CN110441816A - 不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置，通过震源编码技术获得模拟的混合震源波场及混合伴随波场，再将获得的混合震源波场和混合伴随波场拆分成单个波场，从而可以利用拆分出的单个波场来计算目标泛函的梯度，避免产生串扰噪声，同时通过对子波进行反演，降低了子波估计不准确对多震源反演结果的影响。

Description

不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置

技术领域

本发明涉及地球物理技术领域，具体而言，涉及一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置。

背景技术

在全波形反演过程中，通常需要进行多次正演模拟，以获得尽可能多的模拟数据。为了提高效率，通常采用多震源编码技术，同时对多个震源进行正演，从而提高正演速度。但是，采用震源编码技术会导致串扰噪声，串扰噪声会导致反演算法的错误收敛，甚至陷入反演问题的局部极值。

此外，由于串扰噪声的存在，常规的不依赖子波反演方法难以适用于多震源数据，尤其是不同震源存在子波信号差异时，导致子波估计不准确，降低反演结果的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置，消除串扰噪声以及子波估计不准确对反演结果的影响。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法，所述方法包括：

根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场；

计算所述混合震源波场和观测波场的波场残差；

根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场；

分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场；

根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及目标泛函关于所述震源子波的第二梯度；

根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型；

根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

在可选的实施方式中，所述根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型之后，还包括：

若所述本次迭代后的地下介质模型满足预设优化条件，则停止迭代。

在可选的实施方式中，所述多个震源子波为不同频率的多个三角函数。

在可选的实施方式中，所述分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场，包括：

获取所述多个震源中的第k个震源的参考信号f_r及与所述参考信号对应的90度相移信号f_R，其中，f_r＝sin(ω_kt)，f_R＝sin(ω_kt+π/2)，ω_k表示第k个震源子波的角频率，k为大于0的整数；

获取混合震源波场关于第k个震源的预设中间变量X₁和Y₁以及混合伴随波场ψ关于第k个震源的预设中间变量X₂和Y₂，其中：

和分别表示混合震源波场中待确定的第k个震源波场的振幅和相位，和分别表示混合伴随波场ψ中待确定的第k个伴随波场的振幅和相位，Ts为观测波场记录的长度；

根据如下计算式确定拆分后的所述单震源波场和所述伴随波场各自的振幅A(x)和相位θ(x)：

θ(x)＝tan^-1(Y(x)/X(x))，

其中，x表示所述地下介质模型中网格点的空间坐标，当对所述混合震源波场进行拆分时，X(x)为X₁且Y(x)为Y₁，当对所述混合伴随波场进行拆分时，X(x)为X₂且Y(x)为Y₂。

在可选的实施方式中，每两个所述三角函数的频率间隔为2Δω的倍数。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

根据所述单震源波场和所述伴随波场计算所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度；

根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

在可选的实施方式中，每次迭代后的震源子波f的表达式如下：

其中，～表示傅里叶算子，T表示转置，*表示共轭，G为格林函数，iFFT表示逆傅里叶变换。

在可选的实施方式中，所述目标泛函为：

其中，χ(m)表示所述目标泛函的函数值，d^syn表示模拟的混合震源波场，d^obs表示观测波场，N表示超级炮的个数，Es表示每个超级炮中的震源的个数，is表示超级炮的编号，ss表示每个超级炮中的震源的编号。

在可选的实施方式中，所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程包括：

其中，ρ为地下介质的密度，v为地下介质的速度，(w_x,w_z,q)表示伴随波场矢量，δd表示所述波场残差。

第二方面，本发明实施例提供一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置，包括：

震源波场确定模块，用于根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场；

伴随波场确定模块，用于计算所述混合震源波场和观测波场的波场残差；根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场；

分离模块，用于分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场；

梯度计算模块，用于根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度；

反演迭代模块，用于根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型，以及根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

第三方面，本发明实施例提供一种机器可读存储介质，其上存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令被执行时实现第一方面的实施方式中任意一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器及机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有机器可执行指令，该机器可执行指令被执行时促使处理器实现本实施例第一方面的实施方式的任意一项所述的方法。

相较于现有技术，本发明实施例提供的不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置具有以下有益效果：

通过震源编码技术获得模拟的混合震源波场及混合伴随波场，再将获得的混合震源波场和混合伴随波场拆分成单个波场，从而可以利用拆分出的单个波场来计算目标泛函的梯度，避免产生串扰噪声。此外，通过子波参数化反演，可以降低子波估计不准确对反演结果的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的全波形反演方法的又一流程示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种电子设备的方框示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置的功能模块框图。

