一种全波形反演方法及装置
阅读：911发布：2024-02-11
专利汇可以提供一种全波形反演方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种全 波形 反演方法及装置，该方法包括：利用一最优反演 频率 组对 地层 速度模型进行正演；利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；利用 频谱 延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数；利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据；根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演；执行 迭代 操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。本发明能够恢复 地震 资料低频数据可以利用低频数据得到准确的的全波形反演结果。，下面是一种全波形反演方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种全波形反演方法，其特征在于，包括：
利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演；
利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；
利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数；
利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据；
根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；
利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演；
执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
2.根据权利要求1所述的全波形反演方法，其特征在于，在所述利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演之前，还包括：
将所述速度模型数据整体传输至GPU显存。
3.根据权利要求2所述的全波形反演方法，其特征在于，在所述将所述速度模型数据整体传输至GPU显存之前，还包括：
利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率；
根据预设频率间隔对所述最优反演频率进行分组。
4.根据权利要求1所述的全波形反演方法，其特征在于，所述利用一最优反演频率组对速度模型进行正演，包括：
利用12阶空间有限差分时间域传播算子，根据所述最优反演频率组及地层速度模型进行地震波数值模拟，生成所述地层速度模型的正演结果。
5.根据权利要求1所述的全波形反演方法，其特征在于，所述利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场，包括：
利用离散傅里叶变换方法，根据所述原始单炮数据及所述地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
6.根据权利要求1所述的全波形反演方法，其特征在于，所述根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场，包括：
利用所述低频数据及所述原始单炮数据生成残差波场；
利用残差波场生成频率域梯度场。
7.根据权利要求1所述的全波形反演方法，其特征在于，所述利用所述频率域梯度场及优化步长，对所述地层速度模型进行反演，包括：
计算各频率域梯度场之和；
利用所述各频率域梯度场之和及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
8.一种全波形反演装置，其特征在于，包括：
正演单元，用于利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演；
地表接收波场生成单元，用于利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；
基函数生成单元，用于利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数；
低频数据恢复单元，用于利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据；
频率域梯度场生成单元，用于根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；
反演单元，用于利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演；
迭代单元，用于执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
9.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，还包括：
GPU传输单元，用于将所述速度模型数据整体传输至GPU显存。
10.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，还包括：
最优反演频率选取单元，用于利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率；
最优反演频率分组单元，用于根据预设频率间隔对所述最优反演频率进行分组。
11.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，所述正演单元具体用于：利用
12阶空间有限差分时间域传播算子，根据所述最优反演频率组及地层速度模型进行地震波数值模拟，生成所述地层速度模型的正演结果。
12.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，所述地表接收波场生成单元具体用于：利用离散傅里叶变换方法，根据所述原始单炮数据及所述地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
13.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，所述频率域梯度场生成单元包括：
残差波场生成模块，用于利用所述低频数据及所述原始单炮数据生成残差波场；
频率域梯度场生成模块，用于利用残差波场生成频率域梯度场。
14.根据权利要求8所述的全波形反演装置，其特征在于，所述反演单元包括：
频率域梯度场求和模块，用于计算各频率域梯度场之和；
地层速度模型反演模块，用于利用所述各频率域梯度场之和及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7任一项所述全波形反演方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述全波形反演方法的步骤。
