一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法、裝置及相關波場模擬方法、裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法、裝置及相關波場模擬方法、裝置，由于本發(fā)明通過判斷所述當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值是否均滿足第一條件，篩選出符合條件的當前臨時系數(shù){Bn}加入待選結(jié)果；通過找到當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值均滿足第一條件的最大當前離散值確定精度覆蓋范圍，又將精度覆蓋范圍最大的一組當前臨時系數(shù){Bn}作為第一類優(yōu)化系數(shù){bn}，從而，在隨機產(chǎn)生的若干組當前臨時系數(shù){Bn}中，查詢出一組精度覆蓋范圍最大的第一類優(yōu)化系數(shù){bn}作為控制有限差分格式的優(yōu)化系數(shù)，提高了低階有限差分格式的頻率響應范圍，使利用優(yōu)化系數(shù)控制的有限差分格式對震源點進行的地震波場模擬效果大大提高。
【專利說明】一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法、裝置及相關波場模擬方法、裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及地球物理勘探領域，特別涉及一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法、裝置及相關波場模擬方法、裝置。
【背景技術】
[0002]地震波在各個時間和空間上都是變化的，在野外環(huán)境下可通過檢波器獲得該環(huán)境下地震波的實測震動信號，例如，放炮或敲擊產(chǎn)生初始激勵信號，放炮或敲擊位置就是震源點，在地表的一些空間點或者井孔側(cè)壁上放置檢波器，獲得檢波器所在位置的實測震動信號。利用地震波場模擬可以獲得野外檢波器相同位置的模擬記錄，不斷的改變地震波傳播速度的空間分布，最終使地震波場模擬得到的模擬記錄同實測震動信號相一致，實現(xiàn)通過在計算機上模擬震源點周圍介質(zhì)中的波動現(xiàn)象，了解實際地下介質(zhì)的屬性的目的。
[0003]可見，地震波場模擬對于與波動現(xiàn)象有關的地震學問題研究具有重要意義，在地震勘探和地震學各工作階段中都有重要的作用，應用于地震資料采集、處理、解釋和地下資源開發(fā)工程的各個環(huán)節(jié)。高精度的地震波場模擬，有助于人們提高復雜勘探目標中地震波傳播規(guī)律的認識，解決地下礦產(chǎn)資源勘探、開發(fā)工作中的各種問題。
[0004]地震波場模擬包括以波動方程為基礎的地震勘探逆時偏移成像、全波形反演、地震波模擬等等。有限差分法將波動方程中波場函數(shù)的空間偏導數(shù)和時間偏導數(shù)用相應空間和時間的差分來代替，是實現(xiàn)地震波場模擬的主要方法之一，例如:
[0005]以波動方程的二階空間偏導數(shù)的有限差分離散為例，對某連續(xù)函數(shù)f(x)的二階空間偏導數(shù)進行有限差分法離散，實際上是在X = ο位置進行如下的泰勒展開:
【權(quán)利要求】
1.一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法，其特征在于，包括初始化步驟、計算步驟、檢驗步驟、獲取步驟、干擾步驟和輸出步驟:所述初始化步驟包括:設置誤差限T的值；設置當前離散值的初值；設置優(yōu)化系數(shù)輸出條件；所述計算步驟包括:隨機產(chǎn)生至少一組當前臨時系數(shù){BJ，其中劣< Bn<Bl次為Bn預設的浮動上限，《為8?預設的浮動下限，其中所述當前臨時系數(shù){Bn}中^的個數(shù)由有限差分格式具體采用的階數(shù)N決定；所述檢驗步驟包括:判斷所述當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值是否均滿足第一條件；其中，所述第一條件具體為理想值與實際值之間的差值E小于或者等于預設的誤差限T，所述理想值具體為第一類方程的空間偏導數(shù)的傅里葉變換的結(jié)果(jKx(i))c,所述實際值具體為所述第一類方程的空間偏導數(shù)在利用當前臨時系數(shù)^控制的有限差分格式的傅里葉變換在離散變量Kx(i)取第i個離散值時的結(jié)果，所述離散變量&(1)的離散值的范圍為O^Kx(i) < Ji，C為所述第一類方程的空間偏導數(shù)的階數(shù)，= 