CN111538079B - 基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置 - Google Patents

基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置 Download PDF

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CN111538079B CN202010464583.9A CN202010464583A CN111538079B CN 111538079 B CN111538079 B CN 111538079B CN 202010464583 A CN202010464583 A CN 202010464583A CN 111538079 B CN111538079 B CN 111538079B
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Abstract

本申请提供一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置，包括：获取真实的地震波信号的传播记录；获取速度‑应力的表达式；速度‑应力的表达式包括：水平地质裂缝处的柔度参数；基于水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，地震波信号的初始传播速度，震源位置，和速度‑应力的表达式，得到第一速度值和第一应力值；基于速度‑应力的表达式，确定反传波波动方程；基于真实速度值、真实应力值、第一速度值、第一应力值和地质裂缝处的柔度参数的初始值对波动方程求偏导，得到梯度值；若确定梯度值小于等于预设阈值，确定柔度参数的初始值为地质裂缝处的柔度参数的值，基于全波形反演技术确定出裂缝柔度参数的值。

Description

基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置
技术领域
本申请涉及地震波技术领域，具体而言，涉及一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置。
背景技术
在地震波传播过程中，地质裂缝的存在会引起地震波的响应，对于相同的地震波信号，若两处地质裂缝的柔度参数的值不同，则两处地质裂缝对地震波的响应程度也会不同，继而可以得出地质裂缝对地震波的响应程度与地质裂缝的柔度参数相关，同理，对于同一处地质裂缝，若两个地震波信号不同，则该处地质裂缝对这两个地震波信号的响应程度也不同，因此，为了准确地确定出某一处地质裂缝对地震波的响应程度，势必需要确定出该处地质裂缝的柔度参数值。
发明内容
鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法及装置，以确定出水平地质裂缝处的柔度参数的值。
第一方面，本申请实施例提供一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法，所述方法包括：获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值；获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数；基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置，和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值；基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程；基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值；在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
在上述实现过程中，基于全波形反演技术和速度-应力的表达式确定出包括水平地质裂缝处的柔度参数的反传波动方程(即描述地震波在所述水平地质裂缝处的反向传播的方程)，可以理解的是，反传波动方程中包括所述水平地质裂缝处的柔度参数，其中，所述反传波动方程用于模拟地震波的反向传播，并利用真实的地震波信号的传播记录中的地震波信号的初始传播速度和预先确定的第一地震参数和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值和所述速度应力表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号正向传播影响的第一速度值和第一应力值；接着基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值，结合了正传波场和反传波场的信息，在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，表征所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值与真实值非常接近，继而能够将所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值确定为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
基于第一方面，在一种可能的设计中，在所述得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值之后，所述方法还包括：在确定所述梯度值大于所述预设阈值时，对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值；基于所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第二速度值和第二应力值；基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第二速度值、所述第二应力值、所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值，和所述波动方程，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的新的梯度值；在确定所述新的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
在上述实现过程中，在确定所述梯度值大于所述预设阈值时(即表征当前设置的所述水平裂缝处的柔度参数的值与真实值相差较大)，不断对所述水平裂缝处的柔度参数的值进行更新，直到利用更新后的地质裂缝处的柔度参数值求得的梯度值小于所述预设阈值时，表征所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值与真实值非常接近，继而能够将所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值确定为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
