基于频率-波数滤波的联合多尺度全波形反演方法及其实现策略

基于频率递进的多尺度方法是提高全波形反演稳定性的有效策略之一,但较为依赖于地震数据的最低有效频率,在低频数据缺失或采集数据质量不高时反演结果较差。基于此,在系统分析全波形反演波数成分与数据频率和散射角关系的基础上,实现基于波数滤波的多尺度反演方法,并与传统的时间域多尺度反演相结合,提出一种基于频率-波数滤波的联合多尺度全波形反演方法,并给出具体的反演策略。通过Poynting矢量对梯度中不同散射角成分进行滤波,以大散射角信息弥补地震低频数据缺失所不能恢复的低波数成分,能有效降低传统全波形反演方法对低频数据的依赖性,增强多尺度反演方法的适应性。该方法应用到SEG/EAGE推覆体模型的试算结果表明:新方法一方面可以有效弥补低频信息缺失时传统多尺度反演方法不能恢复的低波数成分;另一方面可以保证波数滤波反演方法能够避免周波跳跃现象。新方法能够在低频数据缺失的情况下有效恢复模型的中低波数成分,反演能力优于传统多尺度反演方法。     

一维速度结构的地震波全波形反演理论测试

为了验证地震学研究中全波形反演方法的有效性, 并研究其收敛特点, 编写基于共轭梯度法的一维地震波全波形反演程序。首先使用单个震源和台站反演出一维非均匀速度结构, 然后通过改变此过程中的各个条件, 讨论不同因素对反演结果的影响。结果显示, 全波形反演在数据较好的情况下能够得到很精确的反演结果; 震源和台站是影响反演的最主要因素; 多尺度反演以及更好的初始模型能够有效地提高反演的稳定性; 观测数据的噪声可使结果产生小尺度的波动, 但在大尺度上对结果的影响相对较小。     

井旁道地震全波形反演技术及应用

地质建模中测井数据的质量与量化程度直接影响到叠前/叠后储层预测精度,为提高地质模型的准确性,有必要利用井旁道集地震数据进行全波形叠前反演,采用地震约束改进测井曲线的准确度。全波形反演(FWI)已越来越成为实用工具来估计地下的参数,通过迭代更新地下弹性模型,并计算相应的合成数据,以减少正演模拟的合成记录和实际地震数据的差异。以H10井为例,利用全波形反演研究表明,地震数据的约束有助于改善井数据的准确性,有效的提高了叠前/叠后储层预测精度。因此,全波型反演是一项值得探索的新技术。     

大地电磁测深和重力数据同步正则化联合反演

在以往正则化联合反演中,不同的地球物理方法均采用相同的正则化因子。当不同的地球物理方法的数据拟合泛函和模型稳定泛函的数量级不一致时,单正则化因子条件下的正则化联合反演不能充分发挥不同地球物理方法各自模型约束泛函的作用。针对这点不足,以大地电磁测深(MT)和重力联合反演为例,提出了双正则化因子的确定方法,新方法根据MT和重力方法各自的数据拟合效率实现了正则化因子的自适应调整。设计了非完全共界面的断块模型。模型试验表明:与传统的MT和重力正则化联合反演相比,双正则化因子条件下的MT和重力联合反演可以更好地发挥各自的模型约束泛函的模型约束作用,联合反演的解更符合真实模型。     

一种适合磁异常反演的正则化因子选取方法

为更精确地确定地下磁性物质的分布,结合工程勘察中的磁法探勘和位场反演特点,借鉴Zhdanov等提出的自适应正则化因子选取方式,提出一种适合磁异常反演的完全自适应正则化方法。在进行一次常规自适应算法的基础上,得到估计的正则化因子初始值,根据数据拟合的下降效率确定合适的正则化因子的计算值,并采用较大的衰减因子,通过自动衰减正则化因子在考虑计算效率的条件下得到较好的数据拟合和稳定的反演结果。模型实验表明,此方法的数据拟合效果比L曲线法更好,同时在解稳定的前提下减少了迭代次数。     

