一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法、设备及介质

本发明涉及地震阻抗反演，具体涉及一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法、设备及介质。

背景技术：

1、地震波阻抗反演是一种从叠后反射地震数据中识别地下岩石和流体等介质属性的有效技术。基于地震褶积模型，反射地震数据是反射系数和子波的褶积结果。在该理论中，每道中的地震反射数据仅与相应的阻抗参数相关。。因此，传统的地震波阻抗反演是逐道进行的。虽然单道反演计算效率较高，但由于每道地震数据的噪声水平不同，且不同道集的阻抗参数之间缺乏空间约束，反演剖面的空间连续性较差，这影响了最终地震成像的分辨率与准确性并增加了地震资料解释的难度。

2、现有技术中存在利用吉洪诺夫正则化和传统全变差正则化实现构造导向约束的反演方法，此类方法的核心是从地震数据中提取结构特征并将其作为模型的空间约束，但基于吉洪诺夫正则化的反演精度相对较低，不能刻画尖锐的结构及界面，而传统的全变差正则化反演存在奇异点，可能会导致反演结果的不稳定。除反演方法之外，初始模型对反演结果也有显着影响，尤其是基于卷积理论的反演。一组反射系数可对应无数的阻抗模型，因此反演容易受到初始模型的影响而产生错误的阻抗参数估计。

3、综上所述，急需一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法、设备及介质解决现有技术中的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法、设备及介质，具体技术方案如下：

2、一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、s1：获取原始地震数据，提取不同频带宽度的地震数据和地震子波；

4、s2：从原始地震数据中提取地震斜率信息，基于地震斜率信息构建具有构造导向的模型约束矩阵；

5、s3：构建多道阻抗正演算子；

6、s4：构建基于改进全变差正则化和构造导向约束的反演目标函数；

7、s5：执行多尺度反演，具体是，基于多尺度反演策略，调用初始模型以及地震数据和地震子波，从低频到高频的地震数据和地震子波重复进行多轮反演，在最后一轮反演中使用原始数据，完成多尺度地震反演。

8、优选的，在s1中，采用傅里叶变换和傅里叶逆变换从原始数据中提取不同频带宽度的地震数据和地震子波。

9、优选的，在s2中，采用平面波分析法提取地震斜率信息，平面波场与局部斜率关系如下：

10、

11、其中，p(x,t)表示平面波场；σ(x,t)代表局部斜率；

12、式1)的通解如式2)所示：

13、p(x，t)＝f(t-σx)                        2)

14、其中，f(t-σx)表示波函数；

15、基于式1)和式2)可知，第i+1道地震数据di+1通过第i道地震数据di和相应的局部斜率σi预测；最小化所有地震记录并预测地震记录之间的残差，获得整个地震剖面的局部斜率，所有的局部斜率组成地震斜率信息。

16、优选的，在s2中，基于地震斜率信息构建具有构造导向的模型约束矩阵具体是：

17、通过坐标旋转将模型在水平和竖直方向上的约束转换为平行于地质结构的方向和垂直于地质结构的方向，转换关系如式3)和式4)所示：

18、d1＝dcosdx+dsindz                         3)

19、d2＝dcosdz-dsindx                        4)

20、其中，d1表示平行于局部地震斜率的一阶方向差分算子；d2表示垂直于局部地震斜率的一阶方向差分算子；dx表示模型在水平方向上的一阶差分矩阵；dz表示模型在竖直方向上的一阶差分矩阵；

21、dsin和dcos如式5)和式6)所示：

22、

23、

24、其中，n表示道集总数；m表示单道阻抗参数的个数；θ表示地震倾角，所述地震倾角为局部斜率的反正切函数。

25、优选的，在s3中，基于多道地震阻抗正演模型构建多道阻抗正演算子，根据地震褶积模型，多道地震阻抗正演模型如式7)所示：

26、d＝gm          7)

27、其中，d表示多道地震数据，g表示多道阻抗正演算子，m表示阻抗参数的自然对数；

28、式7)的展开式如式8)所示：

29、

30、其中，di∈rm-1和mi∈rm分别表示第i道地震数据和阻抗参数，i＝1，2，...，n；gi表示单道阻抗正演算子，表达式如式9)所示：

31、

32、其中，w表示子波矩阵；d表示一阶差分矩阵。

33、优选的，在s4中，反演目标函数如式10)所示：

34、

35、其中，u表示用于模型去噪的辅助变量；λ1和λ2分别表示吉洪诺夫正则化项和全变差正则化项||u||tv的正则化因子；α和β分别表示平行于地质构造的模型约束和垂直于地质构造的模型约束所对应的正则化因子。

36、优选的，在s4中，反演目标函数的求解基于式11)和式12)进行：

37、

38、

39、其中，式11)在以uk为参考模型的前提下求解同时受参考模型和结构约束的阻抗模型mk+1，其求解方法为最小二乘法或者共轭梯度法；式12)利用一个标准的l2-tv模型对mk+1进行去噪，得到去噪结果uk+1，并将其用作下一次求解m时的参考模型，其求解方法为分裂布雷格曼算法。

40、优选的，在s5中，多尺度反演策略具体是：

41、基于多道阻抗正演算子以及反演目标函数构建初始模型，调用初始模型以及最低频的地震数据和地震子波进行反演，将反演结果设置为下一轮反演的初始模型，在下一轮反演中调用比上一轮反演数据频带更宽的地震数据和地震子波，重复进行多轮反演，在最后一轮反演中使用原始地震数据，完成多尺度地震反演。

42、另外，本发明还包括一种计算机设备，包括存储器和处理器；

43、所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机程序；

44、所述处理器用于执行所述计算机程序时实现如上述的多尺度波阻抗反演方法的步骤。

45、另外，本发明还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的多尺度波阻抗反演方法的步骤。

46、应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

47、本发明提出了一种构造导向约束的多尺度波阻抗反演方法，所述方法基于多尺度反演策略和改进的全变差正则化方案构造导向约束实现地震反演，其中，改进的全变差正则化结合了吉洪诺夫正则化和全变差正则化的优点，既可以保证反演的稳定性，又可以精确刻画地下结构，强化了反演结果的结构特征，且具备优秀的模型抑噪能力。本发明的多尺度反演策略可缓解反演对初始模型的依赖性，避免反演结果陷入局部极小值。

48、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。