基于第一方面，在一种可能的设计中，所述反传波波动方程为
Figure BDA0002511121340000031
其中，w为所述反传波的波场参数向量，usyn包括所述第一速度参数和所述第一应力参数；uobs包括所述真实速度参数和所述真实应力参数；G表征所述网格模型，T表征所述地震波信号的接收时长。
基于第一方面，在一种可能的设计中，所述基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值包括：对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程；基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值、所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，和所述伴随方程，得到所述反传波的波场参数向量的值；对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程；将所述反传波的波场参数向量的值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，输入所述梯度方程，得到所述梯度值。
在上述实现过程中，为了确定所述地质裂缝处的柔度参数的初始值是否与真实值接近，因此，需要求解所述地质裂缝处的柔度参数的梯度值，继而通过对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程，然而，梯度方程中包括所述反传波的波场参数向量，因此，为了求得该向量，需要通过对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程，由于所述伴随方程中只有所述反传波的波场参数向量未知，因此能够利用所述伴随方程快速、准确地求得所述反传波的波场参数向量的值，继而能够利用所述反传波的波场参数向量的值准确地确定所述地质裂缝处的柔度参数的梯度值。
基于第一方面，在一种可能的设计中，对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程，包括：对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始梯度方程；利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，得到所述梯度方程。
在上述实现过程中，利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，无需计算速度的偏导，继而降低梯度值求解的运算量。
基于第一方面，在一种可能的设计中，所述获取速度-应力的表达式包括：基于线性滑动理论，获取表征所述水平地质裂缝位置处的边界条件；其中，所述边界条件为：
Figure BDA0002511121340000041
其中，“+”和“-”分别表示所述水平地质裂缝两侧；vx表示所述地震波信号沿着x轴方向的速度，vz表示所述地震波信号沿着z轴方向的速度，ST和SN为所述水平地质裂缝处的柔度参数；σxz为所述地震波信号沿xz轴方向的应力，σzz为所述地震波信号沿z轴方向的应力；基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000051
得到所述速度-应力的表达式，其中，ρ为所述地质密度，λ、μ为所述拉梅系数。
在上述实现过程中，由于初始的速度-应力方程组中不包括地质裂缝处的柔度参数，因此，基于线性滑动理论，获取表征所述水平地质裂缝位置处的边界条件，其中，所述边界条件中包括：地质裂缝处的柔度参数，继而基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组，得到包括地质裂缝处的柔度参数的速度-应力的表达式。
基于第一方面，在一种可能的设计中，所述基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000052
得到所述速度-应力的表达式包括：基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000061
得到第一速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000062
基于所述旋转交错网格改变所述第一速度-应力方程组的差分方向，得到所述速度-应力表达式
Figure BDA0002511121340000063
其中，
Figure BDA0002511121340000064
Figure BDA0002511121340000065
为旋转交错网格的第一差分方向；
Figure BDA0002511121340000066
为所述旋转交错网格的第二差分方向。
在上述实现过程中，由于传统的有限差分网格不便于设置裂缝位置，因此，利用旋转交错网格改变差分方向，继而便于设置裂缝位置。
第二方面，本申请实施例提供一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的装置，所述装置包括：第一获取单元，用于获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值；第二获取单元，用于获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数；第一模拟单元，用于基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置，和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值；反传单元，用于基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程；梯度单元，用于基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值；确定单元，用于在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
基于第二方面，在一种可能的设计中，所述装置还包括：柔度参数更新单元，用于在确定所述梯度值大于所述预设阈值时，对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值；以及基于所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第二速度值和第二应力值；基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第二速度值、所述第二应力值、所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值，和所述波动方程，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的新的梯度值；在确定所述新的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
