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一种基于改进共轭梯度法的弹性波全波形反演速度分层建模方法

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岩性油气藏 2023年第4期35卷 61-69页

作者：王立德王小卫周辉吴杰张志强王建乐王德英冯刚中国石油勘探开发研究院西北分院兰州730020 中国石油大学(北京) 北京昌平102249 中国石油大庆油田有限责任公司采气分公司黑龙江大庆163000

陆上地震资料由于低频信息缺失、波场复杂等问题,加剧了反演的非线性。基于改进共轭梯度法的时间域多尺度分层反演方法有效重建了纵、横波速度场。研究结果表明:(1)利用时窗筛选早至波信息,使用小炮检距早至波数据自低频至高频多尺度重... 详细信息

陆上地震资料由于低频信息缺失、波场复杂等问题,加剧了反演的非线性。基于改进共轭梯度法的时间域多尺度分层反演方法有效重建了纵、横波速度场。研究结果表明:(1)利用时窗筛选早至波信息,使用小炮检距早至波数据自低频至高频多尺度重建浅层速度场,可以减少中深层反射波及噪声的强非线性影响;固定浅层速度,采用全波场的全偏移距数据可重建中深层速度场。(2)整个反演过程均利用基于移动加权平均的改进共轭梯度法进行速度场的迭代更新。改进的共轭梯度法可增强反演的稳定性,提高深层速度建模质量,同时反演收敛更快;分层反演策略可兼顾浅层低速和深层高速,采用大小不同的有限差分网格,保证波场模拟精度的同时减少了计算量,提高了反演计算效率;改进共轭梯度法的多尺度分层反演策略可有效降低陆上实际资料带来的非线性影响,使共成像点道集拉平程度更好,纵、横波速度场均得到有效恢复。

关键词：时间域弹性波全波形反演多尺度共轭梯度分层反演有限差分速度建模

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全波形反演中的不确定性分析

全波形反演中的不确定性分析

作者：顾焕申哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

地震勘探是研究地质内部构造的重要方法,成像精度、分层信息都影响着对地下矿产资源的寻找。随着人类对能源需求日趋强烈,地震勘探发挥着越来越重要的作用。全波形反演是一种高分辨率成像的地震勘探方法,拥有的高精度建模能力可以提供... 详细信息

地震勘探是研究地质内部构造的重要方法,成像精度、分层信息都影响着对地下矿产资源的寻找。随着人类对能源需求日趋强烈,地震勘探发挥着越来越重要的作用。全波形反演是一种高分辨率成像的地震勘探方法,拥有的高精度建模能力可以提供充足的信息来描绘地质构造。人工智能的发展也为全波形反演带来了更多计算方法和理论可能性。传统的全波形反演通过降低正演模拟出的模拟记录和观测记录的度量差异来不断优化模型。许多研究重点都集中在提高收敛速度、选取凸光滑的目标函数等方面,但基于确定性的全波形反演无法获取模型参数的完整统计分析。变分推断提供了计算模型后验分布的方法,使得对反演结果进行不确定性分析成为可能,有利于对模型进行更全面的评估和解释。本文基于循环神经网络实现了变分推断全波形反演。循环神经网络参与声波正演模拟和梯度计算,自动微分能够提供与经典的伴随状态法相同的梯度。在变分推断全波形反演中,每次迭代的速度模型都是从参数化分布采样得到,同时将传统的目标函数转化为含有复杂性损失和数据误差两项的新目标函数,反演过程中的重点将逐渐从大范围采样转变为保证与真实数据匹配。本文选取归一化流中的线性流和平面流生成的分布族来进行变分推断,通过模型试算验证变分推断全波形反演的实际效果。线性流能够根据真实信息的情况来更新模型的不确定性,而平面流对于真实模型有更好的拟合效果。变分推断全波形反演能够给出模型的具体分布,对于速度变化交界处有更好的解释性,相比于原始方法有着更全面的反演结果,并且能够缓解周期跳跃现象。

关键词：全波形反演循环神经网络变分推断归一化流

基于字典学习和图拉普拉斯正则化的全波形反演

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地球物理学进展 2022年第3期37卷 1034-1040页

作者：华然傅红笋杨露大连海事大学理学院大连116026

针对全波形反演问题的不适定性,本文将基于块的稀疏字典学习、图的拉普拉斯矩阵应用于全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)问题,提出了一种新的FWI算法—基于字典学习和图拉普拉斯正则化的全波形反演方法.利用奇异值分解从图像块... 详细信息

