一種基于梯度處理的全波形反演方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于梯度處理的全波形反演方法和系統。該方法包括：殘差計算步驟，由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數據殘差；梯度計算步驟，根據數據殘差在初始速度模型中的反傳波場以及正演得到的正傳波場求取梯度場；擾動模型計算步驟，對梯度場進行濾波得到保留地層邊界信息的速度擾動模型；更新步驟，根據速度擾動模型更新初始速度模型。本發明專利技術對全波形反演中的梯度進行低通和自適應兩次濾波，通過低通濾波壓制隨機噪聲，并通過自適應濾波恢復在低通濾波過程中損失的邊界信息，達到邊界保真的效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及地質勘探
，具體地說，涉及一種基于梯度處理的全波形反演方法和系統。
技術介紹
近年來全波反演理論在地質勘探領域得到廣泛關注。全波反演可以提高常規地震分辨率并獲得優化數據，提高對地質資源的評價能力，從而確定可采區并提出有利的井位建議。由于地質勘探所針對的目標不僅地表地質條件復雜，并且地下地質構造也復雜，因此，提高反演精度進而獲得定量的儲層表征參數非常重要。現有技術中陸地地震資料的品質較差，噪音干擾嚴重。噪音的存在使得求取過程中的梯度存在較大誤差，導致模型更新過程中加入了錯誤信息，從而使反演陷入局部極值，導致收斂失敗。此外，噪音的存在也嚴重影響反演的精度。目前對于對于噪音的壓制，多采用目標泛函約束方法，加入正則化及先驗模型信息等方法實現。但是現有技術中這些方法是在數據域計算，將誤差引入目標泛函，導致計算量較大，計算過程繁瑣。并且，在實際生產中很難得到準確的先驗信息。因此，亟需一種簡單高效的全波形反演梯度處理方法和系統。
技術實現思路
針對上述技術問題，本專利技術提供一種基于梯度處理的全波形反演方法，包括以下步驟：殘差計算步驟，由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數據殘差；梯度計算步驟，根據數據殘差在初始速度模型中的反傳波場以及正演得到的正傳波場求取梯度場；擾動模型計算步驟，對梯度場進行濾波得到保留地層邊界信息的速度擾動模型；更新步驟，根據速度擾動模型更新初始速度模型。根據本專利技術的一個實施例，還包括判斷步驟，判斷更新后的初始速度模型是否滿足預設的精度要求，若不滿足精度要求，則迭代執行殘差計算步驟、梯度計算步驟、擾動模型計算步驟和更新步驟；若滿足精度要求，則將更新后的初始速度模型確定為反演模型。根據本專利技術的一個實施例，所述擾動模型計算步驟包括：低通濾波步驟，對梯度場進行低通濾波以消除數據殘差中的隨機噪音；自適應濾波步驟，對低通濾波之后的梯度場進行自適應濾波以恢復數據殘差中的地層邊界信息。根據本專利技術的一個實施例，所述自適應濾波步驟包括：針對梯度場中的每個目標點確定包括多個子區域的自適應濾波區域；分別計算子區域的方差；選擇方差最小的子區域進行低通濾波以保留目標點處的地層邊界信息。根據本專利技術的一個實施例，所述自適應濾波步驟中自適應濾波方法為最小均方誤差LMS濾波方法或者遞歸最小平方RLS濾波方法。根據本專利技術的一個實施例，所述低通濾波步驟中采用高斯低通濾波器對梯度場進行低通濾波，其中，高斯低通濾波器的高斯算子表示為：Wgi,j=12πσ2e-(i-k-1)2+(j-k-1)22σ2,]]>其中，Wgi,j為離散高斯卷積核函數，σ2為方差，k為高斯卷積核矩陣的維數，i為低通濾波區域的縱向坐標，j為低通濾波區域的橫向坐標。根據本專利技術的另一方面，還提供一種基于梯度處理的全波形反演系統，包括：殘差計算模塊，其由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數據殘差；梯度計算模塊，其根據數據殘差在初始速度模型中的反傳波場以及正演得到的正傳波場求取梯度場；擾動模型計算模塊，其對梯度場進行濾波得到保存地層邊界信息的速度擾動模型；更新模塊，其根據速度擾動模型更新初始速度模型。根據本專利技術的一個實施例，進一步包括：判斷模塊，其判斷更新后的初始速度模型是否滿足預設的精度要求，若不滿足精度要求，則調用殘差計算模塊、梯度計算模塊、擾動模型計算模塊和更新模塊；若滿足精度要求，則將更新后的初始速度模型確定為反演模型。根據本專利技術的一個實施例，所述擾動模型計算模塊進一步包括：低通濾波單元，其對梯度場進行低通濾波以消除數據殘差中的隨機噪音；自適應濾波單元，其對低通濾波之后的梯度場進行自適應濾波以恢復數據殘差中的地層邊界信息。根據本專利技術的一個實施例，所述自適應濾波單元進一步包括：區域劃分子單元，其針對梯度場中的每個目標點確定包括多個子區域的自適應濾波區域；方差計算子單元，其分別計算子區域的方差；低通濾波子單元，選擇方差最小的子區域進行低通濾波以保留目標點處的地層邊界信息。