基于第二方面，在一种可能的设计中，所述反传波波动方程为
Figure BDA0002511121340000081
其中，w为所述反传波的波场参数向量，usyn包括所述第一速度参数和所述第一应力参数；uobs包括所述真实速度参数和所述真实应力参数；G表征所述网格模型，T表征所述地震波信号的接收时长。
基于第二方面，在一种可能的设计中，所述梯度单元，包括：伴随单元，用于对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程；反传参数确定单元，用于基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值、所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，和所述伴随方程，得到所述反传波的波场参数向量的值；梯度方程确定单元，用于对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程；梯度值确定单元，用于将所述反传波的波场参数向量的值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，输入所述梯度方程，得到所述梯度值。
基于第二方面，在一种可能的设计中，所述梯度方程确定单元，具体用于对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始梯度方程；以及利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，得到所述梯度方程。
基于第二方面，在一种可能的设计中，所述获取子单元，具体用于基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000091
得到第一速度-应力方程组：
Figure BDA0002511121340000092
以及基于所述旋转交错网格改变所述第一速度-应力方程组的差分方向，得到所述速度-应力表达式
Figure BDA0002511121340000093
其中，
Figure BDA0002511121340000094
Figure BDA0002511121340000095
为旋转交错网格的第一差分方向；
Figure BDA0002511121340000096
为所述旋转交错网格的第二差分方向。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器内存储计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行第一方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面所述的方法。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供的网格模型的示意图。
图3为本申请实施例提供的新的差分方向的示意图。
图4为本申请实施例提供的基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法的仿真图。
图5为本申请实施例提供的基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的装置的结构示意图。
图标：510-第一获取单元；520-第二获取单元；530-第一模拟单元；540-反传单元；550-梯度单元；560-确定单元。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1为本申请第一实施例提供的一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法的流程图，下面将对图1所示的流程进行详细阐述，所述方法包括：
S11：获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值。
S12：获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数。
S13：基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值。
S14：基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程。
S15：基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值。
S16：在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
下面对上述方法进行详细介绍。
S11：获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值。
针对一地理位置区域，若该地理位置区域的地质层中存在水平地质裂缝，为了确定该水平地质裂缝处的柔度参数，本申请需要预先获取在该地理位置区域发生的地震的真实记录，即地震波信号的传播记录。
其中，所述地震波信号的初始传播速度，即地震一开始发生时，地震波信号的传播速度。所述初始传播速度包括：地震波的横波速度和地震波的纵波速度。
其中，水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值，即所述地震波从开始传播之后的一定时间段内，基于一定的时间间隔获得的地震波在不同时刻、不同位置处(以震源位置为中心划定的一定区域范围内的不同位置)的传播的速度，以及地震波在不同时刻对不同位置处施加的应力的大小。其中，所述时间间隔根据实际需求设定。
在本申请实施例中，请参照图2，通过建立包含x轴和z轴的二维坐标系，以获取所述地震波信号产生的位置在所述二维坐标系中的坐标位置(即震源位置)，并通过在预先建立的二维坐标系中建立网格模型，所述网格模型的位置和大小与以震源位置(即图2中的三角形的位置)为中心划定的区域范围重合，所述网格模型中有多个网格，其中，在本申请实施例中，网格采用正方形网格，在其他实施例中，网格可以采用长方形网格，在本实施例中，Δx为网格的长度，Δz为网格的宽度，每个网格的长度Δx＝1m(m为单位米)和宽度Δz＝1m，在所述网格模型大小相同的条件下，所述网格模型的长度和宽度的值越小，网格的数量越多，相反，网格的数量越少，因此，本申请通过网格点的位置来描述各个真实速度值和各个真实应力值对应的位置点。
S12：获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数。
其中，步骤S11和S12的执行顺序不作限制。
作为一种实施方式，S12包括步骤：A1和A2。
A1：基于线性滑动理论，获取表征所述水平地质裂缝位置处的边界条件；其中，所述边界条件为：
Figure BDA0002511121340000131
其中，“+”和“-”分别表示所述水平地质裂缝两侧；在本申请实施例中，“+”表示所述水平地质裂缝的上侧，“-”表示所述水平地质裂缝的下侧；vx表示所述地震波信号沿着x轴方向的速度，vz表示所述地震波信号沿着z轴方向的速度，ST和SN为所述水平地质裂缝处的柔度参数，其中，ST定义为水平地质裂缝处的切向屈服度(x轴方向)，SN定义为所述水平地质裂缝处的法向屈服度(z轴方向)；σxz为所述地震波信号沿xz轴方向(即X轴和Z轴的对角线方向)的应力，σzz为所述地震波信号沿z轴方向的应力。
