时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统，该方法包括：对弹性波包络波形进行反演；建立纵横波初始速度的模型；基于纵横波初始速度的模型，进行弹性波多参数全波形的反演；获取纵横波速度和密度。其优点在于：本方法不受低频信息缺失的影响，可以有效恢复背景速度场，给后续的反演提供一个精度较高的初始速度模型，两步法多参数反演策略相比于常规的多参数同时反演，更好地考虑了纵横波速度和密度之间的相互影响，得到高精度的纵横波速度和密度的反演结果，通过时间域弹性波多参数反演策略可以在低频信息缺失的情况下实现纵横波速度和密度的高精度建模。

【技术实现步骤摘要】
时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统
本专利技术涉及油气地震勘探领域，更具体地，涉及一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统。
技术介绍
波场的复杂性以及纵横波速度和密度之间的相互耦合使得多参数反演有非常强的非线性，这极大地增加了反演的难度。此外常规检波器受自身条件的限制，接受到的炮记录低频部分信噪比低不能使用，如何在低频缺失的情况下实现高精度的参数建模是一个亟待解决的问题。目前业界针对低频缺失情况下的建模方法有很多。LuoandSchuster(1991)采用基于互相关函数的初至波走时层析，通过改变误差泛函来降低非线性。Zhang等(2011)在此方法的基础上进行了改善并运用于反射波走时层析中。互相关函数可以有效的削弱目标函数的非线性，但是它需要人为地进行同相轴的拾取，这样会降低反演的效率并引入人工误差。等(2011)提出利用包络和瞬时相位来构建目标泛函进行反演。包络求取时所采用的希尔伯特变换可以将振幅和相位分离，降低反演的非线性。王官超等(2016)采用弹性波包络波形进行了纵横波速度和密度的反演，为后续的全波形反演提供了低频信息丰富的初始模型，但是最终反演结果的精度仍然较低。如何在低频信息缺失时，利用包络波形反演，制定合理的多参数反演策略，提高反演精度，这类方法未见相应的文献研究。常规的声波全波形反演主要反演纵波速度，将地下介质近似的看成是声波介质。如果只是单纯的考虑纵波速度并不能很好的反应地下介质的真实情况，不能为后续的地震资料解释所需要的横波速度、纵横波波阻抗等信息。常规检波器由于受到自身条件的限制，接收到的地震信号低频段失真，信噪比较低。而丰富的低频信息是全波形反演恢复背景介质的关键。如何在低频信息缺失的情况下进行高精度的多参数反演建模是一个亟待解决的问题。因此，有必要开发一种：不受炮记录低频失真或是信噪比较低的限制，能够得到较为理想的初始速度场，最终多参数反演结果精度较高的时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统，其能够通过对弹性波多参数全波形的反演，能够获得较为理想的初始速度场，最终多参数反演结果精度较高。根据本专利技术的一方面，提出了一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法，所述方法包括：对弹性波包络波形进行反演；建立纵横波初始速度的模型；基于所述纵横波初始速度的模型，进行弹性波多参数全波形的反演；获取纵横波速度和密度。优选地，所述建立纵横波初始速度的模型包括：基于包络目标泛函数，计算纵横波速度和密度的梯度；所述纵横波的梯度预处理后，对所述梯度能量加权，获取新的梯度；通过基于预处理条件的有限内存拟牛顿算法优化迭代算法完成所述纵横波初始速度的模型的更新；所述迭代完成，输出所述纵横波初始速度的模型。优选地，所述包络目标泛函数为：J＝||Emod-Eobs||2式中，Emod为模拟的多分量地震数据dmod的包络；Eobs为野外观测多分量地震数据dobs的包络；其中，包络式中，表示地震记录的希尔伯特变换。优选地，通过共轭状态法获取所述包络目标泛函数关于所述纵横波速度的梯度：式中，H{}为希尔伯特变换；纵波速度与横波速度；优选地，所述纵横波的梯度预处理是通过震源点和接收点的波场能量同时对所述梯度进行加权，所述新的梯度为：式中，us(x,z)为t时刻的震源点的波场值；ur(x,z)为t时刻的检波点的波场值；▽newJ为▽J进行正传波场与反传波场能量加权后的结果。优选地，所述基于预处理条件的有限内存拟牛顿算法优化迭代算法在所述迭代过程中保存前n次迭代的参数修正值及信息。优选地，所述参数修正值为：式中，为简单正定矩阵；sk＝mk+1表示第k+1个模型参数变量；yk＝▽mJ表示sk对应的模型参数梯度；分别表示基于sk和yk的矩阵计算表达式。优选地，通过两步法进行所述弹性波多参数全波形的反演。优选地，所述两步法的弹性波多参数全波形的反演包括：固定所述密度，以包络波形反演的结果作为初始模型计算所述纵横波速度的梯度；对所述梯度能量加权，获取新的梯度；通过基于预处理条件的有限内存拟牛顿算法优化迭代算法完成所述纵横波初始速度的模型的更新；达到迭代次数，输出计算的新的纵横波速度和密度的梯度，未达到迭代次数则重复上述步骤；基于输出的所述纵横波速度和密度的梯度，经过能量加权后，并通过基于预处理条件的有限内存拟牛顿算法优化迭代算法更新所述新的纵横波速度和密度；达到迭代次数，输出所述纵横波速度和密度的反演结果，为逮到迭代次数，则重新输出计算的所述新的纵横波速度和密度的梯度。