[發明專利]一種最小二乘逆時偏移梯度更新方法

有效

• 申請號: 201710969635.6
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107783190B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 方修政;吳迪;鈕鳳林
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

本發明涉及一種最小二乘逆時偏移梯度更新方法，其步驟：根據初始速度模型建立二范數意義下波場殘差目標泛函；正演模擬聲波方程，存儲震源邊界波場和最后時刻的全部區域波場；逆時重建震源波場，反傳殘差波場獲得伴隨狀態變量，利用逆散射條件更新單炮目標泛函相對于模型參數的梯度，判斷是否滿足多炮循環條件，如果是，重復執行并累加單炮目標泛函梯度，如果否，利用目標泛函梯度計算共軛梯度方向；正演模擬震源波場和共軛梯度波場數據，判斷是否滿足多炮循環條件，如果是，重復并累加每炮共軛梯度波場數據，如果否，計算迭代步長；更新偏移剖面，迭代更新；判斷是否滿足迭代條件，如果否，終止迭代并輸出迭代剖面，如果是則返回正演模擬存儲邊界波場。

技術領域

本發明涉及一種石油地震勘探數據高效率、低存儲、高精度成像領域，特別是關于一種最小二乘逆時偏移梯度更新方法。

背景技術

隨著勘探目標越來越復雜，對于成像結果的精確性、分辨率和保幅性也提出了更高的要求。常規的一些偏移方法，例如逆時偏移、Kirchhoff偏移等，其精確性通常會受到地震數據噪音、不規則采樣、有限偏移距等影響。

最小二乘偏移(Least Square Migration，LSM)作為一個反演問題不斷的迭代擬合正演模擬的地震記錄和實際觀測的地震記錄，隱含考慮了Hessian矩陣對振幅的影響，可以減少常規偏移過程中產生的假象，具有更高的成像精度以及保幅性等優勢，可以獲得更加精確的反演目標。Tarantola(1984)理論推導了二范數意義下波場殘差最小二乘目標函數，通過目標函數的下降，不斷的迭代反演成像剖面，證明了常規的偏移結果只是最小二乘偏移的第一步迭代。Nemeth et al.(1999)對不完整數據進行了最小二乘Kirchhoff偏移并取得了很好的效果，進一步展示了最小二乘偏移的優勢。目前，最小二乘逆時偏移(LeastSquare Reverse Time Migration，LSRTM)的研究也取得了很大進展。但是，當速度體存在強反射界面或者地震記錄含有大量折射波時，基于伴隨狀態法求取的目標函數梯度會產生很強的低頻噪音，在迭代過程中會干擾成像精度、降低收斂速度。

發明內容

針對伴隨狀態法求取目標函數梯度，收斂速度和計算效率受低頻噪音影響的問題，本發明的目的是提供一種最小二乘逆時偏移梯度更新方法，該方法可以加快目標泛函梯度收斂速度，提高偏移剖面的更新效率。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種最小二乘逆時偏移梯度更新方法，其特征在于包括以下步驟：1)根據真實速度模型得到初始速度模型，建立二范數意義下波場殘差目標泛函；2)采用基于CUDA計算平臺，CPU/GPU協同并行加速方法正演模擬聲波方程，存儲震源邊界波場和最后時刻的全部區域波場；3)利用存儲的邊界波場和最后時刻的全部區域波場逆時重建震源波場，利用伴隨狀態法逆時反傳殘差波場獲得伴隨狀態變量，利用逆散射條件更新單炮目標泛函相對于模型參數的梯度，判斷是否滿足多炮循環條件，如果是，重復執行步驟3)并累加單炮目標泛函梯度，如果否，利用目標泛函梯度計算共軛梯度方向；4)基于線性Born近似正演模擬震源波場和共軛梯度波場數據，判斷是否滿足多炮循環條件，如果是，重復步驟4)并累加每炮共軛梯度波場數據，如果否，計算迭代步長；5)更新偏移剖面和波場殘差，進入下一步迭代更新；6)判斷是否滿足迭代條件，如果否，終止迭代并輸出迭代剖面，如果是，返回步驟2)迭代更新。

進一步，所述步驟1)中，波場殘差目標泛函建立過程如下：采用高斯函數對真實速度模型進行平滑處理，得到初始平滑速度模型；波場殘差為反偏移方程數值模擬的地震記錄和野外觀測的地震記錄振幅差值，二范數意義下波場殘差目標泛函如下：

其中，d_syn為反偏移的理論數據，d_obs為觀測的去除直達波的地震記錄，ng為炮點的數目，ns為檢波點的數目，x_r為檢波點，x_s為震源，w角頻率。