CN112596107B - 弹性参数反演方法及装置 - Google Patents

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CN112596107B CN202011462534.8A CN202011462534A CN112596107B CN 112596107 B CN112596107 B CN 112596107B CN 202011462534 A CN202011462534 A CN 202011462534A CN 112596107 B CN112596107 B CN 112596107B
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Abstract

本发明提供了一种弹性参数反演方法及装置，涉及地震反演的技术领域，包括：先获取多道非平稳地震记录；然后根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；最后根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数。本发明可以在这两个关联关系模型的基础上，根据多道非平稳地震记录确定弹性波阻抗，进而确定弹性参数，适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。

Description

弹性参数反演方法及装置
技术领域
本发明涉及地震反演技术领域，尤其是涉及一种弹性参数反演方法及装置。
背景技术
在对储层的岩石物理特性进行描述时，要求对弹性参数有适当的了解，而弹性参数在现有技术中可以通过使用弹性波阻抗(Elastic Impedance，EI)的概念从叠前地震数据中反演得到。弹性波阻抗是可变入射角声波阻抗的一种推广，它提供了一种通过校准和反演非零炮检距地震数据获得弹性参数的框架。现有的反演技术有AVO(Amplitudevariation with offset，振幅随偏移距的变化)反演，正则化反演等，但是这些方法不适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演以及弹性参数反演。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性参数反演方法及装置，以缓解现有技术中存在的无法适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演以及弹性参数反演的技术问题。
第一方面，本发明提供的一种弹性参数反演方法，其中，包括：获取多道非平稳地震记录；根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数；其中，所述第一关联关系模型和所述第二关联关系模型构成多道非平稳地震模型。
进一步的，所述根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗的步骤，包括：根据所述第一关联关系模型，将求解所述弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
进一步的，所述目标优化方法包括Split Bregman迭代方法，所述根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗的步骤，包括：确定初始化参数；基于所述初始化参数和所述多道非平稳地震记录，利用所述Split Bregman迭代方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
进一步的，所述根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数的步骤，包括：确定所述第二关联关系模型的表达形式；其中，所述表达形式包括离散矩阵形式；根据所述弹性波阻抗和离散矩阵形式的第二关联关系模型，利用最小二乘法求解，得到所述弹性参数；其中，所述第二关联关系模型表示弹性波阻抗和弹性参数以离散矩阵的形式对应关联。
进一步的，所述多道非平稳地震记录为不同入射角下多道非平稳地震子波与地层反射系数褶积的集合。
进一步的，所述弹性参数包括以下参数中的一种或几种：纵波速度、横波速度、密度。
第二方面，本发明提供的一种弹性参数反演装置，其中，包括：获取单元，用于获取多道非平稳地震记录；第一确定单元，用于根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；第二确定单元，用于根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数；其中，所述第一关联关系模型和所述第二关联关系模型构成多道非平稳地震模型。
进一步的，第一确定单元，包括：转化模块，根据所述第一关联关系模型，将求解所述弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；第一求解模块，根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的弹性参数反演方法。
第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的弹性参数反演方法。
