CN106772589A - 一种叠前地震反演方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种叠前地震反演方法及装置。所述方法包括：获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据；基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项；基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。可以提高叠前地震反演所得到的反演结果的准确度。

Description

一种叠前地震反演方法及装置

技术领域

本申请涉及地震勘探技术领域，特别涉及一种叠前地震反演方法及装置。

背景技术

将地表接收到的来自地下同一反射点的地震波数据经过动校正后进行叠加，叠加后的地震波数据可以称为叠后地震数据。叠加前的地震波数据可以称为叠前地震数据。相对于叠后地震数据，叠前地震数据保留了更多的地下地质信息。例如，与储层中某一地层位置处的纵波速度、横波速度或密度等相关的信息。正因如此，基于叠前地震数据的叠前AVO(Amplitude Versus Offset，振幅随偏移距的变化)反演可以提供储层中目的层位的纵波速度、横波速度或密度，其反演精度对储层预测和油气藏描述有至关重要的作用。

佐普利兹(Zoeppritz)方程是叠前AVO反演的理论基础。但由于其复杂性，通常将Zoeppritz方程简化后得到用于表示地震波反射系数与弹性参数之间的映射关系的Zoeppritz近似公式，基于Zoeppritz近似公式进行叠前AVO反演。弹性参数可以包括：纵波速度、横波速度和密度。

现有技术中通常采用的叠前AVO反演方法的主要过程是：获取目的工区的叠前地震数据；在叠前地震数据的纵波入射角为30度以内的假设条件下，基于Zoeppritz近似公式，可以构建目的工区中目的层位的地震波反射系数与弹性参数之间的映射关系；基于叠前地震数据和映射关系，进行AVO反演处理，从而确定目的工区中目的层位的弹性参数的目标值，即纵波速度、横波速度和密度的目标值。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：针对纵波入射角大于30度的叠前地震数据，基于Zoeppritz近似公式得到的地震波反射系数的准确度较低，可能导致最终得到的反演结果存在较大偏差，即得到目的工区中目的层位的纵波速度、横波速度和密度的准确度较低。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种叠前地震反演方法及装置，以提高叠前AVO反演所得到的反演结果的准确度。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种叠前地震反演方法及装置是这样实现的：

一种叠前地震反演方法，包括：

获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据；

基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项；

基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；第一特征项用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数；第二特征项用于控制所述弹性参数的改变量的范围；第三特征项用于对所述弹性参数的值进行平滑处理；

基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。

优选方案中，所述基于叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据，包括：

基于所述叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据；

基于所述测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值；

根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值；

对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，得到所述目的工区的初始正演地震数据。

优选方案中，所述预设纵波入射角为0度～65度。

优选方案中，所述基于叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据，包括：

获取所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述目的工区中各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数；

利用所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，确定所述目的工区的地震子波数据。

优选方案中，所述利用叠前地震数据中的井旁道地震数据和各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，确定所述目的工区的地震子波数据，包括：

分别对所述井旁道地震数据和所述钻井位置处的地震波反射系数进行傅里叶变换，分别得到所述井旁道地震数据的振幅谱和相位谱，以及所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱和相位谱；

利用所述井旁道地震数据的振幅谱除以所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱，得到所述地震波子波数据的振幅谱；

利用所述井旁道地震数据的相位谱减去所述钻井位置处的地震波反射系数的相位谱，得到所述地震波子波数据的相位谱；

对所述地震子波数据的振幅谱和相位谱进行傅里叶反变换，得到所述地震波子波数据。

优选方案中，所述根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值，包括：

建立所述地震波反射系数与所述预设纵波入射角、弹性参数之间的映射关系；

根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，以及所述建立的地震波反射系数与预设纵波入射角和弹性参数之间的映射关系，确定所述地震波反射系数的初始值。

优选方案中，采用下述公式构建所述目的工区的反演目标函数：

公式中，ψ(Δm)表示所述反演目标函数，fⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的误差函数项，Δm表示所述弹性参数的改变量，A₁ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第一特征项，A₂ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第二特征项，A₃ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第三特征项，p表示所述叠前地震数据中角道集的个数。

