一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法技術

本發明專利技術涉及一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，包括以下步驟：1)疊前地震道集分小、中、大三個角度范圍進行疊加，獲得小、中兩個角度對應的彈性阻抗；2)將小、中兩個角度及對應的彈性阻抗代入彈性阻抗方程得到彈性阻抗方程組；3)令則彈性阻抗方程組為欠定方程組：Ax＝b；4)對欠定方程組進行運算獲得待求解線性方程組：5)對線性方程組求解得到(xk,zk,sk)T；6)根據計算獲得彈性參數縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ。本發明專利技術是提供一種只利用小、中兩個角度的地震道集數據獲得的彈性阻抗數據就可以準確提取彈性參數的稀疏正則化的彈性參數提取方法，可以廣泛應用于巖石物理彈性參數的提取方法中。

【技術實現步驟摘要】
一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法
本專利技術涉及一種巖石物理彈性參數提取方法，特別是關于一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法。
技術介紹
巖石物理彈性參數是連接地震資料與儲層參數的紐帶，巖石孔隙中流體的變化對巖石彈性性質有很大影響。定量確定含流體巖石與彈性參數之間的關系，可以提高地震儲層預測和油氣檢測的可靠性與準確性。彈性參數大致可以分為三類：第一類是基本彈性參數，這類是可以通過實驗室測量得到的，包括縱波速度、橫波速度和密度；第二類是擴展彈性參數，這類彈性參數一般難以直接測量，而是利用第一類彈性參數通過相關公式計算得到，例如體積模量，泊松比和拉梅系數等。第三類是組合彈性參數，這類彈性參數是利用第一、二類彈性參數組合而成的，包括縱橫波速度比，縱波阻抗和橫波阻抗等。巖石物理彈性參數可以通過疊前地震道集彈性阻抗反演技術獲得。Connolly在1999年提出了彈性阻抗(ElasticImpedance，EI)的概念，并通過對Aki和Richards近似方程積分獲得了彈性阻抗方程：式中，θ為入射角；Vp為縱波速度；Vs為橫波速度；ρ為密度；K＝Vs2/Vp2，為常數，取相鄰層的平均值。如果想獲得彈性參數縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ，需要解如下方程組：式中，θ1、θ2和θ3分別代表了小、中和大三個不同的入射角度。常規彈性阻抗獲得巖石物理彈性參數的方法包含以下步驟：1)疊前地震道集分三個角度范圍進行疊加獲得三個角度部分疊加道集；2)提取每個角度部分疊加道集的子波；3)利用測井曲線和解釋層位數據建立低頻模型；4)三個角度部分疊加道集反演得到彈性阻抗EI(θ1)、EI(θ2)和EI(θ3)；5)將彈性阻抗EI(θ1)、EI(θ2)和EI(θ3)帶入方程組(2)計算得到縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ；6)利用彈性參數之間的關系公式計算得到其他彈性參數。常規基于彈性阻抗反演的彈性參數提取方法受到方程組(2)的限制，要求必須將疊前地震道集分成小、中和大三個角度進行部分疊加，然后才能最終得到彈性參數。目前，隨著油氣勘探的目的層深度的增加，受地震采集偏移距的限制，獲得大角度的數據較為困難；另外，一些復雜巖性油氣藏，例如薄互層砂巖或者碳酸鹽巖油氣藏，大角度的地震數據信噪比比較低。如果無法獲得大角度的數據，那么方程組(2)的就是一個“欠定”方程，常規方法都無法求解。如果大角度的數據信噪比低，雖然滿足了方程組(2)的要求，但是提取出來的彈性參數誤差會很大。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種只利用小、中兩個角度的地震道集數據獲得的彈性阻抗數據就可以準確提取彈性參數的稀疏正則化的彈性參數提取方法。