图标：100-电子设备；101-处理器；102-机器可读存储介质；103-系统总线；400-不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置；410-震源波场确定模块；420-伴随波场确定模块；430-分离模块；440-梯度计算模块；450-反演迭代模块；460-迭代条件判断模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

全波形反演方法分辨率高，具有提高成像质量的巨大潜力，成为近几十年来的一个研究热点。但是，全波形反演涉及到的海量计算，导致其反演效率低下，难以满足实际生产的需求。

全波形反演的大致流程为：根据已知震源坐标信息和预定的初始地下介质模型，通过数值计算生成模拟地震波场，并基于在地表观测到的地震波场与模拟地震波场的残差建立目标泛函，通过对目标泛函的最优化求解获得模型参数梯度，从而对初始地下介质模型进行迭代更新，目的是建立准确的地下介质参数模型。反演得到的地下介质参数模型可以应用于地质结构成像和解释、油气藏定位和开采等，以提高勘探精度和开采成功率。

在全波形反演过程中，需要进行多次正演，若对成千上万个震源依次进行正演，所涉及到的计算量十分巨大，导致反演效率极低，难以满足实际生产需求。为了提高效率，通常采用震源编码技术对几十个甚至上百个震源进行编码，形成超级炮同时激发进行正演，从而大大减少正演的次数。

但是，使用震源编码技术会产生串扰噪声，该噪声由不相关的震源波场和伴随波场交叉互相关产生，会降低反演结果的精度，同时使得常规的子波参数化反演方法不适用于多震源数据，无法消除子波估计不准确对反演结果的影响。

基于此，本发明实施例提供一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置，能够消除上述的交叉项，进而消除串扰噪声，并与子波参数化反演方法相结合，消除子波估计不准确对反演结果的影响。

本实施例提供的全波形反演方法，首先获得初始的地下介质模型，并对该地下介质模型进行多次反演迭代，以使该地下介质模型满足预设优化条件。

请参照图1，图1是本实施例提供的全波形反演方法的一次反演迭代过程的流程示意图。值得说明的是，本实施例提供的方法可以应用于任意具有数据处理功能的电子设备，例如，个人计算机、服务器等，本实施例不以此为限制。

步骤S110，根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场。

在二维各向同性均匀介质中，时间域一阶速度-应力声波方程写成算子形式可以表示为：

其中，ρ为地下介质的密度，v为地下介质的速度，(v_x,v_z,p)为混合震源波场矢量，其中，v_x和v_z分别表示x方向和z方向上的振动速度分量，p表示混合震源波场的应力波场，f表示震源子波。

在实施时，可以采用交错网格有限差分法，对上述时间域一阶速度-应力声波方程(1)进行有限差分离散求解，得到离散格式的方程组。其中，该有限差分法在时间域具有二阶精度，在空间域具有四阶精度，吸收边界条件为卷积完全匹配层(ConvolutionalPerfectly Matched Layer，CPML)。

根据所述离散格式的方程组，并行地激发所述多个震源子波，对地下介质模型进行正演模拟，获得模拟的所述混合震源波场。其中，所述混合震源波场为正向传播(即，从震源向检波点处传播)的波场。

步骤S120，计算所述混合震源波场和观测波场的波场残差。

其中，观测波场可以是在野外实际采集到的波场数据，通常包括在地表检测到的多个波场值。

在本实施例中，由于观测波场通常是在地表上检测到的波场值，而上述模拟的混合震源波场包含空间中各处的波场记录，因此，可以采用混合震源波场在地表上的波场记录与所述观测波场的波场记录求差，即可得到所述波场残差。

步骤S130，根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场。

本实施例中，当采用震源编码技术进行全波形反演时，可以根据观测波场和利用地下介质模型计算得到的模拟波场来建立。其中，地下介质模型可以包括速度、介质密度等模型参数，在本实施例中，将以密度为已知常数、速度为变量进行详细阐述。所述模拟波场为超级炮激发的混合震源波场，所述超级炮由相互独立的多个震源按照一定编码顺序组成。在此情况下，目标泛函例如可以是：

其中，χ(m)表示所述目标泛函的函数值，d^syn表示模拟的混合震源波场，d^obs表示观测波场，N表示超级炮的个数，Es表示每个超级炮中的震源的个数，is表示超级炮的编号，ss表示每个超级炮中的震源的编号。

