[發明專利]一種基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法及系統

有效

• 申請號: 202011081509.5
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112182481B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 程建超;潘志斌;高照奇;高靜懷;王洋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06N3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了一種基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法及系統，所述方法包括：步驟1，計算獲得待勘探地區的計算地震數據，測量獲得待勘探地區的實際地震數據；將計算地震數據和實際地震數據的擬合程度作為目標函數；步驟2，使用改進型差分進化算法優化步驟1獲得的目標函數，獲得待勘探地區的地下介質模型的物理參數，完成地震波形反演。本發明能克服傳統差分進化算法優化高維的地震波形反演問題時子成分差異大、各個維度間進化失衡的缺陷。

技術領域

本發明屬于科學和工程技術領域，特別涉及一種基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法及系統。

背景技術

石油和天然氣是人類社會發展的重要能源。隨著石油、天然氣的勘探程度越來越高，勘探目標也越發復雜；如何得到勘探目標復雜地下構造的精細刻畫成了石油天然氣勘探的難題之一。地震波形反演技術利用人工制造的地震波形中含有的關于地下介質的信息來構建一個精細的地下介質模型，因而能夠很好地指導油氣勘探。在地震波形反演的問題中，數據與模型之間的關系往往是強非線性的，一般的局部優化方法難以很好地應用到地震波形反演問題中；然而，差分進化算法作為一種全局優化算法，在整個搜索空間內進行搜索，不受限于初始模型，其在地震波形反演問題中得到廣泛應用。

差分進化(Differential Evolution)算法是由Rainer Storn和Kenneth Price在遺傳算法的基礎上提出的，本質是一種優化算法，用于求解多維空間中的全局最優解。差分進化算法受到自然界中生物適應性進化和“優勝劣汰”的自然選擇機制的啟發，將優化的過程模擬成進化過程，將優化目標看作是環境，將解向量則看作生物種群，在反復地正演中尋找問題的最優解。

地震波形反演問題的維度非常高,常在100維到1000維之間，利用差分進化算法在解決高維的波形反演的問題時，常面臨收斂精度不足和收斂速度慢的問題。目前的差分進化算法只在個體和種群兩個層面上進行操作，沒有利用到個體的子成分這一層面。在高維優化問題中各個維度的差異非常大，每一個維度的當前進化程度、收斂的速度也不盡相同。忽視子成分這一層面會導致個體在各個維度間進化失衡，最終影響波形反演的效果。

綜上，亟需一種新的基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法及系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法及系統，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明能夠克服利用傳統差分進化算法優化高維的地震波形反演問題時子成分差異大、各個維度間進化失衡的缺陷。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種基于改進型差分進化算法的地震波形反演方法，包括以下步驟：

步驟1，計算獲得待勘探地區的計算地震數據，測量獲得待勘探地區的實際地震數據；將計算地震數據和實際地震數據的擬合程度作為目標函數；

步驟2，使用改進型差分進化算法優化步驟1獲得的目標函數，獲得待勘探地區的地下介質模型的物理參數，完成地震波形反演；

其中，所述改進型差分進化算法具體包括以下步驟：

(1)隨機生成個體數量為預設值的初始化種群；

(2)對步驟(1)獲得的初始化種群進行差分進化算法迭代；其中，在每一次差分進化算法迭代時，保存最優個體的每一個維度的子成分；每間隔K次迭代，計算獲得K次迭代間所保存的子成分的每一個維度的標準差，以每一個維度的標準差作為衡量對應維度的子成分收斂程度的指標；

其中，任一維度的標準差計算方法表示為：

式中，j表示解向量的任意一個維度，μ_j表示第j維的子成分K次迭代的平均值，G表示當前迭代的次數，表示第G-i次迭代時最優個體的第j維的子成分；σ(j)表示第j維的子成分的收斂程度；