Figure BDA0002511121340000132
表示应力σxz对时间t的偏导。
在获取到所述边界条件之后，执行步骤A2。
A2:基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000133
得到所述速度-应力的表达式，其中，ρ为所述地质密度，λ、μ为所述拉梅系数。
作为一种实施方式，A2包括步骤：A21和A22。
A21:基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000141
得到第一速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000142
在实际实施过程中，A21可以按照如下方式实施：
根据Navier公式，获取应力和应变之间第一线性关系表达式：
Figure BDA0002511121340000143
其中，ε代表地质介质的应变；λ和μ代表拉梅系数；下角标xx,zz,xz分别代表x轴方向、x轴方向和xz轴方向；
根据Cauchy公式，获得应变和位移之间的第二关系表达式：
Figure BDA0002511121340000151
Figure BDA0002511121340000152
表示地质介质沿x轴的位移分量ux对x的偏导；
Figure BDA0002511121340000153
表示沿x轴的位移分量ux对z的偏导。
根据所述第一线性关系表达式、所述第二关系表达式和所述边界条件，得到第三关系表达式：
Figure BDA0002511121340000154
其中，
Figure BDA0002511121340000155
Δz为网格的宽度。
基于所述第三关系表达式，获得第四表达式
Figure BDA0002511121340000156
继而利用所述第四表达式替换所述初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000161
中的应力对时间的偏导的表达式，得到所述第一速度-应力方程组。
在获取到所述第一速度-应力方程组之后，为了便于设置水平地质裂缝的位置，执行步骤A22。
A22：基于所述旋转交错网格改变所述第一速度-应力方程组的差分方向，得到所述速度-应力表达式：
Figure BDA0002511121340000162
其中，
Figure BDA0002511121340000163
Figure BDA0002511121340000164
为旋转交错网格的第一差分方向；
Figure BDA0002511121340000165
为所述旋转交错网格的第二差分方向。
请参照图3，基于旋转交错网格对所述第一速度-应力方程组的差分方向进行线性组合，获取第一差分方向
Figure BDA0002511121340000166
第二差分方向
Figure BDA0002511121340000167
和所述第一速度-应力方程组的差分方向的关系表达式
Figure BDA0002511121340000171
基于所述差分方向的关系表达式改变所述第一速度-应力方程组中的差分方向，得到所述速度-应力方程组。
作为一种实施方式，步骤A2中的速度-应力的表达式可以为步骤A21中得到的第一速度-应力方程组。
S13：基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值。
其中，所述第一地震参数包括：水平地质裂缝的坐标、地质介质密度、时间间隔、网格模型的大小和网格大小。
其中，在本申请实施例中，所述时间间隔和步骤S11中获取真实记录所用的时间间隔相同，在其他实施例中，所述时间间隔也可以为步骤S11中获取真实记录所用的时间间隔的两倍。
其中，网格模型的大小、各个网格的大小和位置与步骤S11中所用的网格模型相同。
基于所述速度-应力的表达式，获取地震波信号在不同时刻的不同网格点处的速度表达式和应力表达式，其中，获取所述速度表达式和所述应力表达式的具体实施方式为本领域熟知技术，因此，在此不再赘述。
第一种情况，若水平地质裂缝的真实坐标未知，则分别假设所述网格模型中的各个位置处存在水平地质裂缝；第二种情况，水平地质裂缝的真实坐标已知；因此，在水平地质裂缝的坐标确定之后，通过将所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值(经验值，通常设置的比较小)、所述第一地震参数(地质介质密度、时间间隔、网格模型的大小和网格大小)，所述地震波信号的初始传播速度和所述震源位置输入所述速度表达式和应力表达式，得到所述地震波信号在不同时刻的不同网格点处的第一速度值，以及在不同时刻对不同网格点位置施加的第一应力值。其中，所述第一速度值对应的时间和位置，与所述真实速度值对应的时间和位置一致；所述第一应力值对应的时间和位置，与所述真实应力值对应的时间和位置一致。
S14：基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程。其中，所述反传波波动方程为：
Figure BDA0002511121340000181
其中，w为所述反传波的波场参数向量，usyn包括所述第一速度参数和所述第一应力参数；uobs包括所述真实速度参数和所述真实应力参数；G表征所述网格模型；T表征所述地震波信号的接收时长，即从所述地震波信号开始传播之后对所述地震波信号进行接收的接收时长；Lu-f为所述速度-应力的表达式的简写。通过将所述速度-应力的表达式简写为Lu＝f；在所述速度-应力的表达式为如下方程组时：
Figure BDA0002511121340000182
则，u＝(vx,vz,σxx,σzz,σxz)T，f＝(fx,fz,fxx,fzz,fxz)T，
Figure BDA0002511121340000183
其中，
Figure BDA0002511121340000184
表征求偏导；其中，f由上面这个速度-应力的表达式的左边一列构成。
Figure BDA0002511121340000191
Figure BDA0002511121340000192
Figure BDA0002511121340000193
值的一提的是，在所述速度-应力的表达式为步骤A21中的第一速度-应力方程组时，L,u和f做相应的修改。
基于Lu＝f，Vigh(2014)的方法和拉格朗日乘子法，得到所述反传波波动方程为
Figure BDA0002511121340000194
其中，Ω表征整个时间空间。<,>代表标量积。其中，w＝(wx,wz,wxx,wzz,wxz)T为反传波场的参数向量；其中，下标表示方向。
S15：基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值。
作为一种实施方式，所述方法还包括：采用与求解所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值相同的方式，求解所述网格模型中的各个水平位置处的柔度参数的梯度值。
