《基于迭代再加权最小二乘的地震资料稀疏反演方法硕士学位论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于迭代再加权最小二乘的地震资料稀疏反演方法硕士学位论文（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要中文摘要地震数据反演的目的在于通过求解反射系数序列来反映地下介质的分布规律，这就需从地震数据中可靠地消除地震子波的影响。然而受到有限带宽的影响，往往缺失反射系数序列中的低频和高频信息；同时由于受到不可避免的噪声的影响，反演得到的结果分辨率通常比较低。本论文的目的在于使用迭代再加权的寻优方法由地震数据得到高分辨率的反射系数序列；该方法通过再加权的方法将稀疏优化问题转化为一系列权不断变化的线性方程组，在保证结果精度的前提下增加了求解的速度。对寻优过程中的线性方程组求解采用针对性的预条件化，并在权重的计算中引入伸缩变换，优化了整个寻优过程的稳定性和求解速度。经过大量的数值试验，得出了合理的参
2、数选择范围，通过与真值的比较以及实际资料处理验证了本方法的实用性。关键词：波阻抗反演，迭代再加权，Gauss-Siedel迭代，共轭梯度法，预条件化，伸缩变换IIIABSTRACTThe basic goal impedance inversion is to recover the layered structure of the surface as a function of depth from observed seismic data, which usually expressed as series of reflection coefficients. Such a goal
3、 could be achieved when the effects of seismic wavelet is eliminated in an effective way. However, it is hard to get high resolution reflection coefficients series because of the bandlimited effect of seismic data with the resulting loss of low and high frequency information about subsurface structu
4、re. The unavoidable noise reduced the resolution,too.The purpose of this dissertation is to invert a high resolution reflection coefficients series from seismic data using iterative reweighted technique. This technique transform the sparse optimization into a series of wighted linear function, speed
5、s up the computing while keep signal-to-noise rate high. In order to stabilize and accelerate the solving,pre-conditioning according to the linear function is used and shrink operator is introduced in computing the weighing. Through lots of numerical experimentations, the range of parameters is sett
6、led, and the practicability is conformed together with the real data processing.KEYWORDS:impedance inversion, iterative reweighted, Gauss-Siedel iteration,conjugate gradient method, pre-conditioning, shrink目 录目 录第一章 引 言11.1选题依据和研究意义11.2 波阻抗反演研究现状11.3 稀疏反演方法的研究情况31.4 论文结构与主要内容41.5 论文的主要创新点4第二章 波阻抗与稀疏
7、反演概述52.1 基本概念52.1.1 常规波阻抗反演技术的基本假设前提52.1.2 波阻抗反演方法的基本原理52.1.3波阻抗反演的分类102.2 稀疏反演方法112.2.1 匹配追踪112.2.2 稀疏反演和压缩感知12第三章 迭代再加权最小二乘地震资料稀疏反演方法173.1 迭代再加权方法原理173.2 反射系数稀疏反演的迭代再加权方法203.3 解线性方程组的迭代方法213.3.1 Gauss-Seidel迭代方法213.3.2 共轭梯度法223.4 收缩变换263.5 预条件化283.5 流程图30第四章 数值模拟和实际资料314.1 不同噪声水平下的原始地震数据314.2 不同主频
8、子波反演结果324.3 噪音水平不同时反演结果344.4 权重因子，噪声水平不同时反演结果374.5 范数逼近程度不同时反演结果394.6 实际资料处理40第五章 结论与认识41参考文献43作者简介47攻读硕士学位期间已发表及待发表的论文48攻读硕士学位期间参加的科研项目48V第一章 引 言第一章 引 言1.1选题依据和研究意义油气资源关系民生和国家安全，与国民经济的大部分产业有直接或间接的联系，对经济发展有着十分轻重的影响，也是今后相当长时间内难以替代的主要能源。所以加强国内油气的勘探能力具有十分重要的意义。地震、测井、钻井等方法是石油工作者了解地下地质构造、地层、岩性、物性、含油气性等重要
