[发明专利]地震信号反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震信号反演方法，具体涉及一种地震信号反演方法。

背景技术

地震反演是利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程。反演与正演相对存在，正演是利用已知地质模型求解地震响应(即地震波形)的过程。反演目的是利用地震波在地下介质中的传播规律，通过数据采集、处理与解释等流程，来推测地下岩层结构和物件参数的空间分布。这些物件参数包括：速度，密度，泊松比等，其中泊松比能够为探明油气储量提供重要依据。目前，是地震解释领域最有实用价值也是研究最热门的一门技术。

地震反演根据地震资料形式分为叠前反演和叠后反演。叠后反演经过几十年发展，其理论和应用相对成熟，然而，随着全球油气储量的减少，人们对储层预测的要求逐渐提高，叠后反演存在的问题越来越明显。

1)所要预测的储层性质越来越复杂，有些储层没有明显的声学特征，不同的岩性之间波阻抗没有显著的差别，所以无法利用传统的叠后地震反演区别不同的的岩性并划分储集单元；

2)叠后地震数据在叠加过程中损失了很多重要的地震原始信息，因而降低了其解决地质问题的精度和能力；

3)叠后反演在假设条件、子波提取及振幅、频率、保真等方面均存在着诸多问题，如垂直入射、零偏移距的假设使地震数据失掉了可贵的AVO信息，以及预测地层弹性参数和含油气性的能力较差等等。

而叠前反演能够解决上述叠后反演存在的问题，具有更高的实用价值。但是叠前反演也具有很高的困难性，其困难性主要有：

a)叠前反演的数据量巨大，耗时费力，导致成本高(包括设备成本，人力成本，时间成本等)。

b)反演问题的不适定性(即多解性)，造成多解性的原因不是反演方法或技巧上的缺陷造成的，而是地球物理数据的有限观测、带限性和存在噪声所致。解决这个问题现在已有在利用测井信息进行约束以减少多解性，但正确添加测井信息同时就增加了反演的复杂度。

这种情况下，设计一种可靠性高，稳定性强，速度快，预测准确的可以用于叠前和叠后反演的方法势在必行。

现有技术中，存在如下两大类反演方法：

1)基于非线性假设的反演

当前这类反演方法又有模拟退火法，遗传算法，人工神经网络算法，禁忌搜索算法，蚁群算法，粒子群算法等。总体来说，这类方法假设的地球模型是非线性的，虽然比较符合实际，而且部分方法已取得良好效果，然而他们都有以下致命缺陷：①运算效率很低；②同时也存在着解的稳定性问题，因为遗传算法和模拟退火等算法属于随机搜索算法，对这样病态性问题求解的时候，每次解都可能差异很大，因此无法应用到大规模地震数据反演中。

2)基于线性假设的反演

当前这类方法又有梯度法，牛顿法，共轭梯度法，最小二乘法，广义逆法等。总体来说，这类方法将非线性问题线性化，通过迭代，逐次逼近，求得反演近似解。这类方法相对于非线性方法来说更简便，易行，多数情况下效果可以接受，然而在迭代中容易陷入局部最优，出现多解或无解现象，而且反演结果很大程度上依赖于初始模型。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种地震信号反演方法。可靠性高，稳定性强，速度快，预测准确，既可用于叠前反演，也可用于叠后反演。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地震信号反演方法，包括如下步骤：

第一步、数据预处理；

第二步、建立正演模型；

第三步、以正演模型作为反演基础，对反问题进行求解：

1)建立目标函数；

2)在N维空间内，采用迭代构造法构造n个相互共轭的向量，做一维线性搜索，通过n次线性搜索得到目标函数的极小值点；

3)取目标函数的梯度构造出解空间的基；

4)对解空间的基进行迭代构造，引入阻尼系数调整解的稳定性，控制梯度向量的方向；

5)为每次迭代结果添加硬门限，在硬门限的限制范围内求解得到唯一的稳定解；

第四步、反演后处理：通过第三步求出的唯一的稳定解来求解纵波速度、横波速度和密度，从而求得目标速度和密度结果，最后求得泊松比。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：1)速度快，适合大规模地震数据反演；2)储层预测准确，与实际测井资料吻合度高；3)稳定性高，对含噪声的地震信号抗燥能力强，无异常解现象。

具体实施方式

首先对本发明中的相关术语做一下定义：