一种全波形反演方法及装置
技术领域
背景技术
[0002] 随着地震勘探不断深入，所面临的地质问题日趋复杂；短波长速度既可以改进深度域偏移的准确度，也可以用来指示小的不均匀体，从而可以指示砂体、缝洞、断裂带、超压带等具有岩石物性差异的地质目标。全波形反演方法，可以反演短波长速度变化，既可以应用于中浅层速度短波长建模，也可以与反偏移结合用于反射波反演，是目前国际石油地震勘探资料处理方法中正在深入研究和发展迅速的方法。全波形反演在构造高分辨率速度模型上具有明显效果，但低频信息缺失，增加了对高精度的初始模型的依赖，不精确的初始模型在低频缺失情况下容易造成周期跳跃，不能很好的构造背景速度，使得全波形反演得不到良好的结果。同时在实际子波缺失时，振幅信息难以应用，基于波形相减的全波形反演难以正确修改速度，基于走时残差的全波形反演会丢失部分振幅信息，由上所述，目前缺乏一种可以恢复地震资料低频信息的全波形反演的方法。
发明内容
[0003] 针对现有技术中的问题，本发明能够建立一种可以恢复地震资料低频信息的全波形反演方法，可以避免由于全波形反演的“病态性”，即初始地层速度模型与地震数据资料的不耦合，从而使得反演结果不收敛进而导致陷入局部极值及数据缺少低频带来周期跳跃的现象和。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
[0005] 第一方面，本发明提供一种全波形反演方法，包括：
[0006] 利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演；
[0007] 利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；
[0008] 利用频谱延拓方法生成原始单炮数据的基函数；
[0009] 利用基函数及地表接收波场恢复原始单炮数据的低频数据；
[0010] 根据低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；
[0011] 利用频率域梯度场及优化步长对地层速度模型进行反演；
[0012] 执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0013] 一实施例中，在利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演之前，还包括：将速度模型数据整体传输至GPU显存。
[0014] 一实施例中，在将速度模型数据整体传输至GPU显存之前，还包括：
[0015] 利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率；
[0016] 根据预设频率间隔对最优反演频率进行分组。
[0017] 一实施例中，利用一最优反演频率组对速度模型进行正演，包括：
[0019] 一实施例中，利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场，包括：
[0020] 利用离散傅里叶变换方法，根据原始单炮数据及地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
[0021] 一实施例中，根据低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场，包括：
[0022] 利用低频数据及原始单炮数据生成残差波场；
[0023] 利用残差波场生成频率域梯度场。
[0024] 一实施例中，利用频率域梯度场及优化步长，对地层速度模型进行反演，包括：
[0025] 计算各频率域梯度场之和；
[0026] 利用各频率域梯度场之和及优化步长对地层速度模型进行反演。
[0027] 第二方面，本发明提供一种全波形反演装置，该装置包括：
[0028] 正演单元，用于利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演；
[0029] 地表接收波场生成单元，用于利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；
[0030] 基函数生成单元，用于利用频谱延拓方法生成原始单炮数据的基函数；
[0031] 低频数据恢复单元，用于利用基函数及地表接收波场恢复原始单炮数据的低频数据；
[0032] 频率域梯度场生成单元，用于根据低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；
[0033] 反演单元，用于利用频率域梯度场及优化步长对地层速度模型进行反演；
[0034] 迭代单元，用于执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0035] 一实施例中，全波形反演装置还包括：GPU传输单元，用于将速度模型数据整体传输至GPU显存。
[0036] 一实施例中，全波形反演装置还包括：最优反演频率选取单元，用于利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率；
[0037] 最优反演频率分组单元，用于根据预设频率间隔对最优反演频率进行分组。
[0038] 一实施例中，正演单元具体用于：利用12阶空间有限差分时间域传播算子，根据最优反演频率组及地层速度模型进行地震波数值模拟，生成地层速度模型的正演结果。
[0039] 一实施例中，地表接收波场生成单元具体用于：利用离散傅里叶变换方法，根据原始单炮数据及地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
[0040] 一实施例中，频率域梯度场生成单元包括：
[0041] 残差波场生成模块，用于利用低频数据及原始单炮数据生成残差波场；
[0042] 频率域梯度场生成模块，用于利用残差波场生成频率域梯度场。
[0043] 一实施例中，反演单元包括：
[0044] 频率域梯度场求和模块，用于计算各频率域梯度场之和；
[0045] 地层速度模型反演模块，用于利用各频率域梯度场之和及优化步长对地层速度模型进行反演。
[0047] 第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现全波形反演方法的步骤。
[0048] 从上述描述可知，本发明提供一种全波形反演方法及装置，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多，此方法最大的特点是获得的基函数是动态，使得每次带跌时正演数据都较好的匹配上实际数据。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。附图说明
[0049] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050] 图1为本发明的实施例中的全波形反演方法的流程示意图；
[0051] 图2为本发明的实施例中的全波形反演方法中步骤500的流程示意图；
[0052] 图3为本发明的实施例中的全波形反演方法中步骤600的流程示意图；
[0053] 图4为本发明的具体实施例中原始数据的地震记录示意图；
