的優化有限差分正演模擬算法計算該震源產生的正傳波場：

其中U為震源產生的正傳波場，c_m為優化有限差分系數，v為介質速度，Δx和Δz為空間采樣間隔，Δt為時間采樣間隔，i,k為x和z空間坐標，n為時間坐標；

(4)確定震源波場的正向傳播過程中地下各點最大值及其對應的時刻Ts；

(5)定義激發主能量時窗長度為正傳波場中一個子波的時間長度w，保存地下各點在激發主能量時窗內的波場，即以地下各點的最大值對應時刻Ts為時窗中心的整個主能量時窗之內的波場值；

(6)利用步驟(3)中所述優化有限差分正演模擬算法得到疊前單炮合成數據RU，并其與觀測地震數據d_obs求差得到波場殘差RU-d_obs；

(7)利用下式表示的優化有限差分模擬算法計算波場殘差逆時傳播波場：

其中RU-d_obs為波場殘差，L^*為反傳算子，c_m為優化有限差分系數，U_b為波場殘差逆時傳播波場，v為介質速度，Δx和Δz為空間采樣間隔，Δt為時間采樣間隔，i,k為x和z空間坐標，n為時間坐標；

(8)判斷地下任意一點的不同時刻波場殘差的逆時傳播波場是否位于該點激發主能量時窗之內，如果位于，則按下式提取基于激發主能量優化算法的用于全波形反演的梯度算子：

其中RU-d_obs為波場殘差，L^*為反傳算子，為正演波場對時間的二階偏導，v為空間速度分布，Ts為激發最大振幅對應時間步，w為激發主能量時窗長度，g(v)為全波形反演的梯度。

3.依據權利要求2所述的基于激發主能量優化算法的全波形反演梯度算子提取方法，更進一步包括：

步驟(1)中全波形反演的模型參數求取采用迭代方法求解，迭代公式為

m^k+1＝m^k+Δm (1)

其中m^k+1，m^k分別表示第k次迭代模型參數和第k+1次迭代模型參數，Δm是參數模型的更新量，其表達式為：

Δm＝-αg (2)

其中g是參數模型更新量的梯度算子；α是計算步長；所以利用先驗信息建立全波形反演參數的初始模型；

步驟(3)中將震源置于地表炮點處，采用優化有限差分正演模擬算法計算震源激發的正傳波場；

正傳波場U滿足如下的波動方程：

其中U(x,z,t)為震源激發的正傳波場；v(x,z)為介質速度；

利用Taylor展開進行時間和空間差分，將時間離散形式：

和空間差分的形式

帶入波動方程，得到各向同性介質正傳波場數值計算公式

其中c_m為優化有限差分系數，v為介質速度，Δx和Δz為空間采樣間隔，Δt為時間采樣間隔，i,k為x和z空間坐標，n為時間坐標；

步驟(4)是在震源波場的正向傳播過程中，根據正傳波場U計算地下各點的最大值及其對應的時刻Ts；

步驟(7)中利用優化有限差分模擬算法計算波場殘差逆時傳播波場，其中逆時傳播波場滿足如下方程：

其中U_b(x,z,t)為波場誤差的逆時傳播波場；v(x,z)為介質速度，

利用Taylor展開進行時間和空間差分，即將時間離散形式：

和空間差分的形式

帶入逆時傳播波場滿足的方程，則得出波場誤差的逆時傳播波場數值計算公式：

其中RU-d_obs為波場殘差，L^*為反傳算子，c_m為優化有限差分系數，U_b為波場殘差逆時傳播波場，v為介質速度，Δx和Δz為空間采樣間隔，Δt為時間采樣間隔，i,k為x和z空間坐標，n為時間坐標。