优选方案中，所述基于反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值，包括：

获取所述目的工区的弹性参数的初始值；

基于所述目的工区的弹性参数的初始值，确定所述目的工区的弹性参数迭代值；

基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，得到所述反演目标函数的梯度值；

判断所述梯度值是否满足预设条件，若满足所述预设条件，将所述弹性参数迭代值作为所述目的工区的弹性参数的目标值。

优选方案中，采用下述公式表示所述预设条件：

||g||＜ε

公式中，g表示所述梯度值，ε表示预设第三常数。

优选方案中，基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，还得到所述目的工区的弹性参数的改变量；若判断结果为不满足所述预设条件，所述方法还包括：

基于预设迭代步长、所述弹性参数迭代值和所述弹性参数的改变量，计算得到新的弹性参数迭代值；

基于所述新的弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶编导处理，得到所述反演目标函数的新的梯度值。

优选方案中，采用下述公式计算得到所述新的弹性参数迭代值：

m_k+1＝m_k+αΔm_k

公式中，m_k+1表示第k+1次反演处理时弹性参数迭代值，即所述新的弹性参数迭代值，m_k表示第k次反演处理时弹性参数迭代值，Δm_k表示第k次反演处理时的弹性参数的改变量，α表示预设迭代步长。

一种叠前地震反演装置，所述装置包括：正演地震数据确定模块、误差函数项确定模块、反演目标函数构建模块和弹性参数目标值确定模块；其中，

所述正演地震数据确定模块，用于获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和所述测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据；

所述误差函数项确定模块，用于基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项；

所述反演目标函数构建模块，用于基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；第一特征项用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数；第二特征项用于控制所述弹性参数的改变量的范围；第三特征项用于对所述弹性参数的值进行平滑处理；

所述弹性参数目标值确定模块，用于基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。

优选方案中，所述正演地震数据确定模块，包括：地震子波数据确定模块、弹性参数初始值确定模块、反射系数初始值确定模块和初始正演地震数据确定模块；其中，

所述地震子波数据确定模块，用于基于所述叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据；

所述弹性参数初始值确定模块，用于基于所述测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值；

所述反射系数初始值确定模块，用于根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值；

所述初始正演地震数据确定模块，用于对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，得到所述目的工区的初始正演地震数据。

本申请实施例提供了一种叠前地震反演方法，确定所述正演地震数据和构建所述反演目标函数时采用精确的佐普利兹方程。所述反演目标函数中包括第一特征项、第二特征项和第三特征项，第一特征项可以用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数，在利用反演目标函数进行反演处理时，通过第一特征项调整所述反演目标函数的矩阵条件数，可以提高反演处理过程的稳定性；第二特征项可以用于控制所述弹性参数的改变量的范围，通过第二特征项可以保证在每一次反演处理时弹性参数的改变量不会太大；第三特征项可以用于对所述弹性参数的值进行平滑处理，通过第三特征项可以约束反演处理过程，可以防止出现弹性参数的异常值。如此，可以提高反演过程的稳定性。尤其对于纵波入射角大于30度的叠前地震数据，在基于所述正演地震数据和所述反演目标函数，进行反演处理时，反演过程比较稳定，得到的地震波反射系数的准确度较高，从而得到的纵波速度、横波速度和密度的准确度也较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种叠前地震反演方法实施例的流程图；

图2是本申请实施例中纵波入射角小于或等于30度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图；

图3是本申请实施例中纵波入射角小于或等于30度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图；

图4是本申请实施例中纵波入射角小于或等于45度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图；

图5是本申请实施例中纵波入射角小于或等于45度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图；

图6是本申请实施例中纵波入射角小于或等于65度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图；

图7是本申请实施例中纵波入射角小于或等于65度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图；

图8是本申请叠前地震反演装置实施例的组成结构图；

图9是本申请叠前地震反演装置实施例中正演地震数据确定模块的组成结构图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种叠前地震反演方法及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请一种叠前地震反演方法实施例的流程图。如图1所示，所述叠前地震反演方法，包括以下步骤。

步骤S101：获取目的工区的叠前地震数据和测井数据，基于所述叠前地震数据和所述测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据。