针对全波形反演问题的不适定性,本文将基于块的稀疏字典学习、图的拉普拉斯矩阵应用于全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)问题,提出了一种新的FWI算法—基于字典学习和图拉普拉斯正则化的全波形反演方法.利用奇异值分解从图像块中学习出具有自适应性的稀疏变换字典,在稀疏表示降噪模型的基础上,引入图拉普拉斯正则化项,同时考虑局部图像块的稀疏性和非局部图像块间的相似性.数值试验结果表明,与基于曲波变换的稀疏约束正则化波形反演算法相比,本文算法能够提供视觉上更清晰的反演结果,能够保留介质参数中更多的细节特征,且在峰值信噪比、结构相似性和均方根误差等定量指标上,都有明显地改善.

关键词：全波形反演字典学习图拉普拉斯正则化稀疏表示

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基于动态平面波的三维多尺度全波形反演方法

石油物探 2022年第4期61卷 616-624页

作者：国运东孟凡冰秦广胜李传强李庆洋中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院河南濮阳457001

全波形反演(FWI)是一种较为精确的速度建模方法,但是在缺少低频和背景速度场不准确的情况下,容易引起周波跳跃现象。为了快速构建三维背景速度模型,提出了一种新的平面波编码策略,即构建新的平面波形态——锥面波,通过控制射线参数,实... 详细信息

全波形反演(FWI)是一种较为精确的速度建模方法,但是在缺少低频和背景速度场不准确的情况下,容易引起周波跳跃现象。为了快速构建三维背景速度模型,提出了一种新的平面波编码策略,即构建新的平面波形态——锥面波,通过控制射线参数,实现多尺度锥面波编码全波形反演方法(CFWI),达到反演背景速度模型的目的。通过动态锥面波编码策略,仅用少量的平面波,就可以实现背景速度场的建立,大大降低了反演的计算量。将动态锥面波反演方法应用于三维洼陷和逆冲速度模型测试,结合多震源的FWI(MFWI),对于较差的初始模型和不含低频地震数据,能够准确地反演出速度模型。

关键词：全波形反演平面波多尺度低波数背景速度模型

基于MINRES-QLP截断牛顿法的全波形反演

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应用数学学报 2023年第1期46卷 57-72页

作者：严小快何清龙王彦飞贵州大学数学与统计学院贵阳550025 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029

在全波形反演过程中,二阶梯度信息扮演着重要的作用.然而,由于其巨大的计算量和内存需求,限制了其在全波形反演问题中的应用.本文基于MINRES-QLP方法提出了一种高效的截断牛顿全波形反演方法.该全波形反演方法能够充分利用目标泛函的二... 详细信息

在全波形反演过程中,二阶梯度信息扮演着重要的作用.然而,由于其巨大的计算量和内存需求,限制了其在全波形反演问题中的应用.本文基于MINRES-QLP方法提出了一种高效的截断牛顿全波形反演方法.该全波形反演方法能够充分利用目标泛函的二阶梯度信息,提高反演精度.MINRES-QLP反演方法还能够利用Hessian阵负特征值信息,从而提高算法的重构分辨率和计算效率.针对Hessian阵计算难题,本文给出了一种矩阵向量相乘的快速算法.基于二维2004 BP模型,Sigsbee模型,验证了MINRES-QLP截断牛顿反演方法的有效性.数值结果表明MINRES-QLP截断牛顿法能充分利用二阶梯度信息和Hessian阵负特征值信息,从而加速算法收敛速度和提高成像精度.

关键词：全波形反演反问题 Hessian阵 MINRES-QLP 截断牛顿法数值优化

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全波形反演正则化方法分析

全波形反演正则化方法分析

作者：李昕洁东北石油大学

学位级别：硕士

获得准确的地震波传播速度是地震资料处理中的重要环节之一,速度参数的精准性对高精度地震偏移成像的刻画起到了至关重要的作用。全波形反演技术是一种高精度速度建模方法,在理论上可以更准确地刻画速度模型的细节部分。在初始模型不准... 详细信息

