来自并发地球物理源的数据的迭代反演制造技术

一种减少执行地球物理反演所需时间的方法，该方法通过在反演过程的仿真步骤中利用并发的已编码源来实现。地球物理勘探数据通过编码（３）一组源集合（１），为每个集合采用选自不等同的编码信号集（２）的不同编码信号来准备。然后，通过求和与每个集合的相同接收器对应的所有微量来对已编码的集合求和（４），从而产生并发已编码集合。（可替代地，从并发的已编码源获得地球物理数据。）然后，反演需要的仿真步骤利用特定的假设速率（或其它物理属性）模型（５）来计算，而并发激活的已编码源利用与所测量数据使用的相同编码方案来计算。结果是产生更新的物理属性模型（６），该模型可利用额外的迭代被进一步更新（７）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0002本申请一般涉及地球物理勘探领域，且更具体地涉及地球物理 数据处理。具体的，本专利技术是从多个地球物理源诸如地震源获得的数据 的一种反演方法，包含地球物理仿真，该方法在仿真的一次执行中计算 来自许多同时活动的地球物理源的数据。
技术介绍
0003地球物理反演[1,2]试图找到一种最佳解释观测到的数据并满足 地质和地球物理约束的地下属性模型。存在大量众所周知的地球物理反 演的方法。这些众所周知的方法属于迭代反演和非迭代反演两种类别中 的一种。以下是两种类别的每种通常表示的定义 非迭代反演——该类反演通过假设某个简单的背景模型并基于输入数 据更新该模型来实现。这种方法并不将更新的模型用作反演的下一步骤 的输入。对于地震数据的情形，这些方法通常被称为成像、移植、衍射、 层析或博恩(Bom)反演。 迭代反演一一该类反演涉及地下属性模型的反复改进，以便找到圆满 解释观测数据的模型。如果这种反演收敛，则最终的模型将更好地解释 观测的数据并且将更接近于实际的地下属性。迭代反演相对于非迭代反 演通常产生更为准确的模型，但是计算费用更为昂贵。0004地球物理学中通常使用的两种迭代反演方法是成本函数优化和 级数方法。成本函数最优化涉及有关模型M的成本函数S (M)的值的 迭代最小化或最大化，该成本函数S (M)是对计算的数据和观测的数据 不匹配(misfit)的度量(有时也被称为目标函数)，其中计算的数据通过计算机使用当前的地球物理属性模型以及在给定的地球物理属性模型所 表示的媒介中源信号的物理控制传播进行仿真。仿真计算可以通过包括但不限于有限差分、有限元或光线跟踪(ray tracing)的众多数值方法中 的任意一种来完成。级数方法涉及散射方程(Weglein[3])的迭代级数解 的反演。解以级数的形式书写，其中级数中的每一项对应散射的较高阶。 此情形下的迭代对应于向解中添加级数中更高阶的项。0005成本函数优化方法可以是局部的或全局的[4]。全局方法只是涉 及为模型群体(MhM2，M3，…)计算成本函数S(M)，以及从该群体中选择一 个或多于一个模型的集合，该集合近似地将S(M)最小化。如果期望进一 步的改善，这个新选择的模型集然后可以被用作产生新模型群体的基础， 这些新模型可再次针对成本函数S(M)被测试。对于全局方法，测试群体 中的每个模型可被视为一次迭代，或者在更高等级，每个被测试群体的 集合可被视为一次迭代。众所周知的全局反演方法包括蒙特卡罗(Monte Carlo)、仿真的退火、遗传和进化算法。0006局部成本函数优化涉及1. 选择初始模型；2. 计算关于描述模型的参数的成本函数S(M)的梯度；3. 搜索更新的模型，该模型是起始模型在梯度方向的扰动，其更好 地解释了观测的数据。对于另一次梯度搜索，通过将新更新的模型用作初始模型来将此过程进 行迭代。该过程继续直至找到可以令人满意地解释观测的数据的更新模 型。常用的局部成本函数反演方法包括梯度搜索、收敛梯度和牛顿 (Newton)的方法。0007如上所述，迭代反演优于非迭代反演，因为迭代反演产生更准 确的地下参数模型。