本发明涉及地震物理勘探，尤其涉及一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法及系统。
背景技术：
1、全波形反演理论自上世纪80年代初由laily(1983)和tarantola(1984)提出以来，便在油气和矿产资源勘探开发等多个领域得到广泛的研究。全波形反演方法通过一系列迭代过程，不断迭代更新地下速度模型，旨在最小化地震模拟数据与实际地震观测数据之间的差异。通过反复迭代，使得模拟的地震波场逐渐逼近实际地震观测波场，从而实现对地下真实物理参数(如波速、密度等)的高精度重建。相较于传统的地震成像方法，全波形反演能够更精细地刻画地下结构特征。但该方法的计算量和存储需求巨大，在实际应用中仍面临一定的限制和挑战。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，能够有效降低全波形反演过程中的计算与存储需求，从而提高反演效率。
2、本说明书实施例的目的是提供一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，该方法包括：
3、构建初始地质速度模型，并获取地震波参数信息；
4、根据所述初始地质速度模型和所述地震波参数信息进行正演模拟，得到地震模拟数据和正传震源波场数据；
5、获取待测地质模型的实际地震观测数据，并根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据，构建目标函数；
6、根据所述正传震源波场数据，对目标区域波场数据进行重采样；运用插值方法将重采样的目标区域波场数据恢复至原始数据状态，而后对所述正传震源波场进行重构；
7、根据重构后的正传震源波场和反传残差波场进行零延迟互相关求取梯度；采用梯度类优化算法对所述目标函数实施迭代更新，直至输出最终地质速度模型；所述最终地质速度模型即为反演结果。
8、优选的，进行所述正演模拟的方法包括：根据所述初始地质速度模型和所述地震波参数信息，进行一阶应力-声波波动方程，表达式包括：
9、
10、其中，p表示应力；vx、vz分别表示x和z方向上的质点速度分量；v表示纵波速度；s表示震源；ρ表示密度；t表示时间；x、z表示网格x、z坐标值。
11、优选的，根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据，构建的目标函数为残差二范数目标函数：
12、
13、其中，d表示观测目标区域；usyn和uobs分别表示地震模拟数据和实际地震观测数据；δ(x-xr)表示单位脉冲函数；tmax表示最大时间地震记录；m表示速度模型参数；xr表示检波器的位置。
14、优选的，在根据所述正传震源波场，对目标区域波场数据进行重采样时，根据奈奎斯特采样定理求出采样间隔公式，表达式包括：
15、
16、其中，t为根据奈奎斯特采样定理求出的采样间隔，fmax为当前采样的最大频率。
17、运用插值方法将重采样的波场数据恢复至原始数据状态，步骤包括：
18、
19、其中，t为时间，p(x,t)代表通过插值方法在特定空间位置x和时间t上的波场信息。p(x,t0)为t0时刻上重采样后的波场数据，作为插值过程的左端点；p(x,t1)为在t1时刻上同样经过重采样处理的波场数据，作为插值过程的右端点；x(x,z)为在x方向和z方向的空间位置。
20、优选的，根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据的差异，计算所述反传残差波场，步骤包括：
21、根据lagrange原理，对残差二范数目标函数施加一阶声波方程约束：
22、
23、
24、将约束项加入到残差二范数目标函数中，将目标函数改为：
25、
26、其中，λ(x,t)表示伴随波场向量，也称为lagrange乘子；e(m)＝0为上述一阶声波方程；
27、根据上述公式求导，得到伴随方程，震源为残差波场的逆时反传方程，公式包括：
28、
29、其中，sλp表示伴随源，是地震模拟记录和实际地震观测记录的差值。λvx表示x方向的拉格朗日乘子，λvz表示z方向的拉格朗日乘子，λp表示伴随波场。
30、优选的，根据所述反传残差波场以及所述重构震源波场进行互相关，来求取目标函数梯度，包括：
31、速度v的梯度计算公式为：
32、
33、其中，表示h2函数对v的梯度；表示h2函数对体积模量的梯度。
34、优选的，利用梯度类优化算法对所述初始地质速度模型进行更新，得到最终速度模型，包括：
35、根据所述求取梯度，确定地质速度模型的更新方向；
36、根据所述地质速度模型的更新方向，对所述初始地质速度模型进行更新，得到最终速度模型。
37、本发明还提供了一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演系统，所述系统用于实现上述方法，包括：构建模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和更新模块；
38、所述构建模块用于构建初始地质速度模型，并获取地震波参数信息；
39、所述第一计算模块用于根据所述初始地质速度模型和所述地震波参数信息进行正演模拟，得到地震模拟数据和正传震源波场数据；
40、所述第二计算模块用于获取待测地质模型的实际地震观测数据，并根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据，构建目标函数；
41、所述第三计算模块用于根据所述正传震源波场数据，对目标区域波场数据进行重采样；运用插值方法将重采样的目标区域波场数据恢复至原始数据状态，而后对所述正传震源波场进行重构；
42、所述更新模块用于根据重构后的正传震源波场和反传残差波场进行零延迟互相关求取梯度；采用梯度类优化算法对所述目标函数实施迭代更新，直至输出最终地质速度模型；所述最终地质速度模型即为反演结果。
43、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
44、基于时间域声波全波形反演，针对有效边界存储应用了基于奈奎斯特采样定理的重采样算法，旨在大幅度削减波场数据的存储容量需求。经过重采样处理的波场数据采用线性插值法进行恢复，以完成震源波场重构，并将其整合进时间域全波形反演的流程中。这一方案能够显著减轻数据存储的压力，进而加速了全波形反演的计算速度。
1.一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，进行所述正演模拟的方法包括：根据所述初始地质速度模型和所述地震波参数信息，进行一阶应力-声波波动方程，表达式包括：
3.根据权利要求1所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据，构建的目标函数为残差二范数目标函数：
4.根据权利要求1所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，在根据所述正传震源波场，对目标区域波场数据进行重采样时，根据奈奎斯特采样定理求出采样间隔公式，表达式包括：
5.根据权利要求3所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，根据所述实际地震观测数据和所述地震模拟数据的差异，计算所述反传残差波场，步骤包括：
6.根据权利要求5所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，根据所述反传残差波场以及所述重构震源波场进行互相关，来求取目标函数梯度，包括：
7.根据权利要求5所述的基于优化有效边界存储的声波全波形反演方法，其特征在于，根据所述求取梯度，利用梯度类优化算法对所述初始地质速度模型进行更新，得到最终速度模型，包括：
8.一种基于优化有效边界存储的声波全波形反演系统，所述系统用于实现权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，包括：构建模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和更新模块；