[發(fā)明專利]有限差分模擬彈性波全波形反演方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011239881.4
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN114460640A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭振波;孫鵬遠(yuǎn);黃少卿;姚雪峰;李建峰;李斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 薛平;周曉飛

本發(fā)明提供一種有限差分模擬彈性波全波形反演方法和裝置，該方法包括：根據(jù)縱橫波速度模型，確定速度?擬應(yīng)力彈性波動方程的縱橫波差分參數(shù)；所述速度?擬應(yīng)力彈性波動方程的縱橫波差分參數(shù)，包括：縱橫波有限差分離散格式，縱橫波差分系數(shù)，縱橫波穩(wěn)定性條件，縱橫波頻散條件，初始條件，邊界條件；采用GPU共享內(nèi)存優(yōu)化策略，結(jié)合速度?擬應(yīng)力彈性波動方程的縱橫波差分參數(shù)，建立速度?擬應(yīng)力彈性波動方程，進(jìn)行時間四階精度有限差分模擬，獲得時間四階精度有限差分模擬結(jié)果；根據(jù)時間四階精度有限差分模擬結(jié)果和速度?擬應(yīng)力彈性波動方程，進(jìn)行時間域彈性波全波形反演，確定縱橫波速度模型。實(shí)現(xiàn)了高效的彈性波場模擬和縱橫波速度模型反演。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種有限差分模擬彈性波全波形反演方法和裝置。

背景技術(shù)

本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明的實(shí)施方式提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

隨著勘探開發(fā)環(huán)境的復(fù)雜化，地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)正面臨著新的嚴(yán)峻考驗(yàn)。地震資料處理的關(guān)鍵任務(wù)就是對地下介質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行清晰的高精度成像，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提條件是要有準(zhǔn)確的速度參數(shù)。為了獲得準(zhǔn)確的地下模型信息，近年來許多方法得以發(fā)展，例如旅行時層析成像、立體層析、偏移速度分析、波形反演等。層析成像基于高頻近似假設(shè)，其分辨率往往較低，而全波形反演可以利用地震走時、振幅、相位等多種波形信息，因此能夠得到精確的高分辨率模型，而且理論上全波形反演適合所有類型的波，這使得全波形反演成為近年來人們研究的熱點(diǎn)。

由于當(dāng)前地震成像需要解決的問題變得越來越復(fù)雜化和精細(xì)化，單一縱波成像已經(jīng)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，這主要原因是：1)單一縱波成像無法準(zhǔn)確刻畫地下構(gòu)造信息；2)單一縱波成像結(jié)果不能充分反映地下巖石參數(shù)。為了充分估計(jì)地下巖石參數(shù)的性質(zhì)，需提供彈性多波的成像信息。因此，為了彌補(bǔ)單獨(dú)依靠縱波進(jìn)行成像的不足，彈性波全波形反演顯得十分重要，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。

彈性波全波形反演的核心部分是波動方程數(shù)值模擬技術(shù)。波動方程正演求解的方法有很多，如有限差分法、有限元法、邊界元法、偽譜法和譜元法等。相對于其他方法而言，有限差分法具有計(jì)算速度快、占用內(nèi)存小，且可以方便地實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，因此該方法被廣泛地應(yīng)用于波動方程數(shù)值模擬。目前，有限差分方法在空間差分精度優(yōu)化方面已經(jīng)趨于成熟，基于交錯網(wǎng)格技術(shù)的有限差分方法可以實(shí)現(xiàn)空間任意偶數(shù)階精度。然而，有限差分模擬中的時間頻散誤差對波場模擬結(jié)果有比較大的影響。該現(xiàn)象主要表現(xiàn)為模擬的波場相位超前和同相軸增多，為了提高模擬結(jié)果的精度，很多學(xué)者研究時間高階有限差分壓制波場模擬中的時間頻散的方法，從而增大模擬波場的時間步長，在提高計(jì)算精度的同時又保證了計(jì)算效率。目前大多數(shù)時間高階優(yōu)化方法是基于聲波方程的，對彈性波時間高階優(yōu)化方法的研究較少。相比于聲波方程而言，彈性波方程可以模擬縱波(P)和橫波(S)信息，并且縱橫波的頻散關(guān)系不同。有學(xué)者提出了一種基于S波頻散關(guān)系的彈性波有限差分系數(shù)，但模擬P波的結(jié)果存在誤差。后來發(fā)展了同時使用P和S波的頻散關(guān)系來優(yōu)化差分系數(shù)的方法，能達(dá)到減少時間頻散的目的。此外，還有學(xué)者提出了一種基于速度-擬應(yīng)力的彈性波方程，并給出了其優(yōu)化后的時間四階和六階精度的差分系數(shù)。該方程既可以自然地實(shí)現(xiàn)P波和S波分離，又可以實(shí)現(xiàn)縱橫波的高精度模擬。從計(jì)算效率和計(jì)算精度上看，該模擬方法優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

然而，當(dāng)前的彈性波全波形反演都是基于時間二階有限差分算子的，當(dāng)采用較大的時間步長并進(jìn)行長時間的波場模擬時，會引入比較明顯的時間頻散，從而影響彈性波正演模擬和全波形反演的精度和效率。綜上所述，現(xiàn)有的基于有限差分模擬的彈性波全波形反演方法，存在時間模擬精度低，計(jì)算效率低等問題。

因此，如何提供一種新的方案，其能夠解決彈性波全波形反演存在的上述技術(shù)問題是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種有限差分模擬彈性波全波形反演方法，實(shí)現(xiàn)了高效的彈性波場模擬和縱橫波速度模型反演，該方法包括：