遗憾的是，迭代反演在计算上是如此昂贵以致于将 其应用到很多兴趣问题是不实用的。这个高额的计算费用是由以下事实 导致的所有反演技术需要很多计算密集的正向和/或反向仿真。正向仿 真指前面时间数据的计算，而反向仿真指后面时间数据的计算。任何单 个仿真的计算时间与要反演的源的数量成比例，并且地球物理数据中通 常有大量的源。在迭代反演中，这个问题恶化，因为在反演中必须计算的仿真数量与迭代的数量成比例，并且需要的迭代数量通常成百上千。0008可通过对来自源的组合的数据进行反演而不单个地反演源来降 低所有类别的反演的计算成本。这可以称为并发源反演。若干类型的源 组合是已知的，包括对紧密间隔的源连续求和以产生有效源，该有效 源产生某一期望形状的波阵面(例如，平面波)，对宽间隔的源求和，或 在反演之前完全或部分堆叠数据。0009通过反演组合的源所获得的计算成本的降低借助以下事实至少 部分地得到弥补组合数据的反演通常产生不太准确的反演模型。精确 性的损耗是因为以下事实对各个源求和时信息会被损耗，并且因此被 求和的数据对被反演模型的约束没有不被求和的数据对该模型的约束强。求和过程中这种信息损耗可通过在求和之前编码每个激发记录(shot record)而被最小化。组合前的编码明显地保存了并发源数据中的更多信 息，并且因此更好地约束了反演。编码还允许紧密间隔的源的组合，因 此允许为给定计算区域组合更多源。各种编码方案可与这种技术一起使 用，包括时间位移编码和随机相位编码。
技术介绍
部分的剩余部分简要 地回顾了各种公开的地球物理并发源技术，包括己编码的和不编码的。0010Van Manen [5]提出利用地震干涉测量法来加速正向仿真。地震 干涉测量通过将源放在兴趣区域的边界上的每个地方来进行。这些源被 单独建模，并且需要Green (格林)函数的所有位置处的波场被记录。之 后，通过将在两个记录的位置获得的微量互相关以及对所有边界源求和 来计算任何两个记录的位置之间的Green函数。如果要反演的数据具有 在兴趣区域之内的大量源和接收器(与在边界上具有一个或另一个相 反)，则这是一种计算期望的Green函数的很有效的方法。但是，对于地 震数据的情形，要反演的数据的源和接收器均处于兴趣区域内是罕见的。 因此，这种改善对地震反演问题的适用性很有限。0011Berhout问和Zhang[7]提出反演通常可以通过反演不编码的并发 源得到改善，所述并发源被连续求和以产生在地下某一区域内的某一期 望的波阵面。例如，可以利用时间位移求和点源数据以在相对平面的某 一特定角度产生下行平面波，所述时间位移是源位置的线性函数。这种 技术可以应用到所有类别的反演。这种方法的问题是源集合的连续求和必然减少数据中的信息量。所以，例如，为产生平面波的求和去除了地 震数据中与传播时间和源-接收器偏移有关的所有信息。该信息对于更新缓慢变化的背景速率模型是关键的，因此Berkhout的方法没有被彻底约 束。为了克服这个问题，可以反演数据的很多不同的连续和(例如，具 有不同传播方向的很多平面波)，但是之后损失了效率，这是因为反演的 成本与反演的不同和的数量成比例。这种连续求和的源被称为广义的源。因此，广义的源可以是点源或点源的和，其产生某一期望形状的波阵面。0012Van Rid [8]提出通过不编码地堆叠或局部堆叠(相对源-接收器 偏移)输入地震数据来进行反演，之后定义将被优化的关于该堆叠的数 据的成本函数。因此，此出版物提出利用不编码的并发源改善基于成本 函数的反演。和对Berhout[6]的并发源反演方法成立的一样，该方法提出 的堆叠减少了要被反演的数据中的信息量，并且因此反演被约束的程度 比用原始数据约束反演的程度低。0013Mora [9]提出了对作为宽隔离源的和的数据的反演。因此，此出 版物提出利用不编码的并发源仿真提高反演的效率。对宽间隔源求和的 优点是保存的信息比Berkhout提出的连续和保存的信息多。