本專利技術對全波形反演中的數據殘差模型進行梯度濾波處理，利用低通濾波器抑制隨機噪聲，利用自適應濾波器恢復低通濾波處理過程中損失的地質邊界信息。從而在全波形反演的模型更新過程中，保留了地震資料中原有的地質構造信息，使得反演更加穩定，提高反演精度。本專利技術的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例共同用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。圖1是本專利技術實施例一的基于梯度處理的全波形反演方法的步驟流程圖；圖2是本專利技術實施例一中自適應濾波區域示例圖；圖3是原始單炮記錄的一個示例；圖4是包含噪聲的單炮記錄的一個示例；圖5是真實地質模型的一個示例；圖6是初始速度模型的一個示例；圖7是現有技術中的全波形反演結果；圖8是根據本專利技術實施例一的方法進行全波形反演的結果；圖9是本專利技術實施例二的基于梯度處理的全波形反演系統的結構示意圖；圖10是本專利技術實施例二的自適應濾波單元的結構示意圖。具體實施方式現有技術中陸地地震資料的噪音干擾嚴重，使得在全波反演過程中確定的擾動模型并不準確?，F有的噪聲處理方法可以抑制隨機噪聲，但是數據運算量大，計算繁瑣，并且會導致原有地震資料中包含的地質構造邊界模糊。本專利技術的實施例中對全波形反演中的梯度進行低通和自適應兩次濾波，通過低通濾波手段壓制隨機噪聲，并通過自適應濾波恢復在低通濾波過程中損失的邊界信息，達到邊界保真的效果。進行得到高精度的擾動模型，使得反演更加穩定，反演精度更準確。為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖對本專利技術作進一步地詳細說明。實施例一圖1是本實施例的全波形反演梯度處理方法的步驟流程圖。首先，在步驟S101中，由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數據殘差。該數據殘差表示為最小二乘目標函數的形式：C(m)=12[L2(Δd)]=12Δd+Δd---(1)]]>其中，△d為殘差矢量，即基于初始速度模型m0計算出的數據與地震數據之...

【技術保護點】
一種基于梯度處理的全波形反演方法，其特征在于，包括以下步驟：殘差計算步驟，由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數據殘差；梯度計算步驟，根據數據殘差在初始速度模型中的反傳波場以及正演得到的正傳波場求取梯度場；擾動模型計算步驟，對梯度場進行濾波得到保留地層邊界信息的速度擾動模型；更新步驟，根據速度擾動模型更新初始速度模型。

【技術特征摘要】
1.一種基于梯度處理的全波形反演方法，其特征在于，包括以下步驟：
殘差計算步驟，由初始速度模型正演得到的計算數據和野外觀測數據確定數
據殘差；
梯度計算步驟，根據數據殘差在初始速度模型中的反傳波場以及正演得到的
正傳波場求取梯度場；
擾動模型計算步驟，對梯度場進行濾波得到保留地層邊界信息的速度擾動模
型；
更新步驟，根據速度擾動模型更新初始速度模型。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：
判斷步驟，判斷更新后的初始速度模型是否滿足預設的精度要求，若不滿足
精度要求，則迭代執行殘差計算步驟、梯度計算步驟、擾動模型計算步驟和更新
步驟；若滿足精度要求，則將更新后的初始速度模型確定為反演模型。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述擾動模型計算步驟
包括：
低通濾波步驟，對梯度場進行低通濾波以消除數據殘差中的隨機噪音；
自適應濾波步驟，對低通濾波之后的梯度場進行自適應濾波以恢復數據殘差
中的地層邊界信息。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述自適應濾波步驟包括：
針對梯度場中的每個目標點確定包括多個子區域的自適應濾波區域；
分別計算子區域的方差；
選擇方差最小的子區域進行低通濾波以保留目標點處的地層邊界信息。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述自適應濾波步驟中自適
應濾波方法為最小均方誤差LMS濾波方法或者遞歸最小平方RLS濾波方法。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述低通濾波步驟中采用高
斯低通濾波器對梯度場進行低通濾波，其中，高斯低通濾波器的高斯算子表示為：
Wgi,j=12π...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡光輝，王立歆，方伍寶，賀劍波，王杰，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11