一种梯度分解的全波形反演方法及其设备与流程

本发明涉及油气勘探地球物理，具体为一种梯度分解的全波形反演方法及其设备。

背景技术：

1、在地震勘探开发领域中，速度建模是地震资料数据处理不可或缺的关键步骤之一，随着我国油气勘探开发的不断深入，勘探重点逐渐转向小尺度岩性储层，对于高精度速度建模需求日趋旺盛，全波形反演速度建模技术能够得到初步的地下速度模型参数场，但传统的全波形反演速度建模技术需要准确的初始速度模型，富含低频成分的原始地震记录，当初始速度模型不准确或低频成分不足时，反演容易陷入局部极值，严重制约地震资料数据处理的效果和成本。

2、随着我国油气勘探开发的不断深入发展，地下介质速度建模问题日益重要，因此，如何有效地提高速度建模的精度，是我国油气勘探开发领域面临的核心问题之一。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种梯度分解的全波形反演方法及其设备，解决了上述背景技术中提到的“传统的全波形反演速度建模技术需要准确的初始速度模型，富含低频成分的原始地震记录，当初始速度模型不准确或低频成分不足时，反演容易陷入局部极值，严重制约地震资料数据处理的效果和成本”问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种梯度分解的全波形反演方法，包括以下步骤：

5、步骤s1：数据采集

6、将设备安装在指定的位置进行记录；

7、步骤s2：数据预处理

8、对采集到的数据进行进一步的处理；

9、步骤s3：建立初始模型

10、选择或构建一个初步的地下模型，并将该模型将作为全波形反演的起点；步骤s4：进行正演模拟

11、利用步骤s3中所选择的地下模型进行模拟以及计算；

12、步骤s5：计算梯度

13、根据得到的梯度信息来更新地下模型从而来不断的改进模型。

14、优选的，所述步骤s1中包括

15、步骤s101：设备选择

16、选择地震传感器，类型为动圈式电磁传感器、电化学地震传感器、mems传感器其中一种；

17、步骤s102：位置选择

18、将步骤s101中选择好的设备布置在地表或者埋在地下，从而方便记录地震波传播的情况。

19、优选的，所述步骤s2中包括

20、步骤s201：获取数据

21、接收步骤s101中设备获取到的数据；

22、步骤s202：去噪处理

23、采用滤波方法，包括低通滤波、高通滤波和带通滤波；

24、步骤s203：时域和频域分析

25、采用绘制信号的时间序列图来直观地查看信号的波形和趋势，采用傅里叶变换可以将信号从时域转换为频域，显示信号中包含的不同频率成分及其振幅，采用公式如下

26、f(ω)＝∫[from-∞to+∞]f(t)*e^(-jωt)dt

27、其中，f(ω)是信号在频率域中的表示，f(t)是原始信号在时域中的表示，ω是角频率，j是虚数单位。

28、优选的，所述步骤s3中包括：

29、步骤s301：了解知识

30、了解地质学家的知识和地质地球物理学的研究成果；

31、步骤s302：建立模型

32、建立一个基于地层结构的初始模型，其中包括地层厚度、速度、密度。

33、优选的，所述步骤s4中包括：

34、步骤s401：初步输入数据

35、输入初始速度模型和观测地震记录，同时设置反演参数，根据所述初始速度模型、观测地震记录和反演参数生成全波形反演梯度；

36、步骤s402：梯度分解

37、利用poynting矢量分离方法对全波形反演梯度进行梯度分解，生成偏移模式梯度和层析模式梯度；

38、步骤s403：生成初步反演速度模型

39、基于所述步骤s402中的层析模式梯度，并且使用正交的共轭梯度法进行迭代，生成初步反演速度模型；

40、步骤s404：最终输入数据

41、输入初步反演速度模型，和观测地震记录，同时设置反演参数，根据所述初步反演速度模型、观测地震记录和反演参数生成全波形反演梯度；

42、步骤s405：生成最终反演速度模型

43、根据所述步骤s404中全波形反演梯度，使用正交的共轭梯度法进行迭代，生成最终的反演速度模型。

44、优选的，所述步骤s401中涉及的参数包括速度模型的空间采样步长dx和dz，时间采样步长dt，最大计算时间tmax，震源子波频率f，炮数ns，炮间隔ds，接收点数nr，以及接收点间隔dr，正传波动方程如下