9、的信息来源。虽然地震方法获得资料的分辨率远远不及测井、钻井，但是随着地震勘探技术进一步地发展，地震资料的信噪比、分辨率、成像准确性都获得了很大的提升。同时地震资料包含大量地下地质信息，且覆盖面积广，具有三维特性，所以地震勘探愈来愈受到重视。地震勘探的主要原理是从地表某一点位激发地震子波，子波在向下传播的过程中遇到波阻抗界面后会发生反射，传回一部分能量，被传感器接收。随着这一激发、传播、反射、接收的过程不断进行，传感器记录下一系列按时间排列的地震波，即地震记录。地震勘探的基础是地下不同地层存在波阻抗差异，因为地震波只有传播到有波阻抗差异的地层分界面时才会发生反射。地震资料反演其基本目的是充分利用
10、测井、钻井、地质资料提供丰富的构造、层位、岩性等信息，由常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度等信息，为勘探开发提供重要的依据。而石油勘探开发的形式在不断地发展，计算机技术也不断地提高，使得地震资料反演技术成为了当前热门的研究课题。其中波阻抗反演（Acoustic Impedance，AI）是反演技术中很重要的一个部分，它利用地震资料反演反射系数、进而得到地层波阻抗信息的技术。同时，地震资料反演技术本身具有的不适定性，应用条件的限制以及储层的复杂性，常规叠后地震资料品质不高且分辨率低等因素，一定程度上影响了该技术更广泛的应用。1.2 波阻抗反演研究现状地震反演的基本目的是利用地震波在
11、地下介质中的传播规律，通过数据采集、处理与解释等流程，推测地下岩层结构和物性参数的空间分布，为勘探开发提供重要的依据13。波阻抗反演是地震反演的一个重要组成部分，由于波阻抗信息是联系地质和地球物理的一座桥梁，叠后计算数据量相对较少，在实际生产中应用方便而且效果明显。因此，波阻抗反演在地震反演中具有特殊的地位。侠义的地震反演概念指的就是波阻抗反演4。波阻抗反演是利用地震资料反演地层波阻抗（或速度）的地震特殊处理解释技术，它产生于20世纪70年代，80年代开始得到蓬勃发展。1983年，Cooke介绍了地震资料广义线性反演方法，从而揭开了波阻抗反演技术的新篇章5。周竹生等人在90年代初期提出了综合利
12、用地质、地震和测井资料进行约束反演，克服单一的线性反演方法的缺陷6。90年代中期，李宏兵在国内提出了一条走递推反演与宽带约束反演结合的道路，此方法为我们解决了从单道出发的反演方法不能在跟不上消除噪音的困惑7。在此基础之上，有人进行了无井多道反演和有井多道反演的研究8,9，使波阻抗反演方法更加完善。90年代至今，围绕一维波阻抗反演的各类算法及应用成果层出不穷，随着研究的开展，在1997年左右开始出现了一些反思的文章，指出了波阻抗反演中存在的一些缺陷，并提出了一些解决方案1012。BP Amoco公司的Connolly在1999年正式发表了弹性波阻抗反演方法的论文，该方法最早是在19931994年
13、由BP Amoco公司发展起来，随后在2000年的SEG年会上同时出现了四篇论文对EI(elastic impedance)进行了研究，ARCO公司介绍了他们申请专利的弹性波阻抗反演方法，认为在求取的反射系数的稳定性方面要好于Connolly方法，而且计算的EI和AI数值在一个尺度下，同时BP Amoco公司在会上提出了扩充弹性波阻抗方法，可以用于流体和岩性的预测。此外，Paradigm公司在其商业软件Vanguard的最新版块中也有有关弹性波阻抗反演功能的出现。Jason公司则推出了Rock Trace弹性反演模块，以纵波波阻抗和横波波阻抗的概念来区别其以往软件中的波阻抗概念。这些进展说明弹
14、性波阻抗已经成为波阻抗反演进一步发展的方向之一，地震反演的发展正走向AI和EI结合、AI和AVO结合的道路13。这个发展过程大致上经历了从直接反演到模型反演、从叠后反演到叠前反演、从线性反演到非线性反演发展的过程16,33。近十几年来，非线性反演方法得到了有效利用。实践表明，非线性反演比线性反演更接近真实。非线性优化方法有基于导数的最陡下降法、牛顿法、共轭梯度法等；基于非导数的神经网络方法、遗传算法（GA）、模拟退火方法（SA）、随机搜索等17。为了提高反演的精度和收敛速度，针对非线性反演方法，地球物理工作者将各种最优化方法引入到了波阻抗反演中，各种各样的混合优化算法也陆续出现，力求在解决计算
15、精度的同时提高算法收敛速度，减少反演多解性18。尽管已经作了大量的研究工作，波阻抗反演方法仍然存在许多的不足，如算法复杂、实现困难、抗干扰能力差(从而导致分辨率降低)、收敛速度慢等，因此仍需要进一步研究和改进这些优化反演算法。在理论指导下，国内外相继研制出一些商业化程度高的波阻抗反演方法及软件，如STRATR、GLOG、JASON等19。目前国内使用的波阻抗反演软件基本上都是引进软件，国产软件较少。96年以前的软件一般都是单井控制下的地震资料反演，只能解决构造简单没有断层或岩性、岩相横向变化小的问题，在多井条件下和地质条件复杂的地区难以推广使用。国外从80年代末提出了利用声波测井资料作为约束条件，对过井地震剖面进行正反演联合迭代求取地下波阻抗的方法，将反演方法推向非线性，这种新方法利用了测井资料的高频信息，因而表现了强劲的发展势头，目前成为各国外石油公司重点发展的对象，如美国HGS公司宽带约束反演BCI技术，法国CGG公司波阻抗反演模拟ROVIM技术，俄罗斯的PARM,加拿大的STRATA，丹麦的ISIS，以及荷兰推出的JASON技术。今后地震反演的技术，是在现在的基础上，充分利用测井、地震、地质的信息，继续探索先进的算法，使储层横向预测更符合实际。这些方法在实际中取得了一定的应用效果，但是还不能够完全满足实际需要。不同反演方法结果差别较大，不同人使用同一种方法