海域天然气水合物水平井储层关键参数反演方法

应用测斜仪监测技术进行海域天然气水合物水平井开采的产气量动态评价时,不同井段体积参数间的互补性可能导致目标函数陷入较大的收敛区域,此时反演方法所能达到的精度将直接影响反演结果。提出一种基于邻域算法的储层关键参数反演方法,以中国南海神狐海域实际地质情况为基础,利用合成的海底倾斜场数据对水平井不同井段的体积参数进行反演试算,并研究不同噪声程度和模型间距对反演结果的影响。结果表明:与直接网格搜索法相比,提出的方法在保证收敛效果的前提下计算效率更高,实时性更强;与模拟退火法相比,提出的方法反演精度更高;当不同井段的产水和出砂量较小或占该段储层变化体积的比例一致时,该方法可为海域天然气水合物水平井产气量的动态评价提供算法基础。     

井地电法的三维正反演研究

通过简化井地电法模型为垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质模型,利用三维有限元法实现了垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质电场的正演计算。应用非线性阻尼最小二乘迭代算法实现了地表电位数据的地下目标层电阻率反演,通过简化模型对相应计算程序进行了检验,证实了程序的可靠性。用给定模型正演得到的地表"理论合成数据"来反演地下异常体,并对数据测量范围和干扰水平对反演的影响进行了讨论。该研究可为提高井地电法反演质量提供部分理论指导依据。     

井地电法的三维正反演研究

通过简化井地电法模型为垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质模型,利用三维有限元法实现了垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质电场的正演计算。应用非线性阻尼最小二乘迭代算法实现了地表电位数据的地下目标层电阻率反演,通过简化模型对相应计算程序进行了检验,证实了程序的可靠性。用给定模型正演得到的地表“理论合成数据”来反演地下异常体,并对数据测量范围和干扰水平对反演的影响进行了讨论。该研究可为提高井地电法反演质量提供部分理论指导依据。     

衰竭气藏型地下储气库库存量动态预测研究?

基于有限元法和最优化方法建立了衰竭气藏型地下储气库库存量动态预测的多井约束优化反分析模型。该模型根据研究区域观察井实测压力资料进行反演,通过反复调整注采量使得观察井模拟压力值与实测压力值达到最优拟合,得到衰竭气藏型地下储气库真实库存量。最后以国内某拟建水驱气藏型地下储气库为例,以各时刻动态正分析计算结果作为“假想”的实测压力数据进行地下储气库库存量动态反演。计算结果表明：反演值与实测值吻合较好,算例证明了的多井约束优化反分析模型的计算精度和可靠性。     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取研究

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

重力异常稳健迭代密度界面反演研究

重力异常界面反演是重力勘探中的一个重要研究课题,它是一个求解第一类Fredholm非线性积分方程问题,目前情况下直接求解比较困难,只能采用拟合法或逐步线性化办法实现反演计算.在计算过程中,由于反演的不适定性,往往不能很好地获得反演解.我们从二度体重力异常正演公式出发,导出地下界面迭代反演的计算公式;然后利用广义似然函数对模型参数进行优化选择,从而获得模型参数修正量迭代计算方法,实现二度体单一密度界面的稳健迭代(最小二乘加权迭代)反演.模型计算表明方法可以很好地反演出地下界面.     

大地电磁主轴各向异性二维理论模型反演分析

地下介质普遍存在各向异性,为反应地下真实地质情况,需建立各向异性模型进行研究。本文主要进行主轴各向异性大地电磁二维反演研究,采用有限单元法作为正演模拟方法,将正演响应结果与前人计算结果进行对比分析,验证了算法的正确性,并对不同方向上电阻率响应灵敏度进行分析。采用非线性共轭梯度法进行反演研究,该方法不需要直接计算雅克比矩阵,相对于其他反演方法节省了计算时间,计算效率高;目标函数的建立对于不同方向上的电阻率采用不同的正则化参数来进行约束。通过复杂的各向异性体模型进行反演,结果显示对于不同方向上电阻率的恢复以及异常体位置的圈定都取得了较好的效果,说明了反演算法的有效性。     

基于快速匹配追踪的混合域地震稀疏反演方法

匹配追踪稀疏地震反演是基于模型参数L0范数稀疏性度量的高分辨率反射系数反演方法。针对经典匹配追踪反演策略抗噪能力强但计算效率低的问题,通过控制多原子迭代次数和迭代阈值搜索模型最优解,提出基于快速匹配追踪算法的混合域地震稀疏反演方法。首先,在相对纵波阻抗低频模型约束下,构建混合域褶积模型正演算子和正则化方程,低频背景的引入将有效缩小模型参数的搜索空间;然后,在多原子快速匹配追踪反演框架推导混合域稀疏反演目标泛函,提高地层反射系数的恢复效率和收敛精度;最后,利用数据测试及实际地震资料对该方法的预测精度和可靠性进行试验分析,该方法相比常规时间域反演有助于选择高信噪比的频率分量提高算法的抗噪能力,而且在改善反演分辨率的同时避免了匹配追踪算法存在的计算效率低和局部极值的问题。     