[0054] 图5为本发明的具体实施例中原始数据恢复低频信息后的地震记录示意图；
[0055] 图6为本发明的具体实施例中原始数据第190道数据频谱分析结果示意图；
[0056] 图7为本发明的具体实施例中原始数据恢复低频信息后的第190道数据频谱分析结果示意图；
[0057] 图8为本发明的具体实施例中A区块真实地层速度模型示意图；
[0058] 图9为本发明的具体实施例中A区块初始地层速度模型示意图；
[0059] 图10为本发明的具体实施例中原始数据中只有低频数据的A区块反演结果示意图；
[0060] 图11为本发明的具体实施例中原始数据中只有高频数据的A区块反演结果示意图；
[0061] 图12为本发明的具体实施例中原始数据中含有全频带数据的A区块反演结果示意图；
[0062] 图13为本发明的实施例中的全波形反演装置的结构示意图；
[0063] 图14为本发明的实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0064] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065] 本发明的实施例提供一种全波形反演方法的具体实施方式，参见图1，所述全波形反演方法具体包括如下内容：
[0066] 步骤100：利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演。
[0067] 步骤100具体为：根据利用已有资料(测、钻井等资料)建立地层速度模型模型，利用该模型及最优反演频率组求取相应地震响应。
[0068] 步骤200：利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场。
[0069] 可以理解的是，原始炮数据中含有很多个单炮数据，首先进入炮循环，读取单炮数据，确定单炮的接收范围，进而生成地表接收波场。
[0070] 步骤300：利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数。
[0071] 可以理解的是，步骤300中频谱延拓概念来源于通信原理，频谱延拓的本质就是调制，时间域的频移就是频率域的褶积，也就是时间域的乘积，两个信号逐点相乘，拓宽了信息的频谱。
[0072] 步骤400：利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据。
[0073] 可以理解的是，步骤400的基函数是动态的，利用该基函数以及步骤200中生成的地表接收波场可以恢复原始单炮数据中的低频数据，进而为全波形反演提供数据支持。
[0074] 步骤500：根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场。
[0075] 步骤500具体为：利用低频数据，计算当前炮记录在当前频率或频率组下对应的频率域梯度场；同时累加该共炮点道集在当前频率下的频率域梯度场，直到所有炮点循环完毕。
[0076] 步骤600：利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
[0077] 可以理解的是，步骤600是利用频率域梯度场及优化步长推算地层内部的结构形态和地层内部特征变化。
[0078] 步骤700：执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0079] 可以理解的是，步骤700描述的是步骤100至步骤600的一迭代过程，对上一次地层速度模型的更新，更新之后的结果最为下一个最优频率组的最初地层速度模型，需要注意的是，在步骤100第一次执行的时，地层速度模型为初始地层速度模型。
[0080] 从上述描述可知，本发明提供一种全波形反演方法，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。
[0081] 在一种具体实施方式中，本发明还提供全波形反演方法具体实施方式，具体包括如下步骤：
[0082] 步骤001：利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率。
[0083] 具体地，可以按照Sirgue频率优选策略(Sirgue和Pratt于2004年提出)，选择最优反演频率。
[0084] 步骤002：根据预设频率间隔对所述最优反演频率进行分组。
[0085] 步骤002可以以 为等比对步骤001中选取的100个最优反演频率，并进行频率分组，可以理解的是，每组中可以含有一个或多个最优反演频率。
[0086] 步骤003：将所述速度模型数据整体传输至GPU显存。
[0087] 步骤100：利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演。
[0088] 步骤100具体为：对于预设的地层速度模型(利用测井数据、钻井数据及其他地质数据建立)，利用12阶空间有限差分时间域传播算子，根据所述最优反演频率组及地层速度模型求取相应地震响应，生成所述地层速度模型的正演结果。本步骤采用的是二维正演模拟计算合成地震剖面。
[0089] 步骤200：利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场。
[0090] 步骤200具体为：利用离散傅里叶变换方法，根据所述原始单炮数据及所述地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
[0091] 优选地，可以记录正演的每个时刻的地表接收波场，同时利用离散傅里叶变换方法抽取相应频率的频率域正演波场，即对每个时刻的波场快照计算该时刻波场对当前频率域波场的贡献，对这些贡献进行累加。
[0092] 步骤300：利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数。
[0093] 可以理解的是，在步骤300中用到的方法是通信信号处理中的频谱延拓原理，频谱延拓的本质就是调制，时间域的频移就是频率域的褶积，也就是时间域的乘积，两个信号逐点相乘，拓宽了信息的频谱，具体为：两个时间域信号f1(t)f2(t),其频率域的表达式为F1(ω)F2(ω),则频率域的卷积可以表示为：
[0094]
[0095] F1(u)*F2(ω-u)实现的是频率的搬移，在时间域内做一次乘积，实现的是一次频率的搬移，选择适合的时间域函数，可以实现数据的频谱拓宽。
[0096] 步骤400：利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据。
[0097] 步骤500：根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场。参见图2，步骤500可包括：
[0098] 步骤501：利用所低频数据及原始单炮数据生成残差波场；
[0099] 步骤502：利用残差波场生成频率域梯度场。
[0100] 步骤502可以用到的公式为：
[0101]
[0103] 步骤600：利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