将地表接收到的来自地下同一反射点的地震波数据经过动校正后进行叠加，叠加后的地震波数据可以称为叠后地震数据。叠加前的地震波数据可以称为叠前地震数据。相对于叠后地震数据，叠前地震数据保留了较多的地下地质信息。例如，与储层中某一地层位置处的纵波速度、横波速度或密度等相关的信息。

所述测井数据可以包括：所述目的工区中钻井位置处的测井纵波速度曲线数据、测井横波速度曲线数据和测井密度曲线数据。所述测井数据可以用于确定所述目的工区中钻井位置处的地震波反射系数。其中，所述地震波反射系数可以包括纵波反射系数和横波反射系数。

所述目的工区可以按照与地表垂直的方向划分为至少一个层位。

所述基于叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据。具体地，基于所述叠前地震数据，可以确定所述目的工区的地震子波数据。基于所述测井数据，可以确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值。所述弹性参数可以包括：纵波速度、横波速度和密度。根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，可以确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值。所述预设纵波入射角可以为0度～65度。对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，可以得到所述目的工区的初始正演地震数据。

井旁道是指所述叠前地震数据中与所述目的工区中钻井位置距离最近的地震道。所述钻井位置可以是钻井在地表上的位置。

在地震数据处理领域中，通常地震数据都是地震子波与地层的反射系数进行褶积后的结果。因此，根据已知的地层的反射系数和已知的地震数据可以计算得到地震子波。在本实施方式中，所述基于叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据。具体地，可以获取所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述目的工区中各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数。利用所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，可以确定所述目的工区的地震子波数据。

进一步地，所述利用叠前地震数据中的井旁道地震数据和各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，确定所述目的工区的地震子波数据。具体地，分别对所述井旁道地震数据和所述钻井位置处的地震波反射系数进行傅里叶变换，可以分别得到所述井旁道地震数据的振幅谱和相位谱，以及所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱和相位谱。利用所述井旁道地震数据的振幅谱除以所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱，可以得到所述地震波子波数据的振幅谱。利用所述井旁道地震数据的相位谱减去所述钻井位置处的地震波反射系数的相位谱，可以得到所述地震波子波数据的相位谱。对所述地震子波数据的振幅谱和相位谱进行傅里叶反变换，可以得到所述地震波子波数据。

所述基于测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值。具体地，基于所述测井数据，可以获取所述各个层位对应的钻井位置处的弹性参数的初始值。根据所述各个层位对应的钻井位置处的弹性参数的初始值，可以确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值。

进一步地，所述根据各个层位对应的钻井位置处的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值。具体地，基于所述目的工区中第一层位对应的钻井位置处的弹性参数的初始值，对所述目的工区中第一层位非钻井的区域进行反距离加权处理，可以确定所述第一层位中非钻井的区域的弹性参数的初始值。根据所述第一层位对应的钻井位置处的弹性参数的初始值和所述第一层位中非钻井的区域的弹性参数的初始值，可以确定所述第一层位的弹性参数的初始值。所述第一层位可以是所述目的工区中任一层位。

佐普利兹(Zoeppritz)方程是叠前AVO反演的理论基础。精确的Zoeppritz方程可以采用下述公式表示：

公式(1)中，V_p1和V_p2分别表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2的纵波速度。V_s1和V_s2分别表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2的横波速度。ρ₁和ρ₂分别表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2的密度。R_pp表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2界面位置处的纵波反射系数。R_ps表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2界面位置处的横波反射系数。T_pp表示表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2界面位置处的纵波投射系数。T_ps表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2界面位置处的横波投射系数。α和α'分别表示所述目的工区的纵波入射角和纵波透射角。β和β'分别表示所述目的工区的横波入射角和横波透射角。

斯奈尔定律可以用于建立所述目的工区的纵波入射角分别与纵波透射角、横波入射角和横波透射角的映射关系。所述斯奈尔定律可以采用下述公式表示：

公式(2)中，V_p1和V_p2分别表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2的纵波速度。V_s1和V_s2分别表示所述目的工区中相邻的层位1和层位2的横波速度。α和α'分别表示所述目的工区的纵波入射角和纵波透射角。β和β'分别表示所述目的工区的横波入射角和横波透射角。