求解广义动态非线性测量数据处理的信赖域法

针对误差方程中同时包含非随机参数和随机参数的情况，提出了一种广义非线性动态最小二乘测量数据处理的新方法，即信赖域方法，并建立了相应的解算模型。计算中仅使用目标函数及其一阶导数信息，通过BFGS校正方法构造Hessian阵的近似，该算法不仅当迭代初值要求不严格时，仍保证收敛，而且在较强条件下具有二阶收敛结果。     

基于混合遗传算法的叠前随机反演方法

针对常规随机反演方法计算效率低的问题,提出一种基于混合遗传算法的叠前随机反演方法。该方法充分利用测井资料中的高频信息,并以地震数据作为约束,首先通过快速傅里叶滑动平均(fast Fourier transform-moving average,FFT-MA)谱模拟算法进行随机模拟得到基于地质统计学的初始模型信息,随后结合提出的混合遗传算法对模拟结果进行快速优化,得到符合地下地质结构的反演剖面,实现对叠前弹性参数的反演。混合遗传算法避免了一般遗传算法常见问题,如收敛速度慢以及产生"早熟"现象,与模拟退火相结合能够快速收敛达到全局最优,保证了反演精度。数值试验结果表明,融入混合遗传算法的叠前随机反演方法,在充分利用叠前信息的同时可以保证反演结果有效收敛,并且与模型数据吻合较好,与传统的叠前反演方法相比具有较高的分辨率,在储层识别和油藏描述中起到了重要作用。     

基于泛函灵敏度方法的PSS参数优化设计

提出了一种多机电力系统稳定器(PSS)参数协调优化的共轭梯度法.该方法以系统动态组合泛函作为评价PSS阻尼效果的性能指标,通过变分法处理组合泛函指标中的积分项,提出了采用轨迹逆积分技术计算该指标对PSS参数向量梯度的新方法.该方法以上述组合泛函指标最小作为PSS参数优化模型中的目标函数.由于目标函数考虑了电力系统大扰动...     

基于深度学习的二维航空大地电磁数据反演

航空大地电磁法以其机动灵活、效率高等优点,适用于在地势崎岖的偏远环境中开展快速普查作业.目前,针对二维航空大地电磁数据的反演研究大多采用对目标函数求解偏导数的方式进行,这会造成反演结果对初始模型依赖高,且极易陷入局部极小值.为解决上述问题,首先从麦克斯韦频率域方程组出发,推导倾子响应计算公式.其次,采用有限单元法计算异常体地电模型倾子响应,并结合地下电阻率值标签,构建深度学习样本数据集,采用卷积神经网络顺利实现了二维航空大地电磁数据反演.最后,针对不同埋深的二维异常体地电模型,分别采用传统电磁反演和深度学习反演方法进行反演研究,对比分析了不同反演方法反演结果.结果表明,相较于传统电磁反演方法,采用深度学习反演方法进行二维航空电磁数据反演,反演速度更快,准确度更高.     

一种反演抛物型方程未知系数的全变差正则化方法

基于最优控制理论框架,利用全变差正则化技巧,讨论了在终端观测值已知的前提下一种反演二阶抛物型方程未知系数的数值计算方法.结合对正问题的分析,推出了关于未知系数所满足的必要条件,并通过引入"磨光"全变差正则化项,反演了未知系数可能存在奇性的条件下的数值解.     

基于深度加权的重力梯度数据联合相关成像反演

针对矿产勘查中相关成像反演存在的纵向分辨率较低的问题，提出了一种基于深度加权的重力梯度数据相关成像反演方法.通过联合多个重力梯度分量、引入基于先验信息的深度加权函数与地下空间分区加权等方法，提高反演的纵向空间分辨率.在数据试验中，利用立方体组合模型证实了提出的方法能够准确反演出目标体的空间位置，计算的密度数值范围与理论模型基本一致，且方法具有一定的抗噪能力.将反演应用于美国文顿盐丘地区的实测重力梯度数据，结果显示出的盖岩位置与已知地质资料相符，证明了本文方法具有可行性和实用性.