然后，再利用基于拉格朗日理论的伴随方法及(1)式中的时间域一阶速度-应力声波方程，将(2)式中的目标泛函转换成无约束条件下的优化问题：

其中，(w_x,w_z,q)为混合伴随波场矢量，w_x和w_z分别是混合伴随波场在x方向和z方向的振动速度分量，q表示混合伴随波场的应力波场，Ts表示观测波场记录的长度，Ω表示模型空间范围(即，模型的边界)。如此，可以将反演问题转换为求解(3)式关于混合伴随波场、混合震源波场以及模型参数(如，速度v)的极值问题。通过求解相应的极值问题，可以得到伴随方程。

第一、求解第一个极值问题，即：

和

所得结果为上述(1)式。

第二、求解第二个极值问题，即：

和以混合震源波场分量v_x为例，可得：

然后，对(4)进行分部积分，可得：

即，关于混合震源波场分量v_x的混合伴随波场分量w_x的表达式为：

同理，可推导出其他分量的伴随方程，整理后为：

其中，ρ为地下介质的密度，v为地下介质的速度，(w_x,w_z,q)表示伴随波场矢量，δd表示所述混合震源波场和所述观测波场之差，即所述波场残差。

在本实施例中，可以利用上述的交错网格有限差分法对所述伴随方程进行有限差分求解，得到离散格式的方程组；根据该离散格式的方程组，将所述波场残差沿反时间方向(即，从检波点处到震源的方向)传播，得到模拟的所述混合伴随波场。

第三、还可以通过求解第三个极值问题，得到目标泛函关于速度的梯度表达式，以用于计算下文描述的第一梯度。即：

假设密度为已知的常数，则可以得到：

则可以得到目标泛函关于速度参数的梯度表达式为，

步骤S140，分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场以及与每个单震源波场对应的伴随波场。

在本实施例中，为了便于对模拟的所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，步骤S110中的所述多个震源子波可以是不同频率的多个三角函数。基于上述设计，利用三角函数在周期上的正交性质，可以实现所述拆分。

可选地，实施时，可以以2Δω为间隔设置所述多个三角函数，用以保证Ts/2为不同震源子波的频率所对应的最小公倍数周期。如此，可以实现多尺度反演。

在一个示例中，步骤S140可以通过如下流程实现：

第一、获取所述多个震源中的第k个震源的参考信号f_r及与所述参考信号对应的90度相移信号f_R。其中，f_r＝sin(ω_kt)，f_R＝sin(ω_kt+π/2)，ω_k表示第k个震源子波的角频率。

第二、获取混合震源波场关于第k个震源的预设中间变量X₁和Y₁以及混合伴随波场ψ关于第k个震源的预设中间变量X₂和Y₂。

其中，

在以上表达式中，和分别表示混合震源波场中待求的第k个震源波场的振幅和相位，和分别表示混合伴随波场ψ中待求的第k个伴随波场的振幅和相位，Ts为观测波场记录的长度，X₁、Y₁、X₂和Y₂可在混合震源和伴随波场的计算过程中获得。

第三、根据如下计算式确定拆分后的单震源波场和伴随波场各自的振幅A(x)和相位θ(x)：θ(x)＝tan^-1(Y(x)/X(x))。

其中，x表示所述地下介质模型中网格点的空间坐标，当对所述混合震源波场进行拆分时，X(x)为X₁且Y(x)为Y₁，当对所述混合伴随波场进行拆分时，X(x)为X₂且Y(x)为Y₂。

在本实施例中，振幅和相位可以用于界定一个波场。因此，在得到单震源波场的振幅和相位后，即可得到该单震源波场；在得到伴随波场的振幅和相位后，即可得到该伴随波场。

步骤S150，根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度。

在本实施例中，所述模型参数可以是速度参数。在此情况下，当获得单震源波场和伴随波场之后，可以将所述单震源波场和所述伴随波场代入到上述(9)式中的速度参数的梯度表达式，即可得到所述第一梯度。

下面对第二梯度的计算过程进行阐述。

详细地，根据格林函数法，地震数据可以简写为：

其中，ω是角频率，其中ω为角频率，将(10)式代入(2)式中的目标泛函，可得：

假设地下介质模型的速度接近真实的地下介质速度，且各个震源的子波信号一致，则可以得到下式：

其中，f_is(t)为第二梯度，可以表示每次迭代后的震源子波，～表示傅里叶变换算子，上标T表示转置，上标*表示共轭，G表示格林函数。

在现有技术中，由于子波的时空变特性以及震源激发时会受到地质地表条件的影响，各个震源的震源子波难以保持一致，即存在：ss≠sk。在此情况下，(12)式是不成立的。换言之，现有技术中，当采用传统的震源编码技术时，无法通过震源子波参数化反演来消除震源子波对反演结果的影响。