本发明提供的一种弹性参数反演方法及装置，包括：先获取多道非平稳地震记录；然后根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；最后根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数。本发明可以在这两个关联关系模型的基础上，根据多道非平稳地震记录确定弹性波阻抗，进而确定弹性参数，适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种弹性参数反演方法的流程图；
图2为图1中步骤S102的流程图；
图3为图2中步骤S201的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种弹性参数反演装置的结构示意图。
图标：
11-获取单元；12-第一确定单元；13-第二确定单元。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为了对储层的岩石物理特性进行描述，要求对纵波速度、横波速度(即Vp、Vs)以及密度(ρ)等弹性参数有适当的了解，这些参数可以通过使用弹性波阻抗(EI)的概念从叠前地震数据反演得到。弹性波阻抗(EI)的概念首先由Connolly(1999)提出。EI是可变入射角声波阻抗的一种推广，它提供了一种通过校准和反演非零炮检距地震数据获得弹性参数的框架，与AI对零炮检距地震数据的处理过程类似(Connolly，1999)。EI概念有助于地震储层描述中更一般的岩石物理研究和储层物性如孔隙度、饱和度和渗透率的预测。现有技术中包括AVO反演，正则化反演等，这些反演方法无法适应于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。基于此，本发明的目的在于提供一种弹性参数反演方法及装置，针对多道非平稳地震模型进行了改进，可以适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种弹性参数反演方法进行详细描述。
实施例1：
根据本发明实施例，提供了一种弹性参数反演方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例提供的一种弹性参数反演方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，获取多道非平稳地震记录。多道非平稳地震记录为不同入射角下非平稳地震子波与地层反射系数褶积的集合。
步骤S102，根据建立完成的第一关联关系模型确定与多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗。第一关联关系模型是本发明所要构建的多道非平稳地震模型的一部分。第一关联关系模型的建立，可以保证弹性波阻抗反演精度。
本实施例可以根据弹性波阻抗的定义以及多道非平稳地层模型，得到第一关联关系模型，该第一关联关系模型用于表示多道非平稳地震记录与弹性波阻抗之间的关系，如下：
Sθ＝WaDtZθ+Nθ
其中，Sθ表示已知的二维地震剖面，θ表示入射角，Nθ表示随机噪声，Wa表示入射角下非平稳地震子波
Figure BDA0002830919230000051
的矩阵形式，其中，W(f)为非平稳地震子波的傅里叶变换，
Figure BDA0002830919230000052
地层的非平稳衰减效应，f表示频率变量，t和τ均表示时间变量。需要注意的是，Sθ也可以表示已知的其他维度的地震剖面，由于本实施例主要是用于二维的多道非平稳地震记录反演，因此这里标注为二维地震剖面。Dt是一个差分矩阵，表示在多道非平稳地震记录纵向时间维度上的差分算子，即：
Figure BDA0002830919230000053
Figure BDA0002830919230000054
其中，EIθ为待求解的弹性波阻抗。
步骤S103，根据建立完成的第二关联关系模型确定与弹性波阻抗对应的弹性参数。第一关联关系模型和第二关联关系模型构成多道非平稳地震模型。弹性参数包括以下参数中的一种或几种：纵波速度、横波速度、密度。
建立完成的第二关联关系模型，表示弹性波阻抗与弹性参数之间的关系：
log(EIθ)＝(1+tan2(θ))log(Vp)-8Ksin2(θ)log(Vs)+(1-4Ksin2(θ))log(ρ)
其中，Vp为弹性参数中的纵波速度，Vs为弹性参数中的横波速度，ρ为弹性参数中的密度。
本发明实施例提供的一种弹性参数反演方法，先获取多道非平稳地震记录；然后根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；最后根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数。本发明实施例可以在这两个关联关系模型的基础上，根据多道非平稳地震记录确定弹性波阻抗，进而确定弹性参数，适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。
在一个可选的实施例中，如图2所示，步骤S102，根据建立完成的第一关联关系模型确定与多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗，包括如下步骤S201～步骤S202，其中：
步骤S201，根据第一关联关系模型，将求解弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；
步骤S202，根据多道非平稳地震记录和目标优化方法求解最优化问题，得到弹性波阻抗。
由第一关联关系模型可知，这是一个不适定问题，为了快速求解弹性波阻抗，本实施例将该不适定问题转化为带约束的最优化问题，即：
Figure BDA0002830919230000061
其中，
Figure BDA0002830919230000076
Figure BDA00028309192300000710