但是对宽间 隔的源求和暗示了必须增加在反演中必须使用的孔(反演的模型区域) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反演测量的地球物理数据以为地下区域确定物理属性模型的计算机实现的方法，该方法包括：　（ａ）获取由所述测量的地球物理数据的两个或更多个已编码集合构成的一个分组，其中每个集合与单个广义源关联，或者利用源－接收器的互换性而与单个接收器关 联，并且其中每个集合使用选自不等同的编码信号集的不同编码信号进行编码；　（ｂ）通过对每个集合中对应于单个接收器（或者源，如果利用互换性）的所有数据记录求和及为每个不同接收器重复上述求和，来对所述分组中的所述已编码集合求和，从而产生并发 已编码集合；　（ｃ）假设所述地下区域的物理属性模型，所述模型提供遍及所述地下区域的各位置处的至少一个物理属性的值；　（ｄ）计算所假设的物理属性模型的更新，所述更新与来自步骤（ｂ）的所述并发已编码集合更为一致，所述计算包含一个或一 个以上已编码的并发源正向（或反向）仿真操作，所述仿真操作使用所假设的物理属性模型和已编码的源信号，所述已编码的源信号使用的编码函数与对所测量数据的对应集合进行编码所使用的编码函数相同，其中整个并发已编码集合在单个仿真操作中被仿真；　（ ｅ）重复步骤（ｄ）至少一次以上迭代，将来自步骤（ｄ）的先前迭代的更新的物理属性模型用作所假设的模型，以产生所述地下区域的进一步更新的物理属性模型，该进一步更新的物理属性模型与所测量数据的相应并发已编码集合更为一致，将与形成所测量数据的相应并发已编码集合中使用的编码信号相同的编码信号用于仿真中的源信号；以及　（ｆ）下载所述进一步更新的物理属性模型或将其保存到计算机存储器上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-9-28 60/847,6961.一种反演测量的地球物理数据以为地下区域确定物理属性模型的计算机实现的方法，该方法包括(a)获取由所述测量的地球物理数据的两个或更多个已编码集合构成的一个分组，其中每个集合与单个广义源关联，或者利用源-接收器的互换性而与单个接收器关联，并且其中每个集合使用选自不等同的编码信号集的不同编码信号进行编码；(b)通过对每个集合中对应于单个接收器(或者源，如果利用互换性)的所有数据记录求和及为每个不同接收器重复上述求和，来对所述分组中的所述已编码集合求和，从而产生并发已编码集合；(c)假设所述地下区域的物理属性模型，所述模型提供遍及所述地下区域的各位置处的至少一个物理属性的值；(d)计算所假设的物理属性模型的更新，所述更新与来自步骤(b)的所述并发已编码集合更为一致，所述计算包含一个或一个以上已编码的并发源正向(或反向)仿真操作，所述仿真操作使用所假设的物理属性模型和已编码的源信号，所述已编码的源信号使用的编码函数与对所测量数据的对应集合进行编码所使用的编码函数相同，其中整个并发已编码集合在单个仿真操作中被仿真；(e)重复步骤(d)至少一次以上迭代，将来自步骤(d)的先前迭代的更新的物理属性模型用作所假设的模型，以产生所述地下区域的进一步更新的物理属性模型，该进一步更新的物理属性模型与所测量数据的相应并发已编码集合更为一致，将与形成所测量数据的相应并发已编码集合中使用的编码信号相同的编码信号用于仿真中的源信号；以及(f)下载所述进一步更新的物理属性模型或将其保存到计算机存储器上。2. 根据权利要求1所述的方法，其中成本函数被优化以更新步骤(d) 中的所述模型，所述成本函数度量所述并发已编码集合和仿真的并发已 编码集合之间的不匹配程度。3. 根据权利要求1所述的方法，在步骤(d)之后和步骤(e)之前 进一步包括更改步骤(a)中分配的所述编码信号，以及重复步骤(b) 以获得所测量数据的不同的并发己编码集合，然后在执行步骤(e)时使 用该不同的并发已编码集合。