基于牛顿迭代的表层多次波压制方法、系统及识别仪技术方案

本发明专利技术属于海上地震波数据识别技术领域，公布了基于牛顿迭代的表层多次波压制方法、系统及识别仪。对于给定的时空域地震数据，对共炮点道集进行傅里叶变换，得到频率域地震数据；对由傅里叶变换得到的频率域地震数据，进行基于牛顿迭代的全波场反演求取一次波，迭代后得到频率域地震数据；对频率域地震数据做反傅里叶变换，得到时空域地震数据；经过多次迭代压制多次波后得到时空域一次波数据。本发明专利技术实现了对目标函数的更高维逼近，避免了繁琐的求取步长、下降梯度的过程，加快收敛速度，减少了迭代次数。本发明专利技术技术方案可用于提高多次波压制方法的精度，增大计算效率；可以应对横向变换较为剧烈的地下介质。变换较为剧烈的地下介质。变换较为剧烈的地下介质。

【技术实现步骤摘要】
基于牛顿迭代的表层多次波压制方法、系统及识别仪


[0001]本专利技术属于海上地震波数据识别及海上地震数据处理
，尤其涉及基于牛顿迭代的表层多次波压制方法、系统及识别仪。

技术介绍

[0002]海上资料处理中，受到海水上表面强反射系数影响，易造成多次波普遍，能量强现象，严重干扰海上地震数据处理和解释流程；且多次波存在对反射波的振幅和能量造成严重干扰，导致地震数据成像不能与地质构造一一对应，严重阻碍了地下构造的精确成像。而且由于多次波与一次波形态相似，一般方法较难对多次波进行彻底压制。目前多次波压制手段主要为直接滤除法、预测相减法和反演预估法三类，直接滤波法根据一次波与多次波可分离的特性从而将两者分开，对于多构造的复杂情况较难适用。预测相减法基于波的动力学特征预测算子，但是因为预估能量与实际有差异，所以在相减法压制多次波前需要对所预测的多次波做振幅自适应调整，进而实现多次波噪声消除。
[0003]工业常用的预测相减法为表层相关多次波压制方法SRME，通过匹配测量数据与预估模型之间的最小能量差来计算多次波模型，在实际条件中较难满足，且要求数据必须为规则采集方式。而反演方法直接计算一次波，可避免有效信号损伤，但由于双参数反演容易出现多解性。闭环表层相关多次波压制算法CL
‑
SRME基于SRME理论，弥补了SRME容易损害信号的缺陷，用反演过程替代了消减多次波的过程，可以通过目标函数直接反演所需要的信息。常规CL
‑
SRME方法使用梯度法对反演参数进行反演，受限于梯度法的下降速度，需要先计算下降方向后逐步靠近目标值，其迭代过程比较漫长，而且对位于函数真值附近的迭代速度会逐渐降低，极大的影响计算效率，由于下降方向是梯度方向，所以前一次搜索方向与后一次搜索方向是垂直的，这就会使得搜索路径呈锯齿状，且下降方向是交替平行的梯度方向，这样的锯齿扭摆现象容易造成迭代早停而导致结果无法收敛到最优点，同时，在极值点附近，梯度值逐渐减小，迭代步长变短，导致迭代次数迅速增加，导致远离极值点处的迭代收敛速度较快，而靠近极值点的地方收敛速度变缓。
[0004]因此，考虑用收敛速度更快，计算精度更高的牛顿法替代梯度法来提高常规表层多次波压制方法的计算速度，同时牛顿法没有搜索步长的计算步骤，可以避免梯度法后期迭代收敛乏力情况的出现。对于提高地震资料处理水平和地震成像精度，丰富和发展地震资料处理理论有着重要的意义。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，需地下精确的构造模型，才能以应对较复杂情况的地下介质，同时常规表层多次波压制方法基于梯度法收敛速度缓慢，搜索下降方向是交替平行的梯度方向，在极值点附近，梯度值逐渐减小，迭代步长变短，会导致迭代次数迅速增加，从而导致投入成本大，再者现有技术由于需各种条件的满足，只要一条件改变，使得计算地下介质的数据识别准确度降低，而且现有技术计算量大，劳动成本高。