表示纵向的差分算子，
Figure BDA0002830919230000077
表示横向的差分算子。
在一个可选的实施例中，如图3所示，目标优化方法包括Split Bregman迭代方法，步骤S202，根据多道非平稳地震记录和目标优化方法求解最优化问题，得到弹性波阻抗，包括步骤S301～步骤S302，其中：
步骤S301，确定初始化参数；
步骤S302，基于初始化参数和多道非平稳地震记录，利用Split Bregman迭代方法求解最优化问题，得到弹性波阻抗。
现有的求解方法有梯度类的方法，ADMM方法(即交替方向乘子法)等，本实施例采用的split-bregman迭代方法(译为分裂布雷格曼，一种L1正则化代价函数的优化方法)进行最优化求解，更适用于本实施例中的TV正则化求解，且求解快速、稳定。
本实施例采用Split-Bregman迭代方法求解上述最优化问题，步骤如下：
Step 1：初始化数据：迭代次数k＝0，第一次迭代的弹性波阻抗
Figure BDA0002830919230000079
算法中间变量
Figure BDA0002830919230000078
算法中间变量b0＝0，其中，Z0表示弹性波阻抗的初始值；
Step 2：初始化参数：λ，μ，σ，tol，maxIter，其中：λ，μ，σ均为正则化参数，tol表示迭代停止条件误差，maxIter表示最大迭代次数；
Step 3：令A＝μ(WaDt)TWaDt+λ(Dt)TDt，B＝λDx(Dx)T；其中A和
B均为中间变量；
Step 4：开始迭代，当
Figure BDA0002830919230000072
且k<maxIter时，令
Figure BDA0002830919230000073
其中C为中间变量，S表示多道非平稳地震记录，
Figure BDA0002830919230000074
均表示当前迭代下的中间变量；已知A＝UΛUT，B＝VΣVT，
Figure BDA0002830919230000075
即对矩阵A进行奇异值分解得到U和Λ，对矩阵B进行奇异值分解得到V和Σ。
Figure BDA0002830919230000081
中的元素
Figure BDA0002830919230000082
λi和σi分别是Λ和Σ的对角线元素；
Figure BDA0002830919230000083
Figure BDA0002830919230000084
Figure BDA0002830919230000085
Figure BDA0002830919230000086
Figure BDA0002830919230000087
Figure BDA0002830919230000088
k＝k+1
重复执行上述步骤，直至达到预先设定好的停止条件。
Step 5：将最后一次迭代的结果
Figure BDA0002830919230000089
作为弹性波阻抗结果输出。
在一个可选的实施例中，步骤S103，根据建立完成的第二关联关系模型确定与弹性波阻抗对应的弹性参数，包括如下步骤S401～步骤S402，其中：
步骤S401，确定第二关联关系模型的表达形式。其中，表达形式包括离散矩阵形式；
步骤S402，根据弹性波阻抗和离散矩阵形式的第二关联关系模型，利用最小二乘法求解，得到弹性参数。
上述第二关联关系模型表示弹性波阻抗和弹性参数以离散矩阵的形式对应关联。为了便于计算，可以将上述第二关联关系模型对应的公式，写成离散矩阵形式，即：
Figure BDA0002830919230000091
本实施例可以采用最小二乘法求解此问题，具体的，令：
Figure BDA0002830919230000092
Figure BDA0002830919230000093
Figure BDA0002830919230000094
则上式的最小二乘法的解为：
X＝(GTG+εI)-1GTB
在求解出X之后，根据公式
Figure BDA0002830919230000095
即可求解出弹性参数。
本实施例在给出的第一关联关系模型和第一关联关系模型的基础上，结合SplitBregman迭代方法和最小二乘法的应用，可以快速求解出弹性波阻抗以及弹性参数。
实施例2：
本发明实施例提供了一种弹性参数反演装置，该弹性参数反演装置主要用于执行实施例1上述内容所提供的弹性参数反演方法，以下对本发明实施例提供的弹性参数反演装置做具体介绍。
图4为本发明实施例提供的一种弹性参数反演装置的结构示意图。如图4所示，主要包括：获取单元11、第一确定单元12和第二确定单元13，其中：
获取单元11，用于获取多道非平稳地震记录；
第一确定单元12，用于根据建立完成的第一关联关系模型确定与多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；
第二确定单元13，用于根据建立完成的第二关联关系模型确定与弹性波阻抗对应的弹性参数。
本发明实施例提供的一种弹性参数反演装置，先利用获取单元11获取多道非平稳地震记录；然后利用第一确定单元12根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；最后利用第二确定单元13根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数。本发明实施例可以在这两个关联关系模型的基础上，根据多道非平稳地震记录确定弹性波阻抗，进而确定弹性参数，适用于多道非平稳地震记录的弹性波阻抗反演及弹性参数反演。
可选地，第一确定单元12，包括转化模块和第一求解模块，其中：
转化模块，根据第一关联关系模型，将求解弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；
