一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣勘探技術(shù)的發(fā)展及油氣田勘探程度的進(jìn)一步加深，油氣勘探已從常規(guī)油 氣藏向非常規(guī)油氣藏發(fā)展，勘探對(duì)象日益復(fù)雜，勘探技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。如何精細(xì)地刻畫地 下介質(zhì)構(gòu)造、巖性及流體飽和度等是地震勘探亟待解決的重要問題。波在地下介質(zhì)中傳播 時(shí)，介質(zhì)的粘彈性使得波的能量逐漸耗散，這種介質(zhì)的固有吸收作用通常用介質(zhì)品質(zhì)因子Q 表征，估計(jì)的Q值可用于烴類檢測(cè)和儲(chǔ)層描述。速度是勘探地球物理中最重要的介質(zhì)參數(shù) 之一，在地震成像中起重要作用。介質(zhì)Q值與速度的精確反演具有重要意義，可以作為目標(biāo) 檢測(cè)的輔助參數(shù)之一。
[0003] 目前已有多種估計(jì)Q值和速度的方法，包括直接計(jì)算方法及反演類方法。反演優(yōu) 化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，在地震勘探中可用于反演地下復(fù)雜構(gòu)造的介質(zhì)參數(shù)。反演 方法有很多，如波形反演、層析成像等，波形反演優(yōu)化技術(shù)又有局部?jī)?yōu)化類反演方法和全局 優(yōu)化類反演方法等。局部?jī)?yōu)化方法計(jì)算速度快，不足是高維參數(shù)反演中矩陣求逆困難，容易 陷入局部極小值，且反演精度依賴于初值。與局部?jī)?yōu)化類方法相比，全局優(yōu)化類方法對(duì)初值 無依賴性，且不需要計(jì)算矩陣的逆，不足是運(yùn)算量大，計(jì)算耗時(shí)。近年來由于計(jì)算機(jī)運(yùn)算能 力顯著提高，全局優(yōu)化方法已得到廣泛應(yīng)用。
[0004] 全局優(yōu)化算法有模擬退火法、差分進(jìn)化算法、遺傳算法、協(xié)同進(jìn)化算法，以及改進(jìn) 的協(xié)同選擇差分進(jìn)化算法（DE-CCS)、協(xié)同變異差分進(jìn)化算法（DE-CCM)等。協(xié)同進(jìn)化算法在 求解高維可分問題時(shí)，具有一定的有效性和實(shí)用性，但不適用于強(qiáng)非線性不可分問題；在此 基礎(chǔ)上發(fā)展的DE-CCS及DE-CCM方法均用于解決波形反演中的高維可分問題。DE-CCS在選 擇操作中由局部適應(yīng)度函數(shù)引導(dǎo)子成分的進(jìn)化方向，用全局適應(yīng)度函數(shù)從整體上控制個(gè)體 的進(jìn)化方向，對(duì)一個(gè)個(gè)體進(jìn)行一次迭代時(shí)需要兩次正演，而DE-CCM將分解思想用于變異策 略中，用局部適應(yīng)度函數(shù)引導(dǎo)子成分的變異方向，用全局適應(yīng)度函數(shù)在選擇步驟中控制個(gè) 體的進(jìn)化方向，對(duì)一個(gè)個(gè)體進(jìn)行一次迭代時(shí)只需一次正演。DE-CCS和DE-CCM均適用于可分 問題。
[0005] 相較地面反射數(shù)據(jù)，VSP(垂直地震剖面）數(shù)據(jù)的質(zhì)量較好，信噪比和分辨率較高， 能提供更多的層位和頻率信息。由于一次反射上行波的能量比多次波強(qiáng)得多，我們主要研 究適用于含直達(dá)波及一次反射上行波的零偏VSP資料的反演方法。