作为一种实施方式，S15包括步骤：B1、B2、B3和B4。
B1：对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程。
在获取到所述波动方程之后，对所述波动方程求关于u的偏导
Figure BDA0002511121340000195
并令
Figure BDA0002511121340000196
通过对其进行求解，得到所述伴随方程，即：
Figure BDA0002511121340000201
其中，g＝(gx,gz,gxx,gzz,gxz)T代表反传波场的震源，其中，gx表征沿着x轴方向的速度，gz表示沿着z轴方向的速度；gxx表征沿着x轴方向的应力；gzz表征沿着z轴方向的应力；gxz表征沿着xz轴方向的应力；g＝usyn-uobs。
B2：基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值、所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，和所述伴随方程，得到所述反传波的波场参数向量的值。
作为一种实施方式，将传播记录中的同一个时刻同一个网格点处获得的真实速度值和真实应力值看作一组记录，因此，针对所述传播记录中的每组真实速度值和真实应力值，将该组真实速度值和真实应力值，以及与该组真实速度值和真实应力值对应的第一速度值和第一应力值，以及所述水平地质裂缝的柔度参数的初始值，分别输入所述伴随方程中，得到与该组真实速度值和应力值对应的一组w＝(wx,wz,wxx,wzz,wxz)T，继而得到多组w。
作为一种实施方式，也可以从所述多组w中选择一组w或者几组w来用于求解梯度值。
B3：对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程。其中，B1和B3的执行先后顺序不作限制。
作为一种实施方式，B3包括步骤：B31和B32。
B31：对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始梯度方程。
在获取到所述波动方程之后，对所述波动方程求关于L的偏导
Figure BDA0002511121340000211
并令
Figure BDA0002511121340000212
通过对其进行求解，得到所述初始梯度方程，即
Figure BDA0002511121340000213
其中，
Figure BDA0002511121340000214
为
Figure BDA0002511121340000215
裂缝法向柔度参数的梯度，
Figure BDA0002511121340000216
为裂缝切向柔度参数的梯度。
B32：利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，得到所述梯度方程。
利用所述速度-应力的表达式：
Figure BDA0002511121340000217
替换所述初
Figure BDA0002511121340000218
始梯度方程中的速度，以简化运算量，得到所述梯度方程，即：
Figure BDA0002511121340000221
Figure BDA0002511121340000222
作为一种实施方式，也可以将步骤B32中的初始梯度方程作为步骤B3中的梯度方程。
在获得所述梯度方程和所述反传波的波场参数向量之后，执行步骤B4。
B4：将所述反传波的波场参数向量的值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，输入所述梯度方程，得到所述梯度值。其中，所述梯度值包括
Figure BDA0002511121340000223
的值和
Figure BDA0002511121340000224
的值。
S16：在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
在确定
Figure BDA0002511121340000225
和
Figure BDA0002511121340000226
的值均小于等于所述预设阈值时，表征水平地质裂缝处的柔度参数的初始值与所述水平地质裂缝处的柔度参数的真实值非常接近，继而能够确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
其中，所述预设阈值根据实际需求设定，在本申请实施例中，所述预设阈值为0.05，在其他实施例中，所述预设阈值也可以为0，0.1等。
作为一种实施方式，在步骤S16之后，所述方法还包括步骤：C1、C2、C3和C4。
C1：在确定所述梯度值大于所述预设阈值时，对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值。
在确定
Figure BDA0002511121340000231
和
Figure BDA0002511121340000232
的值中的至少一个值大于所述预设阈值时，对大于所述预设阈值的梯度值对应的柔度参数的初始值进行更新，可以理解的是，若
Figure BDA0002511121340000233
大于所述预设阈值，则通过将裂缝法向柔度参数SN的初始值与预设更新步长的值进行相加或者相减，以对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值。
其中，所述更新步长的值根据实际需求设定，其中，步长的值越小，更新后的地质裂缝处的柔度参数值越可能准确的接近真实值，但是更新速度越慢。
C2：基于所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第二速度值和第二应力值。
其中，步骤C2的具体实施方式与步骤S13一致，因此，在此不再赘述。
C3：基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第二速度值、所述第二应力值、所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值，和所述波动方程，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的新的梯度值。
其中，步骤C3的具体实施方式与步骤S15相同，在此不再赘述。
C4：在确定所述新的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
可以理解的是，在确定所述新的梯度值大于所述预设阈值时，继续对所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值进行再次更新，并利用再次更新后的地质裂缝处的柔度参数值求得再次更新后的梯度值，在确定再次更新后的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述再次更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
为了防止柔度参数的值的更新一直不断地进行，因此，作为一种实施方式，在确定所述新的梯度值大于所述预设阈值时，确定当前更新次数是否等于预设更新次数，若确定所述当前更新次等于所述预设更新次数时，停止更新。其中，所述预设更新次数根据实际需求设定，在本申请实施例中，所述预设更新次数为250，在其他实施例中，所述预设更新次数可以为220等。