第一求解模块，根据多道非平稳地震记录和目标优化方法求解最优化问题，得到弹性波阻抗。
可选地，第一求解模块包括确定子模块和求解子模块，其中：
确定子模块，用于确定初始化参数；
求解子模块，用于基于初始化参数和多道非平稳地震记录，利用Split Bregman迭代方法求解最优化问题，得到弹性波阻抗。
可选地，第二确定单元，包括确定模块和第二求解模块，其中：
确定模块，用于确定第二关联关系模型的表达形式；其中，表达形式包括离散矩阵形式；
第二求解模块，用于根据弹性波阻抗和离散矩阵形式的第二关联关系模型，利用最小二乘法求解，得到弹性参数；其中，第二关联关系模型表示弹性波阻抗和弹性参数以离散矩阵的形式对应关联。
可选地，多道非平稳地震记录为不同入射角下非平稳地震子波与地层反射系数褶积的集合。
可选地，弹性参数包括以下参数中的一种或几种：纵波速度、横波速度、密度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。
在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。
在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，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，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例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。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹性参数反演方法，其特征在于，包括：
获取多道非平稳地震记录；
根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；其中，所述第一关联关系模型为：
Sθ＝WaDtZθ+Nθ
其中，Sθ表示已知的地震剖面，θ表示入射角，Nθ表示随机噪声，Wa表示入射角下非平稳地震子波的矩阵形式，Dt是一个差分矩阵，表示在多道非平稳地震记录纵向时间维度上的差分算子，
Figure FDA0003183930580000011
其中，EIθ为待求解的弹性波阻抗；
根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数；其中，所述第一关联关系模型和所述第二关联关系模型构成多道非平稳地震记录模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗的步骤，包括：
根据所述第一关联关系模型，将求解所述弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；
根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标优化方法包括Split Bregman迭代方法，所述根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗的步骤，包括：
确定初始化参数；
基于所述初始化参数和所述多道非平稳地震记录，利用所述Split Bregman迭代方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数的步骤，包括：
确定所述第二关联关系模型的表达形式；其中，所述表达形式包括离散矩阵形式；
根据所述弹性波阻抗和离散矩阵形式的第二关联关系模型，利用最小二乘法求解，得到所述弹性参数；其中，所述第二关联关系模型表示弹性波阻抗和弹性参数以离散矩阵的形式对应关联。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多道非平稳地震记录为不同入射角下非平稳地震子波与地层反射系数褶积的集合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性参数包括以下参数中的一种或几种：纵波速度、横波速度、密度。
7.一种弹性参数反演装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取多道非平稳地震记录；
第一确定单元，用于根据建立完成的第一关联关系模型确定与所述多道非平稳地震记录对应的弹性波阻抗；其中，所述第一关联关系模型为：
Sθ＝WaDtZθ+Nθ
其中，Sθ表示已知的地震剖面，θ表示入射角，Nθ表示随机噪声，Wa表示入射角下非平稳地震子波的矩阵形式，Dt是一个差分矩阵，表示在多道非平稳地震记录纵向时间维度上的差分算子，
Figure FDA0003183930580000021
其中，EIθ为待求解的弹性波阻抗；
第二确定单元，用于根据建立完成的第二关联关系模型确定与所述弹性波阻抗对应的弹性参数；其中，所述第一关联关系模型和所述第二关联关系模型构成多道非平稳地震模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一确定单元，包括：
转化模块，根据所述第一关联关系模型，将求解所述弹性波阻抗的不适定问题转化为带约束的最优化问题；
第一求解模块，根据所述多道非平稳地震记录和目标优化方法求解所述最优化问题，得到所述弹性波阻抗。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的方法。
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