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，包括以下步驟：1)疊前地震道集分小、中、大三個角度范圍進行疊加，獲得小、中兩個角度部分疊加道集，經過小、中兩個角度部分疊加道集反演得到小、中兩個角度對應的彈性阻抗；2)將小、中兩個角度及小、中兩個角度對應的彈性阻抗代入彈性阻抗方程得到彈性阻抗方程組：3)令則彈性阻抗方程組簡化為欠定方程組：Ax＝b；4)對欠定方程組進行推導獲得待求解線性方程組：式中，F表示對x,z,s的運算法則，T表示轉秩，z為x的對偶解，s為松弛因子，C0＝[1…1]，D＝diag(x1,x2…xN)，diag表示對角矩陣；β為衰減變量，0＜β＜1；μ也為引入的松弛因子，計算過程中趨向于0；e為單位矩陣；5)對待求解線性方程組求解得到(xk,zk,sk)T；6)根據計算獲得彈性參數縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ。所述步驟4)中，對欠定方程組進行運算獲得待求解線性方程組的過程包括以下步驟：(1)將欠定方程組Ax＝b變為一個約束優化問題如下：其中，||x||1＝|x1|+|x2|+…|xN|，x1,x2…xN為x中的元素，→表示趨近，min表示最小值；引入C0＝[1…1]，則約束優化問題變為如下形式：(2)約束優化問題的對偶問題為：式中，max表示最大值；(3)通過增加輔助變量，所述步驟(1)中約束優化問題和所述步驟(2)中對偶問題的等式約束可以變形為：μ為引入的松弛因子，趨向于0，上式變形為方程組：(4)將方程組變形為待求解線性方程組：所述步驟5)中，對待求解線性方程組求解得到(xk,zk,sk)T，包括以下步驟：(1)令k＝0，取初始值(xk,zk,sk)T，設置更新變量總次數為M以及閾值ζx,ζz,ζs，且ζx＞0,ζz＞0,ζs＞0；(2)設置余量Rk(x)、Rk(z)、μk，余量計算方程組如下:(3)將(xk,zk,sk)T代入余量計算方程組計算出Rk(x)、Rk(z)、μk，若Rk(x)、Rk(z)、μk滿足以下關系式：則對線性方程組求解過程結束，(xk,zk,sk)T為線性方程組的解；否則，進入下一步；(4)建立未知數為[ΔxΔzΔs]T的方程組如下：取β＝0.1，將(xk,zk,sk)T代入方程組計算得到[ΔxΔzΔs]T；(5)引入參數τ1和τ2，使得xk+τ1Δx＝0，sk+τ2Δs＝0，令τ＝max(τ1,τ2)，其中，max表示最大值；(6)更新參數τ，更新后的參數τnew為：τnew＝min(0.95*τ,1)；其中，min表示最小值；(7)更新變量(xk,zk,sk)T，更新后的變量(xk+1,zk+1,sk+1)T為：(8)令k＝k+1，進入步驟(2)。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：本專利技術由于采用只利用小、中兩個角度的地震道集數據獲得的彈性阻抗數據，通過求解欠定方程的稀疏解準確得到巖石物理彈性參數縱波速度、橫波速度和密度，不僅避免了沒有大角度的地震道集數據獲得的彈性阻抗數據就無法開展巖石物理彈性參數提取的困難，而且比利用信噪比低的大角度的地震數據計算得到的巖石物理彈性參數的相對誤差小，準確性更高。綜上所述，本專利技術可以廣泛應用于巖石物理彈性參數的提取方法中。附圖說明圖1是本專利技術中求解非線性方程組(6)的算法流程圖；圖2是本專利技術中鉆井的實際縱波速度、橫波速度和密度的曲線圖；圖3是本專利技術中鉆井在5°、15°和25°三個角度的彈性阻抗EI(5°)、EI(15°)和EI(25°)的變化曲線圖；圖4是本專利技術中采用常規彈性阻抗獲得彈性參數的方法提取的鉆井彈性參數和鉆井實際縱波速度、橫波速度和密度的相對誤差曲線圖；圖5是采用本專利技術提供的稀疏正則化的彈性參數提取方法提取的鉆井彈性參數和鉆井實際縱波速度、橫波速度和密度的相對誤差曲線圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細的描述。本專利技術提供一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，其包括以下步驟：1)疊前地震道集分小、中、大三個角度范圍進行疊加，獲得小、中兩個角度部分疊加道集，經過小、中兩個角度部分疊加道集反演得到小、中兩個角度對應的彈性阻抗。