作为一种实施方式，在确定所述新的梯度值大于所述预设阈值，且在确定当前更新次数小于所述预设更新次数时，将当前更新次数加一，继续更新地质裂缝处的柔度参数，直到更新后的梯度值小于等于所述预设阈值，或者更新次数等于所述预设更新次数时，停止更新。
作为一种实施方式，在所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值相较于上一次确定的地质裂缝处的柔度参数值，变化不大时，停止更新，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的利用上述方法所得到的裂缝柔度参数的值的求解仿真图，其中，仿真参数中水平地质裂缝柔度参数ST的真实值为1.5×10-11，SN的真实值为1.0×10-11，从图4可以清楚的看出，在柔度参数的值迭代更新200次时，柔度参数的预测值(曲线)和真实值(直线)基本相同。
请参照图5，图5是本申请实施例提供的一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的装置的结构框图。下面将对图5所示的结构框图进行阐述，所示装置包括：
第一获取单元510，用于获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值；第二获取单元520，用于获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数；第一模拟单元530，用于基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置，和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值；反传单元540，用于基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程；梯度单元550，用于基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值；确定单元560，用于在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
作为一种实施方式，所述装置还包括：柔度参数更新单元，用于在确定所述梯度值大于所述预设阈值时，对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值；以及基于所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第二速度值和第二应力值；基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第二速度值、所述第二应力值、所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值，和所述波动方程，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的新的梯度值；在确定所述新的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
作为一种实施方式，所述反传波波动方程为：
Figure BDA0002511121340000251
其中，w为所述反传波的波场参数向量，usyn包括所述第一速度参数和所述第一应力参数；uobs包括所述真实速度参数和所述真实应力参数；G表征所述网格模型，T表征所述地震波信号的接收时长。
作为一种实施方式，所述梯度单元550，包括：伴随单元，用于对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程；反传参数确定单元，用于基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值、所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，和所述伴随方程，得到所述反传波的波场参数向量的值；梯度方程确定单元，用于对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程；梯度值确定单元，用于将所述反传波的波场参数向量的值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，输入所述梯度方程，得到所述梯度值。
作为一种实施方式，所述梯度方程确定单元，具体用于对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始梯度方程；以及利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，得到所述梯度方程。
作为一种实施方式，所述第二获取单元520，包括：边界条件获取单元，用于基于线性滑动理论，获取表征所述水平地质裂缝位置处的边界条件；其中，所述边界条件为：
Figure BDA0002511121340000261
其中，“+”和“-”分别表示所述水平地质裂缝两侧；vx表示所述地震波信号沿着x轴方向的速度，vz表示所述地震波信号沿着z轴方向的速度，ST和SN为所述水平地质裂缝处的柔度参数；σxz为所述地震波信号沿xz轴方向的应力，σzz为所述地震波信号沿z轴方向的应力；获取子单元，用于基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000271
得到所述速度-应力的表达式，其中，ρ为所述地质密度，λ、μ为所述拉梅系数。
作为一种实施方式，所述获取子单元，具体用于基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000272
得到第一速度-应力方程组
Figure BDA0002511121340000273
以及基于所述旋转交错网格改变所述第一速度-应力方程组的差分方向，得到所述速度-应力表达式。
本实施例对的各功能单元实现各自功能的过程，请参见上述图1-4所示实施例中描述的内容，此处不再赘述。
此外，本申请实施例还提供了一种存储介质，在该存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行本申请任一项实施方式所提供的方法。
在本申请所提供的实施例中，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申请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。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。

Claims (10)

1.一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号产生的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值；