[0006] 局部?jī)?yōu)化類波形反演方法對(duì)初值有非常強(qiáng)的依賴性，而選取高精度的初值比較困 難，導(dǎo)致反演精度降低，因此有必要研究不依賴于初值的全局優(yōu)化類波形反演方法?，F(xiàn)有的 全局優(yōu)化算法應(yīng)用于高維可分模型空間時(shí)取得了很大成功，但是對(duì)于由黏彈介質(zhì)中的待估 參數(shù)張成的不可分模型空間，全局優(yōu)化算法還需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種速度快，耗費(fèi)時(shí)間段，收斂性好，且 不依賴于初值的介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] 本發(fā)明一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，包括如下步驟，
[0010] 步驟1，用WEPIF方法估計(jì)實(shí)際VSP道集的品質(zhì)因子和速度前，先對(duì)實(shí)際VSP道集 進(jìn)行預(yù)處理，去除不同炮子波的不一致性；
[0011] 步驟2,構(gòu)建一個(gè)含M個(gè)個(gè)體的初始群體X，表示為，
[0012] X= [x1；x2,xM]；
[0013] 群體中的第k個(gè)個(gè)體表示為，
[0014] xk= [X,，"xk，2，…，xk，N],k= 1，…，M;
[0015] 其中，N為總道數(shù)，M為地層數(shù)量，每個(gè)地層對(duì)應(yīng)一組要進(jìn)行估計(jì)的品質(zhì)因子和速 度；
[0016] 步驟3,按相鄰兩個(gè)檢波器的距離將地下介質(zhì)劃分為不同地層，將每一道作為一個(gè) 子成分，用U范數(shù)定義第k個(gè)個(gè)體的局部適應(yīng)度函數(shù)為，
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟1，用WEPIF方法估計(jì)實(shí)際VSP道集的品質(zhì)因子和速度前，先對(duì)實(shí)際VSP道集進(jìn)行 預(yù)處理，去除不同炮子波的不一致性； 步驟2,構(gòu)建一個(gè)含M個(gè)個(gè)體的初始群體X，表示為， X - [x" x2，…，xM]; 群體中的第k個(gè)個(gè)體表示為， xk - [x k，" xk，2,…，xk，N]，k - 1，…，M ; 其中，N為總道數(shù)，M為地層數(shù)量，每個(gè)地層對(duì)應(yīng)一組要進(jìn)行估計(jì)的品質(zhì)因子和速度； 步驟3,按相鄰兩個(gè)檢波器的距離將地下介質(zhì)劃分為不同地層，將每一道作為一個(gè)子成 分，用U范數(shù)定義第k個(gè)個(gè)體的局部適應(yīng)度函數(shù)為， "Wl
? 從而得到每道的局部適應(yīng)度值；式中，dy. (?)為第j道觀測(cè)數(shù)據(jù)，du(?)為由第k個(gè) 個(gè)體正演計(jì)算的第j道數(shù)據(jù)，P為觀測(cè)數(shù)據(jù)直達(dá)波瞬時(shí)振幅譜的峰值位置，Pi、匕分別為子 波瞬時(shí)振幅的包絡(luò)峰值左右兩側(cè)的第一個(gè)波谷位置，g(n)是高斯窗函數(shù)； 步驟4,根據(jù)實(shí)際VSP道集和每道的局部適應(yīng)度，對(duì)初始群體X中的每個(gè)子成分進(jìn)行優(yōu) 化更新；進(jìn)行正演模擬逐道的優(yōu)化每個(gè)子成分，當(dāng)所有個(gè)體中當(dāng)前層和下一層的參數(shù)均選 擇最優(yōu)值后，再進(jìn)行層位循環(huán)，逐層反演參數(shù)；反演第j層的參數(shù)時(shí)，將群體X中第j列的所 有變量進(jìn)行升序排列，根據(jù)變異策略求取變異后的待估品質(zhì)因子和速度； 步驟5,重復(fù)步驟4,將整個(gè)群體更新完后根據(jù)全局適應(yīng)度的值選擇最優(yōu)個(gè)體，從而得 到地下介質(zhì)的品質(zhì)因子和速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 步驟4中還包括將所有個(gè)體進(jìn)行循環(huán)后，進(jìn)行的內(nèi)循環(huán)；通過多次個(gè)體循環(huán)實(shí)現(xiàn)局部的迭 