2)已有的彈性阻抗方程為：式中，θ為入射角度；Vp為縱波速度；Vs為橫波速度；ρ為密度；K＝Vs2/Vp2，為常數。將小、中兩個角度及兩個彈性阻抗代入彈性阻抗方程(3)得到彈性阻抗方程組：3)令則彈性阻抗方程組(4)簡化為欠定方程組：Ax＝b(5)4)對欠定方程組進行運算獲得待求解線性方程組：式中，F表示對x,z,s的運算法則，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，包括以下步驟：1)疊前地震道集分小、中、大三個角度范圍進行疊加，獲得小、中兩個角度部分疊加道集，經過小、中兩個角度部分疊加道集反演得到小、中兩個角度對應的彈性阻抗；2)將小、中兩個角度及小、中兩個角度對應的彈性阻抗代入彈性阻抗方程得到彈性阻抗方程組：1+tan2θ1-8Ksin2θ11-4Ksin2θ11+tan2θ2-8Ksin2θ21-4Ksin2θ2In(Vp)In(Vs)In(ρ)=In(EI(θ1))In(EI(θ2));]]>3)令A=1+tan2θ1-8Ksin2θ11-4Ksin2θ11+tan2θ2-8Ksin2θ21-4Ksin2θ2;]]>x=In(Vp)In(Vs)In(ρ);b=In(EI(θ1))In(EI(θ2));]]>則彈性阻抗方程組簡化為欠定方程組：Ax＝b；4)對欠定方程組進行推導獲得待求解線性方程組：F(x,z,s)=Ax-bATz+s-C0Ds-βμe=000;]]>式中，F表示對x,z,s的運算法則，T表示轉秩，z為x的對偶解，s為松弛因子，C0＝[1…1]，D＝diag(x1,x2…xN)，diag表示對角矩陣；β為衰減變量，0＜β＜1；μ也為引入的松弛因子，計算過程中趨向于0；e為單位矩陣；5)對待求解線性方程組求解得到(xk,zk,sk)T；6)根據In(Vp)In(Vs)In(ρ)=xk]]>計算獲得彈性參數縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ。...

【技術特征摘要】
1.一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，包括以下步驟：1)疊前地震道集分小、中、大三個角度范圍進行疊加，獲得小、中兩個角度部分疊加道集，經過小、中兩個角度部分疊加道集反演得到小、中兩個角度對應的彈性阻抗；2)將小、中兩個角度及小、中兩個角度對應的彈性阻抗代入彈性阻抗方程得到彈性阻抗方程組：式中，K＝Vs2/Vp2，為常數；Vp為縱波速度；Vs為橫波速度；θ1為小角度、θ2為中角度；EI(θ1)為小角度對應的彈性阻抗，EI(θ2)為中角度對應的彈性阻抗；3)令則彈性阻抗方程組簡化為欠定方程組：Ax＝b；4)對欠定方程組進行推導獲得待求解線性方程組：式中，F表示對x,z,s的運算法則，T表示轉秩，z為x的對偶解，s為松弛因子，C0＝[1…1]，D＝diag(x1,x2…xN)，diag表示對角矩陣，x1,x2…xN為x中的元素；β為衰減變量，0＜β＜1；μ也為引入的松弛因子，計算過程中趨向于0；e為單位矩陣；5)對待求解線性方程組求解得到(xk,zk,sk)T；6)根據計算獲得彈性參數縱波速度Vp、橫波速度Vs和密度ρ。2.如權利要求1所述的一種稀疏正則化的巖石物理彈性參數提取方法，其特征在于：所述步驟4)中，對欠定方程組進行運算獲得待求解線性方程組的過程包括以下步驟：(1)將欠定方程組Ax＝b變為一個約束優化問題如下：其中，||x||1＝|x1|+|x2|+…|xN|，x1,x2…xN為x中的元素，→表示趨近，min表示最小值；引入C0＝[1…1]，則約束優化問題變為如下形式：(2)約束優化問題的對偶問題為：式中，max表示最大值；(3)通過增加輔...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李欣，杜向東，趙汝敏，韓文明，張世鑫，曹向陽，張英德，黃興文，王貝貝，
申請(專利權)人：中國海洋石油總公司，中海油研究總院，
類型：發明
國別省市：北京;11