所述根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值。具体地，基于Zoeppritz方程和斯奈尔定律，可以建立所述地震波反射系数与所述预设纵波入射角、弹性参数之间的映射关系。例如，对于一个预设纵波入射角和一个弹性参数，可以对应有一个地震波反射系数。根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，以及所述建立的地震波反射系数与预设纵波入射角和弹性参数之间的映射关系，可以确定所述地震波反射系数的初始值。

进一步地，可以采用下述公式对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，即褶积运算：

s'(θ)＝W*R(m,θ) (3)公式(3)中，s'(θ)表示所述初始正演地震数据。R(m,θ)表示与弹性参数m和预设纵波入射角θ相关联的地震波反射系数。W表示所述地震子波数据。

m＝[V_p1,V_p2,...,V_p1,V_s1,V_s2,...,V_sN,ρ₁,ρ₂,...,ρ_N]^T，m表示所述目的工区中N个层位的弹性参数。

步骤S102：基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项。

具体地，可以采用下述公式对所述误差函数项进行表征：

f(m,θ)＝s'(θ)-s(θ) (4)

公式(4)中，f(m,θ)表示所述误差函数项。s'(θ)表示所述初始正演地震数据。s(θ)表示所述叠前地震数据。

步骤S103：基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数。

第一特征项可以用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数。矩阵条件数是一种判断反演目标函数的稳定性的度量。矩阵条件数越大，反演目标函数的稳定性越差。通过第一特征项调整所述反演目标函数的矩阵条件数，在利用反演目标函数进行反演处理时，可以提高反演处理过程的稳定性。第二特征项可以用于控制所述弹性参数的改变量的范围。通过第二特征项可以保证在每一次反演处理时弹性参数的改变量不会太大。第三特征项可以用于对所述弹性参数的值进行平滑处理，通过第三特征项可以约束反演处理过程，防止出现弹性参数的异常值。

可以采用下述公式构建所述目的工区的反演目标函数：

公式(5)中，ψ(Δm)表示所述反演目标函数。fⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的误差函数项。Δm表示所述弹性参数的改变量。A₁ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第一特征项。A₂ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第二特征项。A₃ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第三特征项。p表示所述叠前地震数据中角道集的个数。

进一步地，可以采用下述表达式表征(5)式中的A₁ ⁱ：

A₁ ⁱ＝JⁱΔm (6)

公式(6)中，

A⁽ⁱ⁾、B⁽ⁱ⁾和C⁽ⁱ⁾分别表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的地震波反射系数对纵波速度、横波速度和密度的偏导。R^N(m,θ_i)表示所述目的工区中第N个层位位置处的地震波反射系数，θ_i表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的纵波入射角。m_jN表示所述目的工区中第N个层位位置处的弹性参数，具体地，A⁽ⁱ⁾中，m_jN表示所述目的工区中第N个层位位置处的纵波速度，B⁽ⁱ⁾中，m_jN表示所述目的工区中第N个层位位置处的横波速度，C⁽ⁱ⁾中，m_jN表示所述目的工区中第N个层位位置处的密度，N表示所述目的工区的层位个数。Δm表示所述弹性参数的改变量。

进一步地，可以采用下述表达式表征(5)式中的A₂ ⁱ：

A₂ ⁱ＝μ||Δm||² (7)

公式(7)中，μ＝a*||fⁱ||²，fⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的误差函数项，a表示预设第一常数。Δm表示所述弹性参数的改变量。进一步地，所述预设第一常数可以取值为10^-6。

进一步地，可以采用下述表达式表征(5)式中的A₃ ⁱ：

A₃ ⁱ＝λ||L(m+Δm)||² (8)公式(8)中，fⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的误差函数项，b表示预设第二常数。

m＝[V_p1,V_p2,...,V_p1,V_s1,V_s2,...,V_sN,ρ₁,ρ₂,...,ρ_N]^T，m表示所述目的工区中N个层位的弹性参数，N表示所述目的工区的层位个数。Δm表示所述弹性参数的改变量。所述预设第二常数b可以取值为10^-7。