45、

46、反传波方程如下

47、

48、生成的全波形反演梯度gv(x)如下

49、

50、优选的，所述步骤s402中poynting矢量表示为

51、ps＝(px,pz)s＝-(p(x,t)u(x,t),p(x,t)w(x,t))

52、优选的，所述步骤s402中偏移模式梯度和层析模式梯度公式如下：

53、

54、

55、优选的，所述步骤s403中正交的共轭梯度法参考公式如下

56、

57、生成初步反演速度模型迭代公式如下

58、vk+1＝vk+αkgk

59、一种梯度分解的全波形反演设备，包括储存器，所述储存器通信连接执行命令处理器，所述执行命令处理器能够执行如权利要求1至9任一项所述的方法

60、(三)有益效果

61、本发明提供了一种梯度分解的全波形反演方法及其设备。具备以下有益效果：

62、(1)该梯度分解的全波形反演方法及其设备在使用时，通过输入初始速度模型和观测地震记录，同时设置反演参数，根据所述初始速度模型、观测地震记录和反演参数生成全波形反演梯度，利用poynting矢量分离方法对全波形反演梯度进行梯度分解，生成偏移模式梯度和层析模式梯度，基于层析模式梯度，使用正交的共轭梯度法进行迭代，生成初步反演速度模型。

63、(2)该梯度分解的全波形反演方法及其设备在使用时，通过输入初步反演速度模型，和观测地震记录，同时设置反演参数，根据初步反演速度模型、观测地震记录和反演参数生成全波形反演梯度，基于全波形反演梯度，使用正交的共轭梯度法进行迭代，生成最终的反演速度模型，从而实现更为有效的地下介质速度建模。

技术特征：

1.一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s1中包括

3.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s2中包括

4.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s3中包括：

5.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s4中包括：

6.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s401中涉及的参数包括速度模型的空间采样步长dx和dz，时间采样步长dt，最大计算时间tmax，震源子波频率f，炮数ns，炮间隔ds，接收点数nr，以及接收点间隔dr，正传波动方程如下

7.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s402中poynting矢量表示为

8.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s402中偏移模式梯度和层析模式梯度公式如下：

9.根据权利要求1所述的一种梯度分解的全波形反演方法，其特征在于：所述步骤s403中正交的共轭梯度法参考公式如下

10.一种梯度分解的全波形反演设备，包括储存器，其特征在于：所述储存器通信连接执行命令处理器，所述执行命令处理器能够执行如权利要求1至9任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种梯度分解的全波形反演方法及其设备，涉及油气勘探地球物理技术领域，包括以下步骤：步骤S1：数据采集，将设备安装在指定的位置进行记录；步骤S2：数据预处理，对采集到的数据进行进一步的处理；步骤S3：建立初始模型，选择或构建一个初步的地下模型，并将该模型将作为全波形反演的起点；步骤S4：进行正演模拟，利用步骤S3中所选择的地下模型进行模拟以及计算；步骤S5：计算梯度，根据得到的梯度信息来更新地下模型从而来不断的改进模型。本发明通过输入初始速度模型和观测地震记录，同时设置反演参数，根据所述初始速度模型、观测地震记录和反演参数生成全波形反演梯度，利用Poynting矢量分离方法对全波形反演梯度进行梯度分解。

技术研发人员：范建国,陈亮,张鑫,王扬州,刘朋,高建明,郭威,黄建平,杨继东
受保护的技术使用者：山东能源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25