然而，通过本实施例提供的方法，已经消除了串扰噪声，使得上述(12)式成立，进一步地，(12)式可以被简化为：

其中，f表示每次迭代后的震源子波。

步骤S160，根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型。

其中，根据第一梯度更新本次迭代的地下介质模型的模型参数的准则为，使得目标泛函的函数值减小。在首次迭代中，本次迭代的地下介质模型为预先获得的初始地下介质模型。在后续迭代过程中，本次迭代的地下介质模型为上一次迭代后的地下介质模型。

步骤S170，根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

本实施例中，在首次反演迭代过程中，所使用的f为预先获得的初始震源子波，例如可以为上述的三角函数。在后续反演迭代过程中，所使用的f为上一次迭代后的震源子波。

可选地，在本实施例中，第一梯度和第二梯度的计算可以并行执行，也可以按照设定的先后顺序执行，步骤S170和步骤S160可以并行执行，也可以按照设定的先后顺序执行，本实施例对此没有限制。

基于图1所示的不依赖子波的无串扰全波形反演方法，通过震源编码技术进行正演模拟，提高了正演效率，再对获得混合震源波场和混合伴随波场分别进行分离，利用分离的单个波场计算梯度，避免了串扰噪声，从而避免了串扰噪声带来的精度降低、错误收敛、局部极值等问题。

此外，传统的震源编码技术还存在固定采集系统的假设缺陷，即，该震源编码技术的假设条件为检波器固定，对于检波器位置发生移动的场景(如，海上地震拖缆系统)，由于不满足假设条件，则不适用。对应地，在使用震源编码技术的情况下，所获得的波场均为混合波场，该混合波场是从多个检波点处获得的波场的编码组合，不符合检波点固定的假设条件。

通过本实施例提供的全波形反演方法，可以在将混合震源波场和混合伴随波场分别分离成单个波场之后，识别每个波场对应的检波点是否为固定的，如果不是固定的，则丢弃该波场对应的数据，确保后续使用的波场数据符合上述假设条件。换言之，本实施例提供的全波形反演方法克服了固定采集系统的假设缺陷。

此外，在实际应用中，上述(1)式中的震源子波f通常采用估计得到的初始子波，反演结果的准确性依赖于估计的该初始子波的准确性。具体地，当初始子波估计不准确时，观测波场和模拟波场即使是在初始的地下介质模型足够准确的情况下，仍然存在波形相位不匹配的难问题，使得反演结果陷入局部极值。然而，初始子波通常难以准确估计，导致反演结果的准确度不高。因此，本实施例将震源子波作为待反演参数，以消除初始子波估计不准确对反演结果的影响。

通过本实施例提供的方法，可以利用分离后的震源波场和伴随波场，在每次反演迭代过程中，对震源子波进行更新。由于串扰噪声已经消除，可以解决初始震源子波估计不准确所导致的反演结果不准确的问题，提高了全波形反演方法的实用性。

请参照图2，图2示出了本实施例提供的全波形反演方法的迭代条件。

步骤S180，判断本次迭代后的地下介质模型是否满足预设优化条件。若是，则执行步骤S190；若否，则跳转至步骤S110。

步骤S190，停止迭代。本实施例中，步骤S180在在每次迭代后执行，例如，在执行步骤S160或步骤S170后执行。如果判断结果为满足预设优化条件，则不再继续迭代。如果判断结果为不满足预设优化条件，则按照图1所示流程继续进行下一次迭代。

其中，所述预设优化条件例如可以是迭代次数达到设定次数，或是设定的目标泛函的函数值小于设定值。值得说明的是，本实施例中，反演过程中迭代步长可以采用线性搜索技术计算得到。

通过本实施例提供的全波形反演方法，通过波场分离消除了震源编码技术带来的串扰噪声及固定采集系统的假设缺陷，进而使得震源子波参数化反演能够有效地降低反演结果对初始震源子波的依赖性，在保证反演精度的情况下，显著地提升了反演效率。

请参照图3，图3是本实施例提供的一种电子设备100的方框示意图。电子设备100包括处理器101和机器可读存储介质102，处理器101和机器可读存储介质102经由系统总线103通信连接。机器可读存储介质102上存储有机器可执行指令，该机器可执行指令被执行时促使处理器101实现本实施例提供的全波形反演方法。

其中，机器可读存储介质102可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。

值得说明的是，图3所示的结构仅为示意，电子设备100还可以包括比图1所示更多或更少的组件，或是具有与图1所示完全不同的配置。例如，电子设备100还可以包括通信单元，用于建立和外部设备的通信连接，以实现数据交互。