采用本实施方式构建的目标函数的稳定性较高，在利用所述构建的目标函数进行反演处理时，可以保证弹性参数的改变量不会太大，同时还可以对弹性参数的值进行平滑处理，从而可以提高反演过程的稳定性。

步骤S104：基于所述反演目标函数，得到所述目的工区的弹性参数的目标值。

具体地，可以获取所述目的工区的弹性参数的初始值。基于所述目的工区的弹性参数的初始值，确定所述目的工区的弹性参数迭代值。基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，得到所述反演目标函数的梯度值。判断所述梯度值是否满足预设条件，若满足所述预设条件，将所述弹性参数迭代值作为所述目的工区的弹性参数的目标值。

进一步地，所述基于弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，得到所述梯度值。具体地，可以对所述反演目标函数求取所述弹性参数的变化量的一阶偏导数。基于所述弹性参数迭代值，在所述一阶偏导数为零时，可以得到所述梯度值。

进一步地，可以采用下述公式表示所述预设条件：

||g||＜ε (9)

公式(9)中，g表示所述梯度值。ε表示预设第三常数。所述预设第三常数ε可以取值为10^-7。

在另一个实施方式中，基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，还可以得到所述目的工区的弹性参数的改变量。

在另一实施方式中，若所述反演目标函数的梯度值不满足预设条件，基于预设迭代步长、所述弹性参数迭代值和所述弹性参数的改变量，可以计算得到新的弹性参数迭代值。基于所述新的弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶编导处理，可以得到所述反演目标函数的新的梯度值。可以判断所述新的梯度值是否满足预设条件。可以循环该步骤直至所述新的梯度值满足预设条件为止。

当所述反演目标函数的梯度值不满足预设条件，且所述反演处理的次数达到预设迭代次数时，所述反演处理过程停止，可以将所述目的工区的弹性参数迭代值作为所述目的工区的弹性参数的目标值。所述预设迭代次数可以为100。

进一步地，可以采用下述公式计算得到所述新的弹性参数迭代值：

m_k+1＝m_k+αΔm_k (9)

公式(9)中，m_k+1表示第k+1次反演处理时弹性参数迭代值，即所述新的弹性参数迭代值，m_k表示第k次反演处理时弹性参数迭代值，Δm_k表示第k次反演处理时的弹性参数的改变量，α表示预设迭代步长。所述预设迭代步长可以取值为0.5。

例如，图2是本申请实施例中纵波入射角小于或等于30度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图。图3是本申请实施例中纵波入射角小于或等于30度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图。图4是本申请实施例中纵波入射角小于或等于45度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图。图5是本申请实施例中纵波入射角小于或等于45度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图。图6是本申请实施例中纵波入射角小于或等于65度时采用现有技术的方法得到的反演结果的示例图。图7是本申请实施例中纵波入射角小于或等于65度时采用本申请方法得到的反演结果的示例图。图2中分别表示根据目的工区的测井数据得到的实际结果、采用现有技术的方法或者本申请方法得到的最终反演结果，以及采用现有技术的方法或者本申请方法得到的初始反演结果，即第一次反演处理得到的反演结果。图3至图7与图2均类似，此处不再一一说明。图2至图7中V_p表示纵波速度，单位为米/秒(m/s)，V_s表示横波速度，单位为米/秒(m/s)，Den表示密度，单位为千克/立方米(kg/m³)。如图2和图3所示，在纵波入射角小于或等于30度时，相比现有技术的方法，采用本申请方法得到的最终反演结果略微接近实际结果。但随着纵波入射角增大，采用现有技术的方法得到的最终反演结果与采用本申请方法得到的最终反演结果的准确度差距越大。如图4至图7中黑色箭头所指区域，在纵波入射角小于或等于45度时，采用现有技术的方法得到的最终反演结果与采用本申请方法得到的最终反演结果的差距较大，在纵波入射角小于或等于65度时，采用现有技术的方法得到的最终反演结果与采用本申请方法得到的最终反演结果的差距也较大，采用本申请方法得到的最终反演结果的准确度较高，比较接近实际结果。