[0104] 一实施例中，参见图3，步骤600可以包括：
[0105] 步骤601：计算各频率域梯度场之和。
[0106] 步骤601具体为利用公式(2)计算当前最优反演频率或当前最优反演频率组下所有单炮数据的梯度场之和。
[0107] 步骤602：利用各频率域梯度场之和及优化步长对地层速度模型进行反演。
[0108] 可以理解的是，步骤602是利用步骤601中计算的频率域梯度场之和及优化步长推算地层内部的结构形态和地层内部特征变化。
[0109] 步骤700：执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0110] 可以理解的是，通过正演计算出的参数对地层速度模型不断更新，再将更新之后的地层速度模型作为下一个最优频率组的最初地层速度模型，如此反复，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0111] 为进一步地说明本方案，下面将以一具体应用实例说明本发明的效果如下：
[0112] 利用本发明实施例的方法对国内某油田A区块开展全波形反演(A区块真实地层速度模型为已知)。初始地层速度模型大小为3840mx1220m，空间间隔Δx＝Δy＝10m。采用频率域全波形反演，步长选取采用步长衰减法，反演算法采用拟Hessian矩阵法，共采用10炮，时间采样间隔是1ms，采样长度为1s，边界条采用15层pml吸收边界。
[0113] 为了进行对比，分别使用两套数据分别进行反演，一套是未恢复低频的原始数据，一套是恢复低频后的原始数据，然后将利用未恢复低频的原始数据的反演结果与利用恢复低频后的原始数据的反演结果进行比对，本具体应用实例包括以下步骤：
[0114] S1：利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率。
[0115] S2：以 为等比对最优反演频率进行分组。
[0116] S3：将预设速度模型数据整体传输至GPU显存。
[0117] 可以理解的是，将预先利用测井数据、钻井数据及其他地质数据建立的初始地层速度模型整体传输至GPU显存。
[0118] S4：利用12阶空间有限差分时间域传播算子，根据最优反演频率组(或最优反演频率)及地层速度模型求取相应地震响应，生成所述地层速度模型的二维正演结果。
[0119] S5：利用离散傅里叶变换方法，根据原始单炮数据及地层速度模型的二维正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
[0120] S6：利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数。
[0121] S6：利用基函数及地表接收波场恢复原始单炮数据的低频数据，参见图4至图7，对比图4和图5，可以明显的看到，通过频谱延拓方法(调制)原始数据中的低频信息得以较好的恢复。
[0122] 对比图6和图7，可以明显的看到，通过频谱延拓方法(调制)原始数据中190道数据频谱分析中的低频信息得以较好的恢复，特别是发现20Hz以下的频率明显得到恢复。
[0123] S7：利用所低频数据及原始单炮数据生成残差波场。
[0124] S8：利用公式(2)生成频率域梯度场。
[0125] S9：计算当前最优反演频率或当前最优反演频率组下所有单炮数据的梯度场之和。
[0126] S10：利用步长衰减法求取优化步长
[0127] S11：利用各频率域梯度场之和及优化步长对地层速度模型进行反演。
[0128] S12：执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果，利用本实例所提供的方法分别对原始数据中只有低频数据、只有高频数据及全频带数据进行反演，并与A区块地层速度模型(真实地层速度模型)及初始模型进行对比，可以看出，当原始数据中只有低频数据的情况下，能一定程度恢复背景速度，浅层的部分，当只有高频数据的情况下，和初始模型差别不大，这是因为第一次迭代就陷入局部极小，无法进行迭代更新，容易产生周期跳跃陷入局部极小；而恢复低频数据后的全频带数据，可以得到最为精确的反演结果，参见图8至图12。
[0129] 从上述描述可知，本发明提供一种全波形反演方法，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。
[0130] 基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种全波形反演装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于全波形反演装置解决问题的原理与全波形反演方法相似，因此全波形反演装置的实施可以参见全波形反演方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0131] 本发明的实施例提供一种全波形反演装置的具体实施方式，参见图13，全波形反演装置具体包括如下内容：
[0132] 正演单元10，用于利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演；
[0133] 地表接收波场生成单元20，用于利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场；
[0134] 基函数生成单元30，用于利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数；
[0135] 低频数据恢复单元40，用于利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据；
[0136] 频率域梯度场生成单元50，用于根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场；
[0137] 反演单元60，用于利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演；
[0138] 迭代单元70，用于执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0139] 一实施例中，全波形反演装置还包括：GPU传输单元，用于将速度模型数据整体传输至GPU显存。
[0140] 一实施例中，全波形反演装置还包括：最优反演频率选取单元，用于利用Sirgue频率优选策略选取最优反演频率；
[0141] 最优反演频率分组单元，用于根据预设频率间隔对最优反演频率进行分组。
[0142] 一实施例中，正演单元具体用于：利用12阶空间有限差分时间域传播算子，根据最优反演频率组及地层速度模型进行地震波数值模拟，生成地层速度模型的正演结果。
[0143] 一实施例中，地表接收波场生成单元具体用于：利用离散傅里叶变换方法，根据原始单炮数据及地层速度模型的正演结果，生成最优反演频率组的频率域地表接收波场。
[0144] 一实施例中，频率域梯度场生成单元包括：
[0145] 残差波场生成模块，用于利用低频数据及原始单炮数据生成残差波场；
[0146] 频率域梯度场生成模块，用于利用残差波场生成频率域梯度场。
[0147] 一实施例中，反演单元包括：