获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数；
基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置，和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值；
基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程；
基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值；
在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值之后，所述方法还包括：
在确定所述梯度值大于所述预设阈值时，对所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值进行更新，得到更新后的地质裂缝处的柔度参数值；
基于所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第二速度值和第二应力值；
基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第二速度值、所述第二应力值、所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值，和所述波动方程，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的新的梯度值；
在确定所述新的梯度值小于所述预设阈值时，确定所述更新后的地质裂缝处的柔度参数值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反传波波动方程为
Figure FDA0002788404610000021
其中，w为所述反传波的波场参数向量，usyn包括所述第一速度值和所述第一应力值；uobs包括所述真实速度值和所述真实应力值；G表征网格模型，T表征所述地震波信号的接收时长；Lu-f为所述速度-应力的表达式的简写；Ω表征整个时间空间；<,>代表标量积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值包括：
对所述波动方程求关于u的偏导，并令其结果为0，得到伴随方程；
基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值、所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，和所述伴随方程，得到所述反传波的波场参数向量的值；
对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程；
将所述反传波的波场参数向量的值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值，输入所述梯度方程，得到所述梯度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度方程，包括：
对所述波动方程求关于L的偏导，并令其结果为0，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始梯度方程；
利用所述速度-应力的表达式，替换所述初始梯度方程中的速度，得到所述梯度方程。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取速度-应力的表达式包括：
基于线性滑动理论，获取表征所述水平地质裂缝位置处的边界条件；其中，所述边界条件为：
Figure FDA0002788404610000031
其中，“+”和“-”分别表示所述水平地质裂缝两侧；vx表示所述地震波信号沿着x轴方向的速度，vz表示所述地震波信号沿着z轴方向的速度，ST和SN为所述水平地质裂缝处的柔度参数；σxz为所述地震波信号沿xz轴方向的应力，σzz为所述地震波信号沿z轴方向的应力；
基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure FDA0002788404610000032
得到所述速度-应力的表达式，其中，ρ为地质密度，λ、μ为拉梅系数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure FDA0002788404610000041
得到所述速度-应力的表达式包括：
基于所述边界条件和初始的速度-应力方程组
Figure FDA0002788404610000042
得到第一速度-应力方程组
Figure FDA0002788404610000043
基于旋转交错网格改变所述第一速度-应力方程组的差分方向，得到所述速度-应力表达式
Figure FDA0002788404610000051
其中，
Figure FDA0002788404610000052
Figure FDA0002788404610000053
为所述旋转交错网格的第一差分方向；
Figure FDA0002788404610000054
为所述旋转交错网格的第二差分方向；Δx为所述网格模型中的网格的长度，Δz为所述网格模型中的网格的宽度。
8.一种基于全波形反演技术确定地质裂缝柔度参数的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取真实的地震波信号的传播记录；其中，所述传播记录包括：所述地震波信号的初始传播速度，所述地震波信号的震源位置，及表征水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的真实速度值和真实应力值；
第二获取单元，用于获取速度-应力的表达式；其中，所述速度-应力的表达式中包括：所述水平地质裂缝处的柔度参数；
第一模拟单元，用于基于预先确定的所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值、预先确定的第一地震参数，所述地震波信号的初始传播速度，所述震源位置和所述速度-应力的表达式，得到用于模拟所述水平地质裂缝对所述地震波信号传播影响的第一速度值和第一应力值；
反传单元，用于基于所述速度-应力的表达式，确定出反传波波动方程；
梯度单元，用于基于所述真实速度值、所述真实应力值、所述第一速度值、所述第一应力值和所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值对所述波动方程求偏导，得到所述水平地质裂缝处的柔度参数的梯度值；
确定单元，用于在确定所述梯度值小于等于预设阈值时，确定所述水平地质裂缝处的柔度参数的初始值为所述水平地质裂缝处的柔度参数的值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器读取并运行时，执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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