根据本专利技术的另一方面，提出了一种时间域弹性波多参数全波形的反演系统，所述系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：对弹性波包络波形进行反演；建立纵横波初始速度的模型；基于所述纵横波初始速度的模型，进行弹性波多参数全波形的反演；获取纵横波速度和密度。本专利技术的一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法及系统，其优点在于：本方法不受低频信息缺失的影响，可以有效恢复背景速度场，给后续的反演提供一个精度较高的初始速度模型，两步法多参数反演策略相比于常规的多参数同时反演，更好地考虑了纵横波速度和密度之间的相互影响，得到高精度的纵横波速度和密度的反演结果，通过时间域弹性波多参数反演策略可以在低频信息缺失的情况下实现纵横波速度和密度的高精度建模。本专利技术的方法和系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。图1示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法的步骤的流程图。图2示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的建立纵横波初始速度的模型的步骤的流程图。图3示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的两步法弹性波多参数全波形反演的步骤的流程图。图4a、图4b和图4c分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的真实速度场的纵波速度模型、横波速度模型和密度模型的示意图。图5a、图5b和图5c分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的初始速度场的纵波速度模型、横波速度模型和密度模型的示意图。图6a和图6b分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的波动方程正演模拟获得的观测地震记录的水平分量和垂直分量的示意图。图7a和图7b分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的通过观测地震记录求取的包络的水平分量和垂直分量的示意图。图8a和图8b分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的低频缺失时地震记录频谱与包络记录的频谱示意图。图9a和图9b分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的常规弹性波波形纵波速度和横波速度的反演结果的示意图。图10a和图10b分别示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的纵波速度和横波速度的包络反演结果的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其特征在于，所述反演方法包括：对弹性波包络波形进行反演；建立纵横波初始速度的模型；基于所述纵横波初始速度的模型，进行弹性波多参数全波形的反演；获取纵横波速度和密度。

【技术特征摘要】
1.一种时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其特征在于，所述反演方法包括：对弹性波包络波形进行反演；建立纵横波初始速度的模型；基于所述纵横波初始速度的模型，进行弹性波多参数全波形的反演；获取纵横波速度和密度。2.根据权利要求1所述的时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其中，所述建立纵横波初始速度的模型包括：基于包络目标泛函数，计算纵横波速度和密度的梯度；所述纵横波的梯度预处理后，对所述梯度能量加权，获取新的梯度；通过基于预处理条件的有限内存拟牛顿算法优化迭代算法完成所述纵横波初始速度的模型的更新；所述迭代完成，输出所述纵横波初始速度的模型。3.根据权利要求2所述的时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其中，所述包络目标泛函数为：J＝||Emod-Eobs||2式中，Emod为模拟的多分量地震数据dmod的包络；Eobs为野外观测多分量地震数据dobs的包络；其中，包络式中，表示地震记录的希尔伯特变换。4.根据权利要求3所述的时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其中，通过共轭状态法获取所述包络目标泛函数关于所述纵横波速度的梯度：式中，H{}为希尔伯特变换；纵波速度与横波速度。5.根据权利要求4所述的时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其中，所述纵横波的梯度预处理是通过震源点和接收点的波场能量同时对所述梯度进行加权，所述新的梯度为：式中，us(x,z)为t时刻的震源点的波场值；ur(x,z)为t时刻的检波点的波场值；为进行正传波场与反传波场能量加权后的结果。6.根据权利要求5所述的时间域弹性波多参数全波形的反演方法，其中，所述基于预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思宇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11