4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括如步骤(a)中那样获 取所测量的地球物理数据的两个或更多个已编码集合的至少一个附加分 组，以及为每个附加分组执行步骤(b)，然后积累来自步骤(d)的所述 物理属性模型的对应更新，其中步骤(e)中要使用的所更新的物理属性 模型基于所累积的更新。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所测量数据的所述已编码集合 通过使用为所述集合选择的编码信号对所述集合的所有微量进行时间巻 积而被编码。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所测量数据的所述两个或更多 个已编码集合通过从地球物理勘探获得数据的集合而获得，在所述地球 物理勘探中，数据从多个并发运转、独特编码的源设备中获取。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述测量的地球物理数据来自 地震勘探。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述广义的地震源或者是所有 点源或者是所有平面波源。9. 根据权利要求5所述的方法，其中所述测量的地球物理数据包括 测量或估计的每个源激活的信号并且所述仿真操作中使用的所述已编码 源信号是通过使用与步骤(a)中用于编码对应的所测量集合的编码函数 相同的编码函数对所述测量或估计的源信号进行时间巻积而得到的信 号。10. 根据权利要求5所述的方法，其中所述编码函数的类型选自线性 的、随机相位、啁啾声信号、修改的啁啾声信号、随机时间位移和频率 独立的相位编码。11. 根据权利要求5所述的方法，其中所述编码函数具有用于一些 源的一种类型和用于其它源的另一类型。12. 根据权利要求2所述的方法，其中所述编码函数被优化以提高所 述选择的成本函数的质量。13. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)中的所述正向或反 向仿真操作使用有限差、有限元或有限体积仿真码执行。14. 根据权利要求7所述的方法，其中所述物理属性模型是地震波速 率、地震弹性参数、地震各向异性参数或地震滞弹性参数的模型。15. 根据权利要求2所述的方法，其中诸如蒙特卡罗、仿真的退火、 遗传或进化算法的全局成本函数优化方法被用于更新所述模型。16. 根据权利要求2所述的方法，其中诸如梯度线搜索、共轭梯度或 牛顿方法的局部成本函数优化方法被用于更新所述模型。17. 根据权利要求2所述的方法，其中所述成本函数是L1范数成本 函数或者L2范数成本函数，并且所述成本函数可以包含正则化项。18. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)通过以下步骤执行(i) 选择描述所述地下区域中波散射的散射方程的迭代级数解；(ii) 以所述级数的前n项开始，其中w》1，所述前n项对应所述地 下区域的假设的物理属性模型；(iii) 计算级数中的下一项，所述计算包含一个或一个以上已编码的并发源正向(或反向)仿真操作，这些操作使用所述假设的物理属性模 型和编码的源信号，所述编码的源信号采用的编码函数与用于编码所测 量数据的对应集合的编码函数相同，其中整个并发已编码集合在单个仿 真操作中被仿真，并且所仿真的已编码集合和测量的已编码集合以和步骤(i)中被选迭代级数一致的方式被组合；以及(iv)通过向所述假设的模型中添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR克雷博斯，JE安德松，R尼拉曼尼，C京，D金克利，TA迪肯斯，CE克鲁思，P翠宁，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]