一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地震勘探技術領域，具體為一種介質品質因子的逐次差分進化估計方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著油氣勘探技術的發展及油氣田勘探程度的進一步加深，油氣勘探已從常規油 氣藏向非常規油氣藏發展，勘探對象日益復雜，勘探技術面臨新的挑戰。如何精細地刻畫地 下介質構造、巖性及流體飽和度等是地震勘探亟待解決的重要問題。波在地下介質中傳播 時，介質的粘彈性使得波的能量逐漸耗散，這種介質的固有吸收作用通常用介質品質因子Q 表征，估計的Q值可用于烴類檢測和儲層描述。速度是勘探地球物理中最重要的介質參數 之一，在地震成像中起重要作用。介質Q值與速度的精確反演具有重要意義，可以作為目標 檢測的輔助參數之一。
[0003] 目前已有多種估計Q值和速度的方法，包括直接計算方法及反演類方法。反演優 化技術已廣泛應用于許多領域，在地震勘探中可用于反演地下復雜構造的介質參數。反演 方法有很多，如波形反演、層析成像等，波形反演優化技術又有局部優化類反演方法和全局 優化類反演方法等。局部優化方法計算速度快，不足是高維參數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。與局部優化類方法相比，全局優化類方法對初值 無依賴性，且不需要計算矩陣的逆，不足是運算量大，計算耗時。近年來由于計算機運算能 力顯著提高，全局優化方法已得到廣泛應用。
[0004] 全局優化算法有模擬退火法、差分進化算法、遺傳算法、協同進化算法，以及改進 的協同選擇差分進化算法（DE-CCS)、協同變異差分進化算法（DE-CCM)等。協同進化算法在 求解高維可分問題時，具有一定的有效性和實用性，但不適用于強非線性不可分問題；在此 基礎上發展的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度函數引導子成分的進化方向，用全局適應度函數從整體上控制個體 的進化方向，對一個個體進行一次迭代時需要兩次正演，而DE-CCM將分解思想用于變異策 略中，用局部適應度函數引導子成分的變異方向，用全局適應度函數在選擇步驟中控制個 體的進化方向，對一個個體進行一次迭代時只需一次正演。DE-CCS和DE-CCM均適用于可分 問題。
[0005] 相較地面反射數據，VSP(垂直地震剖面）數據的質量較好，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得多，我們主要研 究適用于含直達波及一次反射上行波的零偏VSP資料的反演方法。
[0006] 局部優化類波形反演方法對初值有非常強的依賴性，而選取高精度的初值比較困 難，導致反演精度降低，因此有必要研究不依賴于初值的全局優化類波形反演方法。現有的 全局優化算法應用于高維可分模型空間時取得了很大成功，但是對于由黏彈介質中的待估 參數張成的不可分模型空間，全局優化算法還需進一步進行研究。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種速度快，耗費時間段，收斂性好，且 不依賴于初值的介質品質因子的逐次差分進化估計方法。
[0008] 本發明是通過以下技術方案來實現：
[0009] 本發明一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，包括如下步驟，
[0010] 步驟1，用WEPIF方法估計實際VSP道集的品質因子和速度前，先對實際VSP道集 進行預處理，去除不同炮子波的不一致性；
[0011] 步驟2,構建一個含M個個體的初始群體X，表示為，
[0012] X= [x1；x2,xM]；
[0013] 群體中的第k個個體表示為，
[0014] xk= [X,，"xk，2，…，xk，N],k= 1，…，M;
[0015] 其中，N為總道數，M為地層數量，每個地層對應一組要進行估計的品質因子和速 度；
[0016] 步驟3,按相鄰兩個檢波器的距離將地下介質劃分為不同地層，將每一道作為一個 子成分，用U范數定義第k個個體的局部適應度函數為，
[0017]
【主權項】