代循環(huán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 步驟4中，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)時(shí)，給定內(nèi)循環(huán)中最大迭代次數(shù)genmaxl作為內(nèi)循環(huán)的硬閾值，若迭代 次數(shù)達(dá)到給定的閾值則強(qiáng)制退出內(nèi)循環(huán)；退出條件表示為，genl>gen_1; 并采用為軟閾值；退出條件表示為，EafEmin;式中，Ea肩誤差能量均值，
M是個(gè)體總數(shù)，Emin是設(shè)定的最小精度閾值； 如果滿足任意一個(gè)退出條件，則結(jié)束內(nèi)循環(huán)，執(zhí)行步驟5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 步驟4中的變異策略如下，令局部適應(yīng)度函數(shù)的最小值對(duì)應(yīng)的變量為Xy_，在群體的第j列 中隨機(jī)選取除最小值外的兩個(gè)變量和x則第k個(gè)個(gè)體的第j個(gè)元素的變異策略如 下，
式中，F(xiàn)是控制參數(shù)，其值是0~1之間的隨機(jī)變量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 步驟4中的變異策略如下，給定局部適應(yīng)度的精度閾值，當(dāng)局部適應(yīng)度大于閾值而兩次個(gè) 體迭代的局部適應(yīng)度之差小于另一閾值時(shí)，用局部適應(yīng)度值加權(quán)的方法對(duì)變異中的擾動(dòng)量 進(jìn)行增益，則第k個(gè)個(gè)體的第j個(gè)元素的變異策略如下，
式中，A是控制參數(shù)，根據(jù)精度選取，上標(biāo)m表示變異后的值，權(quán)系數(shù)^為歸一化的局 部適應(yīng)度值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 歸一化的局部適應(yīng)度值P,表示如下，
式中，fr，」，frl，」，fr2;j是對(duì)應(yīng)于基因xr，」，Xrl，」，xr2，j的局部適應(yīng)度值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，其特征在于， 步驟2中，g(n)是高斯窗函數(shù)，表示為，
其中，n為變量，〇為標(biāo)準(zhǔn)差。
【專利摘要】本發(fā)明一種介質(zhì)品質(zhì)因子的逐次差分進(jìn)化估計(jì)方法，包括如下步驟，步驟1，先對(duì)實(shí)際VSP道集進(jìn)行預(yù)處理，去除不同炮子波的不一致性；步驟2，構(gòu)建一個(gè)含M個(gè)個(gè)體的初始群體X；步驟3，按相鄰兩個(gè)檢波器的距離將地下介質(zhì)劃分為不同地層，將每一道作為一個(gè)子成分，用L1范數(shù)定義第k個(gè)個(gè)體的局部適應(yīng)度函數(shù)，從而得到每道的局部適應(yīng)度值；步驟4，根據(jù)實(shí)際VSP道集和每道的局部適應(yīng)度，對(duì)初始群體X中的每個(gè)子成分進(jìn)行優(yōu)化更新；根據(jù)變異策略求取變異后的待估品質(zhì)因子和速度；步驟5，重復(fù)步驟4，將整個(gè)群體更新完后根據(jù)全局適應(yīng)度的值選擇最優(yōu)個(gè)體，從而得到地下介質(zhì)的品質(zhì)因子和速度。其整體的計(jì)算速度快，收斂性好，且不依賴于初值。
【IPC分類】G01V1-28
【公開號(hào)】CN104698495
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510131261
【發(fā)明人】高靜懷, 趙靜, 王大興
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日