所述叠前地震反演方法实施例，确定所述正演地震数据和构建所述反演目标函数时采用精确的佐普利兹方程。所述反演目标函数中包括第一特征项、第二特征项和第三特征项，第一特征项可以用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数，在利用反演目标函数进行反演处理时，通过第一特征项调整所述反演目标函数的矩阵条件数，可以提高反演处理过程的稳定性；第二特征项可以用于控制所述弹性参数的改变量的范围，通过第二特征项可以保证在每一次反演处理时弹性参数的改变量不会太大；第三特征项可以用于对所述弹性参数的值进行平滑处理，通过第三特征项可以约束反演处理过程，防止出现弹性参数的异常值。如此，可以提高反演过程的稳定性。尤其对于纵波入射角大于30度的叠前地震数据，在基于所述正演地震数据和所述反演目标函数，进行反演处理时，反演过程比较稳定，得到的地震波反射系数的准确度较高，从而得到的纵波速度、横波速度和密度的准确度也较高。

图8是本申请叠前地震反演装置实施例的组成结构图。如图8所示，所述叠前地震反演装置可以包括：正演地震数据确定模块100、误差函数项确定模块200、反演目标函数构建模块300和弹性参数目标值确定模块400。

所述正演地震数据确定模块100，可以用于获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和所述测井数据，可以确定所述目的工区的初始正演地震数据。

所述误差函数项确定模块200，可以用于基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项。

所述反演目标函数构建模块300，可以用于基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；第一特征项可以用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数；第二特征项可以用于控制所述弹性参数的改变量的范围；第三特征项可以用于对所述弹性参数的值进行平滑处理。

所述弹性参数目标值确定模块400，可以用于基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。

图9是本申请叠前地震反演装置实施例中正演地震数据确定模块的组成结构图。如图9所示，图8中正演地震数据确定模块100，包括：地震子波数据确定模块110、弹性参数初始值确定模块120、反射系数初始值确定模块130和初始正演地震数据确定模块140。

所述地震子波数据确定模块110，可以用于基于所述叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据。

所述弹性参数初始值确定模块120，可以用于基于所述测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值。

所述反射系数初始值确定模块130，可以用于根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值。

所述初始正演地震数据确定模块140，可以用于对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，得到所述目的工区的初始正演地震数据。

所述叠前地震反演装置实施例与所述叠前地震反演方法实施例相对应，可以实现所述叠前地震反演方法实施例，并取得方法实施例的技术效果。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片2。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (13)

1.一种叠前地震反演方法，其特征在于，包括：

获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据；

基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项；

基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；第一特征项用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数；第二特征项用于控制所述弹性参数的改变量的范围；第三特征项用于对所述弹性参数的值进行平滑处理；

基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。

2.根据权利要求1所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述基于叠前地震数据和测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据，包括：

基于所述叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据；

基于所述测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值；

根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值；

对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，得到所述目的工区的初始正演地震数据。

3.根据权利要求2所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述预设纵波入射角为0度～65度。

4.根据权利要求2所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述基于叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据，包括：

获取所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述目的工区中各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数；

利用所述叠前地震数据中的井旁道地震数据和所述各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，确定所述目的工区的地震子波数据。

5.根据权利要求4所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述利用叠前地震数据中的井旁道地震数据和各个层位对应的钻井位置处的地震波反射系数，确定所述目的工区的地震子波数据，包括：

分别对所述井旁道地震数据和所述钻井位置处的地震波反射系数进行傅里叶变换，分别得到所述井旁道地震数据的振幅谱和相位谱，以及所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱和相位谱；

利用所述井旁道地震数据的振幅谱除以所述钻井位置处的地震波反射系数的振幅谱，得到所述地震波子波数据的振幅谱；

利用所述井旁道地震数据的相位谱减去所述钻井位置处的地震波反射系数的相位谱，得到所述地震波子波数据的相位谱；

对所述地震子波数据的振幅谱和相位谱进行傅里叶反变换，得到所述地震波子波数据。

6.根据权利要求2所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值，包括：

建立所述地震波反射系数与所述预设纵波入射角、弹性参数之间的映射关系；

根据预设纵波入射角和各个层位的弹性参数的初始值，以及所述建立的地震波反射系数与预设纵波入射角和弹性参数之间的映射关系，确定所述地震波反射系数的初始值。

7.根据权利要求1所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，采用下述公式构建所述目的工区的反演目标函数：