[0148] 频率域梯度场求和模块，用于计算各频率域梯度场之和；
[0149] 地层速度模型反演模块，用于利用各频率域梯度场之和及优化步长对地层速度模型进行反演。
[0150] 从上述描述可知，本发明提供一种全波形反演装置，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。
[0151] 本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的全波形反演方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图14，所述电子设备具体包括如下内容：
[0153] 其中，所述处理器1201、存储器1202、通信接口1203通过所述总线1204完成相互间的通信；所述通信接口1203用于实现服务器端设备、检测设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输；
[0154] 所述处理器1201用于调用所述存储器1202中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的全波形反演方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
[0155] 步骤100：利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演。
[0156] 步骤200：利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场。
[0157] 步骤300：利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数。
[0158] 步骤400：利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据。
[0159] 步骤500：根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场。
[0160] 步骤600：利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
[0161] 步骤700：执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0162] 从上述描述可知，本申请实施例中的电子设备，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。
[0163] 本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的全波形反演方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的全波形反演方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
[0164] 步骤100：利用一最优反演频率组对地层速度模型进行正演。
[0165] 步骤200：利用原始单炮数据及地层速度模型的正演结果生成地表接收波场。
[0166] 步骤300：利用频谱延拓方法生成所述原始单炮数据的基函数。
[0167] 步骤400：利用所述基函数及所述地表接收波场恢复所述原始单炮数据的低频数据。
[0168] 步骤500：根据所述低频数据生成预设数量单炮数据集的频率域梯度场。
[0169] 步骤600：利用所述频率域梯度场及优化步长对所述地层速度模型进行反演。
[0170] 步骤700：执行迭代操作，用另一最优反演频率组对反演后的地层速度模型进行正演，得到对地层速度模型的最终反演结果。
[0171] 从上述描述可知，本申请实施例中的计算机可读存储介质，可以通过选取最优反演频率，然后用最优反演频率中的一频率或一组频率对初始地层速度模型进行正演，再结合当前频率中的一单炮数据及正演结果生成地表接收波场，然后通过频谱延拓方法生成该单炮数据的基函数，该基函数和上述地表接收波场可以恢复该单炮数据中的低频数据，此低频数据对全波长反演至关重要，并基于低频数据生成该单炮数据的频率域梯度场，以此类推，生成该频率或该频率组下所有单炮数据的梯度场，利用梯度场及优化步长对地层速度模型进行正演，然后把正演结果作为下一最优反演频率的最优反演频率组的初始地层速度模型，进行迭代，直到获得最优反演结果，或所有最优反演频率或最优反演频率组全部迭代完毕，本发明从实际数据出发，通过频谱延拓原理(调制)，利用信号的频率搬移特性，使用不同的基函数将实际数据进行频谱重建，恢复地震数据中的低频部分，低频数据可以降低反演的非线性问题，它的目标函数相对光滑，能够比较容易收敛到全局最小点，它对初始模型的依赖程度相对低很多。在反演的初始阶段利用较低频数据得到比较准确的光滑背景速度和大尺度的结构，在此基础上再利用高频数据去刻画精细结构，能提高反演的稳定性，使目标函数逐步收敛到全局最小值附近，能够得到较好的反演结果。
[0172] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0173] 上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0174] 虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
[0175] 虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
[0176] 为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0177] 本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0178] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0179] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0180] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0181] 在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0183] 计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0184] 本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0185] 本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0186] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0187] 以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
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