技术实现思路

[0006]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了基于牛顿迭代的表层多次波压制方法、系统及识别仪，具体涉及一种基于牛顿迭代的表层多次波压制方法及基于牛顿迭代的表层多次波压制系统。
[0007]还涉及地球物理勘探
，输入数据为原始数据，利用自适应相减法得到初始预估的多次波模型和表层算子，并基于最小二乘原理设定与一次波相关的目标函数，然后基于牛顿迭代对目标函数进行残差趋于零直接求解一次波的预估结果。本专利技术通过用牛顿法计算反演参数的下降收敛方向，省略了反演过程中搜索步长的计算步骤，避免出现迭代后期收敛乏力的情况。本专利技术通过层状介质模型和pluto复杂模型两套模拟地震数据验证了本专利技术提出的基于牛顿迭代的表层多次波算法压制多次波的有效性和适用性。
[0008]所述技术方案如下：基于牛顿迭代的表层多次波压制方法利用原数据本身自适应相减，计算得到初始的多次波预估模型，根据最小二乘原理设置目标函数，使一次波场采用牛顿迭代迭代法逐渐迭代至收敛接近真值，若干次迭代后得到所需要的压制多次波后的一次波模型；具体包括以下步骤：
[0009]S1，根据给定的时空域地震数据，对共炮点道集进行傅里叶变换，得到频率域地震数据；
[0010]S2，利用最小二乘原理对一次波设置目标函数；
[0011]S3，对由傅里叶变换得到的频率域地震数据，自适应相减后得到初始预估的多次波模型和表层算子；
[0012]S4，根据目标函数，基于牛顿迭代进行全波场反演求取一次波P0(x
s
,x
r
,ω)，P0(x
s
,x
r
,ω)为不含多次波的频率域一次波数据，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，ω为频率。首先求取目标函数关于P0(x
s
,x
r
,ω)的梯度g，然后求取目标函数关于P0(x
s
,x
r
,ω)的二次偏导数G；
[0013]S5，根据推导的迭代公式进行迭代求解得到i次迭代后的频率域一次波P
0,i
(x
s
,x
r
,ω)，对频率域一次波P
0,i
(x
s
,x
r
,ω)做反傅里叶变换，得到时空域地震数据P
0,i
(x
s
,x
r
,t)，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，t为时间。
[0014]在步骤S1中，所述给定的时空域地震数据中，由时空域向频率域变换的公式为：
[0015][0016]式中，P(x
s
,x
r
,ω)为频率域地震数据，P(x
s
,x
r
,t)表示时空域原始数据，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，t为时间，ω为频率，e为e指数。
[0017]在步骤S2中，所述对一次波设置目标函数为：
[0018][0019]其中，J为目标函数，ω为频率，P(x
s
,x
r
,ω)表示频率域地震数据，P
o,i
(x
s
,x
r
,ω)表示i次迭代后的频率域一次波数据，A为表层算子。
[0020]在步骤S3中，所述由傅里叶变换得到的频率域地震数据为：P(x
s
,x
r
,ω)，利用数据自身自适应相减后得到初始预估的多次波模型M(x
s
,x
r
,ω)和表层算子A。
[0021]在一个实施例中，对频率域地震数据P(x
s
,x
r
,ω)依据如下步骤进行基于牛顿迭代的表层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，该方法利用原数据本身自适应相减，计算得到初始的多次波预估模型，根据最小二乘原理设置目标函数，使一次波场采用牛顿迭代迭代法逐渐迭代至收敛接近真值，若干次迭代后得到所需要的压制多次波后的一次波模型；具体包括以下步骤：S1，根据给定的时空域地震数据，对共炮点道集进行傅里叶变换，得到频率域地震数据；S2，利用最小二乘原理对一次波设置目标函数；S3，对由傅里叶变换得到的频率域地震数据，自适应相减后得到初始预估的多次波模型和表层算子；S4，根据目标函数，基于牛顿迭代进行全波场反演求取一次波P0(x
s
，x
r
，ω)，P0(x
s
，x
r
，ω)为不含多次波的频率域一次波数据，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，ω为频率；S5，根据推导的迭代公式进行迭代求解得到i次迭代后的频率域一次波P(x
s
，x
r
，ω)，P(x
s
，x
r
，ω)为频率域地震数据，对频率域一次波P
0，i
(x
s
，x
r
，ω)做反傅里叶变换，得到时空域地震数据P
0，i
(x
s
，x
r
，t)，t为时间。2.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述给定的时空域地震数据中，由时空域向频率域变换的公式为：式中，P(x
s
，x
r
，t)表示时空域原始数据，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，t为时间，ω为频率，e为指数，i表示当前第i次迭代。3.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述对一次波设置目标函数为：其中，J为目标函数，ω为频率，P(x
s
，x
r
，ω)表示频率域地震数据，P
o，i
(x
s
，x
r
，ω)表示i次迭代后的频率域一次波数据，A为表层算子。4.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，在步骤S3中，所述由傅里叶变换得到的频率域地震数据包括：频率域地震数据P(x
s
，x
r
，ω)利用数据自身自适应相减后得到初始预估的多次波模型M(x
s
，x
r
，ω)和表层算子A。5.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，在步骤S4中，根据目标函数，基于牛顿迭代进行全波场反演求取一次波P0(x
s
，x
r
，ω)包括：首先求取目标函数关于P0(x
s
，x
r
，ω)的梯度g，然后求取目标函数关于P0(x
s
，x
r
，ω)的二次偏导数G。6.根据权利要求4所述的基于牛顿迭代的表层多次波压制方法，其特征在于，在步骤S5中，对频率域一次波P
0，i
(x
s
，x
r
，ω)做反傅里叶变换，得到时空域地震数据P
0，i
(x
s
，x
r
，t)，包括：
a.频率域中含有多次波的地震数据表示为：P(x
s
，x
r
，ω)＝P0(x
s
，x
r
，ω)(I+AP(x
s
，x
r
，ω))式中，P(x
s
，x
r
，ω)为含有多次波的频率域地震数据，A为表层算子，P0(x
s
，x
r
，ω)为不含多次波的频率域一次波数据，x
s
为地震数据炮点位置坐标，x
r
为地震数据检波器的偏移距，ω为频率，I为单位矩阵；b.根据一次波与原始数据的表达式，利用最小二乘拟合建立拟合残差函数V，表示为：V＝P(x
s
，x
r
，ω)
‑
P0(x
s
，x
r
，ω)
‑
P0(x
s
，x
r
，ω)AP(x
s
，x
r
，ω)残差函数V的共轭转置V
H
写作：其中，V为残差函数，上角标H为共轭转置；c.根据残差函数建立目标函数J：式中，j为目标函数，P
o，i
(x
s
，x
r
，ω)表示i次迭代后的频率域一次波数据；d.由更新后得到的P0(x
s
，x
r
，ω)与P(x
s
，x
r
，ω)做时空域的二维褶积得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：明君，徐德奎，张志军，黄江波，谭辉煌，丁洪波，肖广锐，王伟，张金辉，马振，段新意，薛明星，韩明亮，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司天津分公司，
类型：发明
国别省市：