$\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{\Δ}m\right)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}\left(\right||f^i+{A_1}^i(\mathrm{\Δ}m\left)\right|{|}_{{\mathrm{\Σ}}^{-1}}^2+{A_2}^i\left(\mathrm{\Δ}m\right)+A_3^i\left(\mathrm{\Δ}m\right))$

公式中，ψ(Δm)表示所述反演目标函数，fⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的误差函数项，Δm表示所述弹性参数的改变量，A₁ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第一特征项，A₂ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第二特征项，A₃ ⁱ表示所述叠前地震数据中第i个角道集对应的第三特征项，p表示所述叠前地震数据中角道集的个数。

8.根据权利要求1所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，所述基于反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值，包括：

获取所述目的工区的弹性参数的初始值；

基于所述目的工区的弹性参数的初始值，确定所述目的工区的弹性参数迭代值；

基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，得到所述反演目标函数的梯度值；

判断所述梯度值是否满足预设条件，若满足所述预设条件，将所述弹性参数迭代值作为所述目的工区的弹性参数的目标值。

9.根据权利要求8所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，采用下述公式表示所述预设条件：

||g||＜ε

公式中，g表示所述梯度值，ε表示预设第三常数。

10.根据权利要求8所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，基于所述弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶偏导处理，还得到所述目的工区的弹性参数的改变量；若判断结果为不满足所述预设条件，所述方法还包括：

基于预设迭代步长、所述弹性参数迭代值和所述弹性参数的改变量，计算得到新的弹性参数迭代值；

基于所述新的弹性参数迭代值，对所述反演目标函数进行一阶编导处理，得到所述反演目标函数的新的梯度值。

11.根据权利要求10所述的一种叠前地震反演方法，其特征在于，采用下述公式计算得到所述新的弹性参数迭代值：

m_k+1＝m_k+αΔm_k

公式中，m_k+1表示第k+1次反演处理时弹性参数迭代值，即所述新的弹性参数迭代值，m_k表示第k次反演处理时弹性参数迭代值，Δm_k表示第k次反演处理时的弹性参数的改变量，α表示预设迭代步长。

12.一种叠前地震反演装置，其特征在于，所述装置包括：正演地震数据确定模块、误差函数项确定模块、反演目标函数构建模块和弹性参数目标值确定模块；其中，

所述正演地震数据确定模块，用于获取目的工区的叠前地震数据和测井数据；基于所述叠前地震数据和所述测井数据，确定所述目的工区的初始正演地震数据；

所述误差函数项确定模块，用于基于所述叠前地震数据和所述初始正演地震数据，确定误差函数项；

所述反演目标函数构建模块，用于基于所述误差函数项，以及与所述目的工区的弹性参数的改变量相关联的第一特征项、第二特征项和第三特征项，构建所述目的工区的反演目标函数；第一特征项用于调整所述反演目标函数的矩阵条件数；第二特征项用于控制所述弹性参数的改变量的范围；第三特征项用于对所述弹性参数的值进行平滑处理；

所述弹性参数目标值确定模块，用于基于所述反演目标函数，确定所述目的工区的弹性参数的目标值。

13.根据权利要求12所述的一种叠前地震反演装置，其特征在于，所述正演地震数据确定模块，包括：地震子波数据确定模块、弹性参数初始值确定模块、反射系数初始值确定模块和初始正演地震数据确定模块；其中，

所述地震子波数据确定模块，用于基于所述叠前地震数据，确定所述目的工区的地震子波数据；

所述弹性参数初始值确定模块，用于基于所述测井数据，确定所述目的工区中各个层位的弹性参数的初始值；

所述反射系数初始值确定模块，用于根据预设纵波入射角和所述各个层位的弹性参数的初始值，确定所述目的工区中各个层位的地震波反射系数的初始值；

所述初始正演地震数据确定模块，用于对所述地震子波数据和所述地震波反射系数的初始值进行正演处理，得到所述目的工区的初始正演地震数据。