请参照图4，图4是本实施例提供的一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置400的功能模块框图。不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置400包括至少一个可以以软件形式存储于上述机器可读存储介质102中的功能模块，从功能上划分，不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置400可以包括震源波场确定模块410、伴随波场确定模块420、分离模块430、梯度计算模块440以及反演迭代模块450。

其中，震源波场确定模块410用于根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场。

伴随波场确定模块420用于：计算所述混合震源波场和所述观测波场的波场残差；根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场。

分离模块430用于分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场。

梯度计算模块440根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度。

反演迭代模块450用于根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型；以及根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

可选地，不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置400还可以包括迭代条件判断模块460。

迭代条件判断模块460用于判断本次迭代后的地下介质模型是否满足预设优化条件，若满足，则停止迭代，如果不满足，则调用震源波场确定模块410，进行下一次迭代。

关于上述各个功能模块的描述，具体可以参考前文对相应步骤的详细阐述，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法及装置，通过震源编码技术获得模拟的混合震源波场及混合伴随波场，再将获得的混合震源波场和混合伴随波场拆分成单个波场，从而可以利用拆分出的单个波场来计算目标泛函的梯度，避免产生串扰噪声，同时能够通过对子波进行反演，降低子波估计不准确对多震源反演结果的影响。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的选定实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演方法，其特征在于，所述方法包括：

根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场；

计算所述混合震源波场和观测波场的波场残差；

根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场；

分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场；

根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度；

根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型；

根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型之后，还包括：

若所述本次迭代后的地下介质模型满足预设优化条件，则停止迭代。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个震源子波为不同频率的多个三角函数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场，包括：

获取所述多个震源中的第k个震源的参考信号f_r及与所述参考信号对应的90度相移信号f_R，其中，f_r＝sin(ω_kt)，f_R＝sin(ω_kt+π/2)，ω_k表示第k个震源子波的角频率，k为大于0的整数；

获取混合震源波场关于第k个震源的预设中间变量X₁和Y₁以及混合伴随波场ψ关于第k个震源的预设中间变量X₂和Y₂，其中：

和分别表示混合震源波场中待确定的第k个震源波场的振幅和相位，和分别表示混合伴随波场ψ中待确定的第k个伴随波场的振幅和相位，Ts为观测波场记录的长度；

根据如下计算式确定拆分后的所述单震源波场和所述伴随波场各自的振幅A(x)和相位θ(x)：

θ(x)＝tan^-1(Y(x)/X(x))，

其中，x表示所述地下介质模型中网格点的空间坐标，当对所述混合震源波场进行拆分时，X(x)为X₁且Y(x)为Y₁，当对所述混合伴随波场进行拆分时，X(x)为X₂且Y(x)为Y₂。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每两个所述三角函数的频率间隔为2Δω的倍数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每次迭代后的所述震源子波f的表达式如下：

其中，～表示傅里叶算子，T表示转置，*表示共轭，G为格林函数，iFFT表示逆傅里叶变换。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目标泛函为：

其中，χ(m)表示所述目标泛函的函数值，d^syn表示模拟的混合震源波场，d^obs表示观测波场，N表示超级炮的个数，Es表示每个超级炮中的震源的个数，is表示超级炮的编号，ss表示每个超级炮中的震源的编号。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程包括：

其中，ρ为地下介质的密度，v为地下介质的速度，(w_x,w_z,q)表示伴随波场矢量，δd表示所述波场残差。

9.一种不依赖子波的无串扰多震源全波形反演装置，其特征在于，包括：

震源波场确定模块，用于根据时间域一阶速度-应力声波方程，并行地激发多个震源子波，得到模拟的混合震源波场；

伴随波场确定模块，用于计算所述混合震源波场和观测波场的波场残差；根据所述时间域一阶速度-应力声波方程的伴随方程，反向传播所述波场残差，得到模拟的混合伴随波场；

分离模块，用于分别对所述混合震源波场和所述混合伴随波场进行拆分，得到多个单震源波场及与每个单震源波场对应的伴随波场；

梯度计算模块，根据所述单震源波场和所述伴随波场计算目标泛函关于本次迭代的地下介质模型的模型参数的第一梯度，以及所述目标泛函关于所述震源子波的第二梯度；

反演迭代模块，用于根据所述第一梯度更新所述本次迭代的地下介质模型的所述模型参数，得到本次迭代后的地下介质模型，以及根据所述第二梯度更新所述震源子波，得到本次迭代后的震源子波。

10.一种机器可读存储介质，其特征在于，其上存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令被执行时实现权利要求1-8中任意一项所述的方法。