為虛數(shù)單位；如果滿足第一條件，進入所述獲取步驟；如果不滿足第一條件，進入所述干擾步驟；所述獲取步驟包括:將所述當前臨時系數(shù){Βη}加入第一類待選結(jié)果；根據(jù)判斷所述當前臨時系數(shù){Βη}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值是否均滿足第一條件，獲取所述當前臨時系數(shù){BJ的精度覆蓋范圍，所述精度覆蓋范圍具體為所述當前臨時系數(shù){BJ控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)取所述精度覆蓋范圍內(nèi)的任意離散值均滿足第一條件的最大離散值；所述干擾步驟包括:判斷優(yōu)化系數(shù)輸出條件是否滿足；如果優(yōu)化系數(shù)輸出條件未滿足，將所述當前臨時系數(shù){Bn}在當前基礎上進行調(diào)整，所述當前臨時系數(shù){BJ調(diào)整后的值不超過{BJ預設的浮動上限和下限，更新所述當前臨時系數(shù){BJ為當前臨時系數(shù){BJ調(diào)整后的值，進入所述檢驗步驟；如果優(yōu)化系數(shù)輸出條件滿足，進入所述輸出步驟；所述輸出步驟包括:將第一類待選結(jié)果中精度覆蓋范圍最大的當前臨時系數(shù){BJ作為第一類優(yōu)化系數(shù){bn}。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述計算步驟中隨機產(chǎn)生一組當前臨時系數(shù){BJ ；在所述計算步驟之后，進入檢驗步驟之前，還包括:將當前臨時系數(shù){BJ的值在當前基礎上進行調(diào)整，調(diào)整后的值不超過{BJ預設的浮動上限和下限，獲得調(diào)整后臨時系數(shù){Bn/ };所述前一臨時系數(shù){Bn" }等于當前臨時系數(shù){BJ ；所述當前臨時系數(shù){Bn}等于所述調(diào)整后臨時系數(shù){Bn' }；在所述獲取步驟中，還包括:所述前一臨時系數(shù){Bn" }等于當前臨時系數(shù){BJ ；所述初始化步驟還包括:設置溫度初值A，設置降溫速率α，設置溫度最小值& ；所述檢驗步驟中，如果不滿足第一條件，進入所述干擾步驟之前，還包括:判斷接受當前解的概率
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算步驟還包括:設置當前離散值為無解狀態(tài)；所述獲取步驟還包括:設置當前離散值為有解狀態(tài)，判斷是否所述當前離散值< η，如果是，將所述當前離散值增加一個離散間隔作為當前離散值，重新進入所述計算步驟，如果否，進入所述輸出步驟；所述干擾步驟中，如果優(yōu)化系數(shù)輸出條件滿足，進入所述輸出步驟之前還包括:如果所述Α小于等于&，則判斷是否所述當前離散值< π，如果所述當前離散值< π，并且當前離散值為有解狀態(tài)，則將所述當前離散值增加一個離散間隔作為當前離散值，重新進入所述計算步驟；如果所述當前離散值> η或者當前離散值為無解狀態(tài)，進入所述輸出步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:通過計算所述第一類方程的空間偏導數(shù)的傅里葉變換的結(jié)果(jKx(i))e與所述第一類待選結(jié)果中每個當前臨時系數(shù){BJ控制的有限差分格式的傅里葉變換在離散變量Kx(i)取精度覆蓋范圍內(nèi)每個離散值時的結(jié)果之差，獲得第一類待選結(jié)果中每個當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的傅里葉變換在離散變量Kx(i)取精度覆蓋范圍內(nèi)每個離散值時的誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述將第一類待選結(jié)果中精度覆蓋范圍最大的當前臨時系數(shù){Bn}作為第一類優(yōu)化系數(shù){bn}，具體為將第一類待選結(jié)果中精度覆蓋范圍最大，且誤差和最小的當前臨時系數(shù){BJ作為第一類優(yōu)化系數(shù){bn}；所述當前臨時系數(shù){Bn}的誤差和通過計算所述第一類待選結(jié)果中每個當前臨時系數(shù){BJ控制的有限差分格式的傅里葉變換在離散變量Kx(i)取精度覆蓋范圍內(nèi)每個離散值時的誤差之和獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:當所述第一類方程為一階偏微分方程，所述有限差分格式不是交錯網(wǎng)格有限差分時，限定第一類優(yōu)化系數(shù){bn}滿足優(yōu)化條件，所述優(yōu)化條件包括:限定所述當前臨時系數(shù){BJ包括第一類臨時系數(shù){B_m}、中間臨時系數(shù)仏和第二類臨時系數(shù){BJ， 其中m>0 ;限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ以中間臨時系數(shù)仏為中心奇對稱；限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ中，相鄰系數(shù)相乘結(jié)果為負數(shù)；限定所述當前臨時系數(shù){Bn}的總和為0 ;限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ中，越鄰近中間臨時系數(shù)仏的系數(shù)的絕對值越大；當所述第一類方程為二階偏微分方程，所述有限差分格式不是交錯網(wǎng)格有限差分時，限定第一類優(yōu)化系數(shù){bn}滿足優(yōu)化條件，所述優(yōu)化條件包括:限定所述當前臨時系數(shù){BJ包括第一類臨時系數(shù){B_m}、中間臨時系數(shù)仏和第二類臨時系數(shù){Bm}，其中m>0 ;限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ以中間臨時系數(shù)仏為中心偶對稱；限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ中，相鄰系數(shù)相乘結(jié)果為負數(shù)；限定所述當前臨時系數(shù){Bn}的總和為0 ;限定所述第一類臨時系數(shù){B_m}和第二類臨時系數(shù){BJ中，越鄰近中間臨時系數(shù)仏的系數(shù)的絕對值越大。當所述第一類方程為一階偏微分方程，所述有限差分格式是交錯網(wǎng)格有限差分時，限定第一類優(yōu)化系數(shù){bn}滿足優(yōu)化條件，所述優(yōu)化條件包括:限定所述當前臨時系數(shù){BJ包括第一類臨時系數(shù){B_m+1}、中間臨時系數(shù)&和第二類臨時系數(shù){BJ，其中m> 1 ；限定所述第一類臨時系數(shù){B_m+1}和第二類臨時系數(shù){BJ以中間臨時系數(shù)&為中心奇對稱；限定所述第一類臨時系數(shù){B_m+1}和第二類臨時系數(shù){BJ中，相鄰系數(shù)相乘結(jié)果為負數(shù)；限定所述第一類臨時系數(shù){B_m+1}和第二類臨時系數(shù){BJ中，越鄰近中間臨時系數(shù)&的系數(shù)的絕對值越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當所述第一類方程為一階或二階偏微分方程，所述有限差分格式不是交錯網(wǎng)格有限差分時，所述計算步驟的隨機產(chǎn)生至少一組當前臨時系數(shù){Bn}，具體通過以下步驟產(chǎn)生:對應每個待求的第二類臨時系數(shù)Bm各分配一個第一類隨機數(shù)rm，其中1 ；根據(jù)
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7任意所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化系數(shù)輸出條件具體為重新進入干擾步驟的次數(shù)超過預設的干擾次數(shù)閥值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有限差分格式不是交錯網(wǎng)格有限差分時，所述預設的誤差限τ具體為0.0001。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有限差分是交錯網(wǎng)格有限差分時，所述預設的誤差限τ具體為0.00005。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當所述第一類方程為一階偏微分方程，所述有限差分格式不是交錯網(wǎng)格有限差分時，所述判斷當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值，是否均滿足第一條件，具體利用以下目標函數(shù)進行判斷:
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當所述第一類方程具體為一階偏微分方程，所述有限差分不是交錯網(wǎng)格有限差分時，用于控制4階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_2，b_1; b0, b1； b2，其中0.083.4 ≤ b_2 ≤ 0.1985，-0.1985 ≤ b2 ≤-0.0834 ；用于控制6階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_3，b_2，b_1； b0, b1； b2，b3，其中-0.0357 ( b_3 ( -0.0167,0.1501 ( b_2 ( 0.2912，-0.2912 ≤ b2 ≤-0.1501，.0.0167 ≤ b3 ≤ 0.0357 ；用于控制8階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_4, b_3, b_2, b_1； b0, b1； b2, b3,b4，其中 0.0036 ( b_4 ( 0.0097,-0.0669 ( b_3 ( -0.0381,0.2001 ( b_2 ( 0.3698,-0.3698≤ b2 ≤-0.2001,0.0381 ≤ b3 ≤ 0.0669, -0.0097 ≤ b4 ≤-0.0036 ；用于控制10階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b3, b4, b5，其中-0.0078 ( b_5 ( _0.0008,0.01 ( b_4 ( 0.0299，_0.1337 ( b_3 ( _0.0596，0.2381 ^b_2^0.3325,-0.3325 ^ b2 ^-0.2381,0.0596 ^b3 ^0.1337,-0.0299 ^ b4 ^ -0.01，0.0008 ≤ b5 ≤ 0.0078 ；用于控制12階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_6, b_5, b_4, b_3, b_2, b_1； b0,bplvlvlvlvlv 其中 0.0001 ( b_6 ( 0.0071,-0.0148 ( b_5 ( -0.0026,0.0179 ( b_4 (0.0588,-0.1527 ( b_3 ( -0.0794，0.2679 ( b_2 ( 0.3766,-0.3766 ≤ b2 ≤-0.2679,0.0794≤ b3 ≤ 0.1527,-0.0588 ≤ b4 ≤ _0.0179,0.0026 ≤ b5 ≤ 0.0148,-0.0071 ≤ b6 ≤ _0.0001 ；當所述第一類方程具體為一階偏微分方程，所述有限差分是交錯網(wǎng)格有限差分時，用于控制4階交錯網(wǎng)格的有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為，其中0.04167 ( b_! ( 0.0913，-0.0913 ≤ b2 ≤-0.04167 ；用于控制6階交錯網(wǎng)格的有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_2，b_1; b1； b2，b3,其中-0.0761 ( b_2 ( -0.0047,0.0652 ( ( 0.1820，-0.1820 ≤ b2 ≤-0.0652，0.0047 ^ b3 ^ 0.0761 ；用于控制8階交錯網(wǎng)格的有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為bfbfb+bplvb3, b4，其中 0.0007 ( b_3 ( 0.0034，_0.0188 ( b_2 ( _0.0096,0.0798 ( ( 0.1465,-0.1465 ≤ b2 ≤-0.0798,0.0096 ≤ b3 ≤ 0.0188，-0.0034 ≤ b4 ≤-0.0007 ；用于控制10階交錯網(wǎng)格的有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_4，b_3，b_2，b_1;1^，132，133，134，135，其中-0.0088 ≤ b_4 ≤-ο.0002,0.0018 ≤ b_3 ≤ 0.0084,-0.0139 ^ b_2 ^-0.0298,0.0898 ( ( 0.1969,-0.1969 ≤ b2 ≤-0.0898,0.0139 ≤ b3 ≤ 0.0298,-0.0084 ( b4(-0.0018,0.0002 ^ b5 ^ 0.0088 ；用于控制12階交錯網(wǎng)格的有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_5，b_4，b_3，b_2，b_1,b1,b2,b3,b4,b5,b6,Jt^ 0.0002 ( b_5 ( 0.009,-0.0046 ( b_4 ( -0.0004,0.0030 ( b_3(0.0979,-0.0599 ( b_2 ( -0.0175,0.0970 ( ( 0.1953,-0.1953 ≤ b2 ≤-0.0970,0.0175 ≤ b3 ≤ 0.0599,-0.0979 ≤ b4 ≤-0.0030,0.0004 ≤ b5 ≤ 0.0046,-0.009 ≤ b6 ≤-0.0002 ；當所述第一類方程具體為二階偏微分方程，，所述有限差分不是交錯網(wǎng)格有限差分時，用于控制4階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_2，b_1; b0, b1； b2，其中-0.1648 ( b_2 ( -0.0834，-0.1648 ≤ b2 ≤-0.0834 ；用于控制6階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_3，b_2，b_1； b0, b1； b2，b3，其中 0.0112 ( b_3 ( 0.0373，-0.3018 ( b_2 ( -0.1510，-0.3018 ≤ b2 ≤-0.1510，0.0112 ≤ b3 ≤ 0.0373 ；用于控制8階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_4, b_3, b_2, b_1； b0, b1； b2, b3,b4，其中-0.0086 ^ b_4 ^ -0.0018,0.0254 ^ b_3 ^ 0.0585,-0.3855 ^ b_2 ^ -0.2001,-0.3855≤ b2 ≤-0.2001,0.0254 ≤ b3 ≤ 0.0585，-0.0086 ≤ b4 ≤-0.0018 ；用于控制10階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_5，b_4，b_3，b_2，b_1; b0, b1；b2，b3，b4，b5，其中 0.0004 ( b_5 ( 0.0038,-0.0188 ( b_4 ( -0.0050,0.0397 ( b_3 ( 0.083.7，-0.4826 ( b_2 ( -0.2384，-0.4826-0.2384，0.0397 ≤b3≤0.0837，-0.01880.0050,0.0004 ≤ b5 ≤ 0.0038 ；用于控制12階有限差分格式的第一類優(yōu)化系數(shù)bn具體為b_6, b_5, b_4, b_3, b_2, b_1； b0,1≤，132，133，134，135，136，其中-0.0037 ≤b_6≤-0.0007,0.0011 ≤ b_5<0.0077,-0.0327 ≤ b_4 ≤-0.0090,0.0530 ( b_3 ( 0.1128,-0.3927 ( b_2 ( -0.2679,-0.3927 ≤ b2 ≤ -0.2679,0.0530 ≤ b3 ≤ 0.1128, -0.0327 ≤ b4 ≤-0.0090,0.0011 ≤ b5 ( 0.0077, -0.0037 ≤ b6 ≤-0.0007。
13.一種優(yōu)化系數(shù)獲取裝置，其特征在于，該裝置包括:初始化單元:用于設置誤差限T的值，設置當前離散值的初值，設置優(yōu)化系數(shù)輸出條件；計算單元:用于隨機產(chǎn)生至少一組當前臨時系數(shù){BJ，其中祀,現(xiàn)為Bn預設的浮動上限，式為8?預設的浮動下限，其中所述當前臨時系數(shù){BJ中匕的個數(shù)由有限差分格式具體采用的階數(shù)N決定；檢驗單元:用于判斷所述當前臨時系數(shù){Bn}控制的有限差分格式的離散變量Kx(i)從0到當前離散值是否均滿足第一條件；其中，所述第一條件具體為理想值與實際值之間的差值E小于或者等于預設的誤差限T，所述理想值具體為所述第一類方程的空間偏導數(shù)的傅里葉變換的結(jié)果(jKx(i))c,所述實際值具體為所述第一類方程的空間偏導數(shù)在利用當前臨時系數(shù)≤控制的有限差分格式的傅里葉變換在離散變量&(1)取第i個離散值時的結(jié)果，所述離散變量&(1)的離散值的范圍為0≤Kx(i) < ji’C為所述第一類方程的空間偏導數(shù)的階數(shù)，
14.一種基于優(yōu)化系數(shù)的地震波場模擬方法，其特征在于，包括:獲取震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)，所述震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)至少包括模型介質(zhì)的波動速度、震源點空間坐標和震源點時間坐標；獲取震源點激發(fā)的地震波場模擬涉及的第一類方程；將所述震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)作為所述第一類方程的輸入數(shù)據(jù)，應用如權(quán)利要求1到12所述一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法獲取的第一類優(yōu)化系數(shù){bn}控制有限差分格式對震源點激發(fā)的地震波場進行模擬。
15.一種基于優(yōu)化系數(shù)的地震波場模擬裝置，其特征在于，包括:預處理單元:用于獲取震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)，所述震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)至少包括模型介質(zhì)的波動速度、震源點空間坐標和震源點時間坐標；獲取震源點激發(fā)的地震波場模擬涉及的第一類方程；模擬單元:用于將所述震源點激發(fā)的波動數(shù)據(jù)作為所述第一類方程的輸入數(shù)據(jù)，應用如權(quán)利要求1到12所述一種優(yōu)化系數(shù)獲取方法獲取的第一類優(yōu)化系數(shù){bn}控制有限差分格式對震源點激發(fā)的地震 波場進行模擬。
【文檔編號】G01V1/28GK103675905SQ201210343161
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】張金海, 姚振興 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所