获得准确的地震波传播速度是地震资料处理中的重要环节之一,速度参数的精准性对高精度地震偏移成像的刻画起到了至关重要的作用。全波形反演技术是一种高精度速度建模方法,在理论上可以更准确地刻画速度模型的细节部分。在初始模型不准确、低频数据缺失、观测不完备等情况下,全波形反演表现出很强的非线性,且对中埋深较大的地层速度建模能力有限,给全波形反演应用带来了巨大的困难。正则化是缓解反演不适定性、约束解特征的重要方式。Tikhonov正则化、全变分(TV)正则化是全波形反演中常用的两种正则化方法,分别具有压制高波数和保护地层边缘的特点。双参数整形正则化、混合双参数正则化、非光滑正则化和稀疏结构约束正则化是在二者的基础上发展而来,并具备各自优势。为系统论证不同正则化方法特点,对六种正则化方法的全波形反演方法进行了对比分析。背斜-超覆模型、断陷盆地模型、Marmousi模型测试表明,不同的正则化方法均对反演结果有不同程度的改进。双参数整形正则化兼具Tikhonov正则化和TV正则化的优势,并可有效提高深部反演精度。混合双参数正则化对浅层的反演精度具有一定的优势。非光滑正则化兼容了TV正则化的优势,并提高了反演结果刻画细节清晰程度及埋深较大的地层反演精度。相较于其他方法,稀疏结构约束正则化无论在地层连续性,还是在边缘结构的刻画上均有明显优势。在此基础上,本文研究了一种实数域表征数据相似性的目标函数(SOD),Marmousi模型测试表明基于数据相似的全波形反演方法相比传统的频率域全波形反演方法,提高了埋深较大的地层反演精度。最后在基于数据相似的全波形反演方法中应用稀疏结构约束正则化(p=q=2)方法,使反演结果增强地层的连续性,细节刻画更清晰。研究正则化方法在全波形反演中的应用,有利于日后对埋深较大的地层油气高精度勘探的要求,具有十分重要的理论与实际意义。

关键词：全波形反演全变分(TV)正则化双参数正则化非光滑正则化稀疏结构约束正则化数据相似性

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基于最优输运与循环神经网络的全波形反演

地球物理学进展 2022年第6期37卷 2408-2416页

作者：李燕梅顾焕申许凯孙振涛王文龙哈尔滨工业大学数学学院哈尔滨150001 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院南京211103

针对全波形反演收敛慢与对低频速度模型的依赖等问题,本文将深度学习与最优输运理论结合.利用循环神经网络求解时间域波动方程,进而实现波动方程的正演模拟与波形反演.在目标函数的建立上,以最优输运为基本理论,比较了不同变换下的目标... 详细信息

针对全波形反演收敛慢与对低频速度模型的依赖等问题,本文将深度学习与最优输运理论结合.利用循环神经网络求解时间域波动方程,进而实现波动方程的正演模拟与波形反演.在目标函数的建立上,以最优输运为基本理论,比较了不同变换下的目标函数对反演效果的影响;在收敛效率上,利用深度学习中的小批量优化算法,对比不同批量数据下的反演效果.数值实验表明,线性正变换优于比较范围内的其他变换,可有效提高反演精度.对比常规全批量的全波形反演,小批量的随机反演策略在同等计算量情况下明显提高了收敛效率.

关键词：全波形反演最优输运循环神经网络

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利用U-Net网络增强骨密度全波形反演

应用声学 2022年第1期41卷 151-157页

作者：谢辉武杨艳武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

该文设计了一种使用U-Net网络解决骨密度全波形反演的初值依赖、多解、病态等问题的方法。首先使用逆时偏移成像,将其结果输入神经网络得到模型的预分布。将该分布作为全波形反演目标函数的约束,可以使反演的结果更接近最优值,还可以减... 详细信息

该文设计了一种使用U-Net网络解决骨密度全波形反演的初值依赖、多解、病态等问题的方法。首先使用逆时偏移成像,将其结果输入神经网络得到模型的预分布。将该分布作为全波形反演目标函数的约束,可以使反演的结果更接近最优值,还可以减小反演对初始值的依赖。该文进行了一些模拟实验,得出该文的方法可以改进全波形反演对初始值的依赖和容易陷入局部极值的问题。

关键词：骨密度全波形反演 U-net

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全波形反演在缝洞型储层速度建模中的应用

地球物理学报 2016年第7期59卷 2713-2725页

作者：崔永福彭更新吴国忱尚帅郭念民赵锐锐中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院新疆库尔勒841000

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地... 详细信息

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地质条件复杂,为了实现缝洞型储层的准确成像,本文开展了针对目标靶区的全波形反演精细速度建场研究.采用一种时间域分层多尺度全波形反演流程:首先通过层析成像建立初始速度模型;其次利用折射波反演浅层速度模型;最后利用反射波反演中深层速度模型.偏移成像结果表明基于全波形反演的速度建模技术能有效改善火成岩下伏构造的成像精度,显示了全波形反演在常规陆上采集资料的应用潜力.

关键词：全波形反演陆上数据速度建场缝洞型储层火成岩