一种基于梯度下降法的横波分裂分析方法

本发明涉及多分量地震资料处理，尤其是一种计算效率快的基于梯度下降法的横波分裂分析方法。

背景技术：

1、现有学者的研究认为，充满液体的垂直微裂隙可能遍及地壳10-20km的地层中，裂缝诱导的各向异性是普遍存在的。裂缝作为检测非常规油气含量的重要参数，它不仅可以连接孤立的孔隙，增加储层的有效孔隙度，还可以作为重要的油气运移空间，提高储层的渗透率。随着多波多分量勘探技术开始登上舞台，横波分裂技术开始应用转换横波。近年来，随着3d3c多波多分量勘探技术的飞速发展，横波分裂技术的发展又到了一个新的高潮。当横波的偏振方向以斜交地方式穿过含裂缝的地层时，会发生横波分裂现象(sws)。初始横波分裂为一个快横波和一个慢横波，分裂的快横波偏振方向与裂缝走向平行，快慢波时差与裂缝的强度密切相关，因此，横波分裂裂缝检测技术成为研究裂缝方向和其发育程度最直接最可靠的方法之一。当今常规的横波分裂分析方法如旋转相关法、切向能量法、协方差矩阵法都是一种枚举式的网格扫描算法。旋转相关法通过快慢横波相关性能很好的寻找最佳的裂缝参数(快横波偏振方向和快慢横波时差)。但是，在面对庞大的三分量采集数据时，枚举式的计算特点必定会造成计算效率低下。所以，如何快速地提高计算效率，得到准确的裂缝参数信息，对裂缝型油气藏储层预测十分重要。

技术实现思路

1、针对现有的横波分裂分析方法存在的面对庞大的三分量采集数据时计算效率低下的问题，本发明提供一种基于梯度下降法的横波分裂分析方法。

2、本发明提供的基于梯度下降法的横波分裂分析方法，步骤如下：

3、s1、根据快慢横波相关性确定目标函数如下：

4、

5、式中，θ和δt为横波分裂(sws)参数，s1(t)和s2(t)分别为一个时窗内的快横波和慢横波的时间序列；和分别是s1(t)和s2(t)在一个时窗内的平均值。

6、s2、通过确定的真实值得到此时的r分量数据r(t)和t分量数据t(t)，由r(t)和t(t)，根据如下公式计算得到s1(t)和s2(t)：

7、

8、s3、将测试区间划分为4个子区间，例如，总区间为180×60，180为方位角范围，60为时差范围，分为四个子区间后，每个子区域的大小为90×30。取每个子区间的中心点作为初始点，并确定真实值。

9、s4、根据给定的初始点确定区间，采用梯度下降法，计算cov值和梯度值dfi，当梯度值dfi无限接近0时，确定该点为该区间的结果值。

10、所述步骤s4具体如下：

11、横波分裂结合梯度下降法，得到目标函数方程如下：

12、

13、式中，模型向量x由θ和δt构造而成；y为模型值；f为x和y之间对应法则；yi为第i个模型值；mi是第i个观测值，等于1；xi为第i个参数向量，是yi和mi的残差；l是总观察次数；

14、第k次的模型值、残差、偏导数、向量x的可表示为:

15、

16、其中a是步长；

17、横波分裂参数θ和δt的更新式为：

18、

19、由于目标函数是非线性的，所以我们用微分方程式来表示梯度值。二元参数在四个方向的梯度值dfi计算如下：

20、

21、其中，df1、df2、df3、df4分别是4个方向的梯度值；δx＝1，(x1,x2)为初始点；

22、根据给定的初始点确定区间，通过公式(1)和公式(5)计算cov值和梯度值dfi，当梯度值dfi无限接近0时，即dfi小于ε1，ε1＝10-8时，确定该点为该区间的结果值。

23、s5、在其他三个区间重复步骤s4的操作，得到4个结果值，比较4个结果值，取得到最大cov值对应的时差和角度作为输出值。

24、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

25、本发明以快慢波的相关性作为目标函数，结合梯度下降最快的方向来确定搜索路径，快速而准确的找到真实的裂缝参数。从而，得到计算速率最快，精度最高的横波分裂分析方法。

26、本发明将测试区域划分为四个子区域，并在每个子区域内进行计算，得到四个输出值，比较四个输出值选择最大的cov值对应的点为结果点，以排除局部最优解，避免了最优化算法容易陷入局部收敛的缺陷。

27、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种基于梯度下降法的横波分裂分析方法，其特征在于，步骤如下

2.如权利要求1所述的基于梯度下降法的横波分裂分析方法，其特征在于，所述步骤s4具体如下：

3.如权利要求1所述的基于梯度下降法的横波分裂分析方法，其特征在于，所述步骤s2中，总区间为180×60，180为方位角范围，60为时差范围，分为四个子区间后，每个子区域的大小为90×30。

4.如权利要求1所述的基于梯度下降法的横波分裂分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，由r分量数据r(t)和t分量数据t(t)，根据公式(6)计算得到s1(t)和s2(t)：

技术总结
本发明公开了一种基于梯度下降法的横波分裂分析方法，主要步骤如下：首先根据快慢横波相关性确定目标函数；然后通过确定的真实值(或实际数据)得到此时的R分量数据和T分量数据，进一步计算得到S1(t)和S2(t)；根据给定的区间确定4个子区间，取每个子区间的中心点作为初始点，计算该区间初始点的COV值和梯度值dFi，当梯度值dFi无限接近0时，确定该点为该区间的结果值；在其他三个区间重复该步骤，得到4个结果值，比较4个结果值，取得到最大COV值对应的时差和角度作为输出值。本发明以快慢波的相关性作为目标函数，结合梯度下降最快的方向来确定搜索路径，快速而准确的找到真实的裂缝参数，为非常规油气储层提供准确的裂缝信息。

技术研发人员：杨宇勇,何正涛,周怀来,王元君
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12