1. 一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟1，用WEPIF方法估計實際VSP道集的品質因子和速度前，先對實際VSP道集進行 預處理，去除不同炮子波的不一致性； 步驟2,構建一個含M個個體的初始群體X，表示為， X - [x" x2，…，xM]; 群體中的第k個個體表示為， xk - [x k，" xk，2,…，xk，N]，k - 1，…，M ; 其中，N為總道數，M為地層數量，每個地層對應一組要進行估計的品質因子和速度； 步驟3,按相鄰兩個檢波器的距離將地下介質劃分為不同地層，將每一道作為一個子成 分，用U范數定義第k個個體的局部適應度函數為， "Wl
? 從而得到每道的局部適應度值；式中，dy. (?)為第j道觀測數據，du(?)為由第k個 個體正演計算的第j道數據，P為觀測數據直達波瞬時振幅譜的峰值位置，Pi、匕分別為子 波瞬時振幅的包絡峰值左右兩側的第一個波谷位置，g(n)是高斯窗函數； 步驟4,根據實際VSP道集和每道的局部適應度，對初始群體X中的每個子成分進行優 化更新；進行正演模擬逐道的優化每個子成分，當所有個體中當前層和下一層的參數均選 擇最優值后，再進行層位循環，逐層反演參數；反演第j層的參數時，將群體X中第j列的所 有變量進行升序排列，根據變異策略求取變異后的待估品質因子和速度； 步驟5,重復步驟4,將整個群體更新完后根據全局適應度的值選擇最優個體，從而得 到地下介質的品質因子和速度。
2. 根據權利要求1所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 步驟4中還包括將所有個體進行循環后，進行的內循環；通過多次個體循環實現局部的迭 代循環。
3. 根據權利要求2所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 步驟4中，進行內循環時，給定內循環中最大迭代次數genmaxl作為內循環的硬閾值，若迭代 次數達到給定的閾值則強制退出內循環；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是個體總數，Emin是設定的最小精度閾值； 如果滿足任意一個退出條件，則結束內循環，執行步驟5。
4. 根據權利要求1所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 步驟4中的變異策略如下，令局部適應度函數的最小值對應的變量為Xy_，在群體的第j列 中隨機選取除最小值外的兩個變量和x則第k個個體的第j個元素的變異策略如 下，
式中，F是控制參數，其值是0~1之間的隨機變量。
5. 根據權利要求1所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 步驟4中的變異策略如下，給定局部適應度的精度閾值，當局部適應度大于閾值而兩次個 體迭代的局部適應度之差小于另一閾值時，用局部適應度值加權的方法對變異中的擾動量 進行增益，則第k個個體的第j個元素的變異策略如下，
式中，A是控制參數，根據精度選取，上標m表示變異后的值，權系數^為歸一化的局 部適應度值。
6. 根據權利要求5所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 歸一化的局部適應度值P,表示如下，
式中，fr，」，frl，」，fr2;j是對應于基因xr，」，Xrl，」，xr2，j的局部適應度值。
7. 根據權利要求1所述的一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，其特征在于， 步驟2中，g(n)是高斯窗函數，表示為，
其中，n為變量，〇為標準差。
【專利摘要】本發明一種介質品質因子的逐次差分進化估計方法，包括如下步驟，步驟1，先對實際VSP道集進行預處理，去除不同炮子波的不一致性；步驟2，構建一個含M個個體的初始群體X；步驟3，按相鄰兩個檢波器的距離將地下介質劃分為不同地層，將每一道作為一個子成分，用L1范數定義第k個個體的局部適應度函數，從而得到每道的局部適應度值；步驟4，根據實際VSP道集和每道的局部適應度，對初始群體X中的每個子成分進行優化更新；根據變異策略求取變異后的待估品質因子和速度；步驟5，重復步驟4，將整個群體更新完后根據全局適應度的值選擇最優個體，從而得到地下介質的品質因子和速度。其整體的計算速度快，收斂性好，且不依賴于初值。
【IPC分類】G01V1-28
【公開號】CN104698495
【申請號】CN201510131261
【發明人】高靜懷, 趙靜, 王大興
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月24日