天然气水合物的位置确定方法、装置和电子设备

本发明涉及地震探测的，尤其是涉及一种天然气水合物的位置确定方法、装置和电子设备。

背景技术：

1、传统的偏移成像方法只能通过似海底反射(bottom simulating reflector，bsr)确定天然气水合物(natural gas hydrate，nhg)的底界面的位置，顶界面位置难以确定。已知速度和品质因子是天然气水合物识别的重要属性，可以为确定天然气水合物的空间分布提供更多的依据，但现有技术中，对速度和品质因子进行反演的方法通常采用基于完全数据驱动的全波形反演方法，但该反演方法忽略了正传算子和伴随算子，直接实现从炮集域(x，t)到(x，z)域的映射(x表示水平方向位置，t表示地震走时，z表示深度)，由于输入数据和输出数据的空间不一致，导致预测结果的质量严重依赖于训练数据的多样性，抗噪和泛化能力较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种天然气水合物的位置确定方法、装置和电子设备，以缓解了现有的天然气水合物的位置确定方法存在的预测精度低的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种天然气水合物的位置确定方法，包括：获取含天然气水合物地层的背景速度模型和背景品质因子模型；基于所述背景速度模型、所述背景品质因子模型和含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程，模拟预设震源在所述含天然气水合物地层中的正演波场数据，并获取地震正演模拟数据；将所述地震正演模拟数据作为反传震源，模拟所述反传震源在所述含天然气水合物地层中进行反向传播，得到反传波场数据；基于所述正演波场数据和所述反传波场数据，计算所述含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据；基于所述叠前逆时偏移成像数据、所述叠后逆时偏移成像数据和目标多尺度卷积残差网络模型，分别对所述背景速度模型和所述背景品质因子模型进行处理，得到所述含天然气水合物地层的目标速度模型和目标品质因子模型；基于所述目标速度模型和所述目标品质因子模型确定天然气水合物在所述含天然气水合物地层中的位置数据。

3、在可选的实施方式中，基于所述背景速度模型、所述背景品质因子模型和含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程，模拟预设震源在所述含天然气水合物地层中的正演波场数据，包括：对所述含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程进行解耦，得到近似常q的黏声波动方程；将所述近似常q的黏声波动方程进行变形，得到可应用吸收边界条件的分数阶偏微分方程；将所述背景速度模型、所述背景品质因子模型和预设震源带入所述分数阶偏微分方程，得到所述正演波场数据。

4、在可选的实施方式中，基于所述正演波场数据和所述反传波场数据，计算所述含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据，包括：利用q补偿成像条件对所述正演波场数据和所述反传波场数据进行q补偿逆时偏移处理，得到所述叠前逆时偏移成像数据；将所述叠前逆时偏移成像数据进行叠加，得到所述叠后逆时偏移成像数据。

5、在可选的实施方式中，基于所述叠前逆时偏移成像数据、所述叠后逆时偏移成像数据和目标多尺度卷积残差网络模型，分别对所述背景速度模型和所述背景品质因子模型进行处理，包括：基于表达式对所述背景速度模型中的每个背景速度进行迭代反演，得到每个背景速度对应的目标速度；其中，λ表示所述目标多尺度卷积残差网络模型，表示第k1次迭代的速度，k1＝0,1,2,...n1-1，n1表示速度的预设迭代次数，υ0＝υback，υback表示背景速度，i1表示所述叠前逆时偏移成像数据，i2表示所述叠后逆时偏移成像数据，表示速度的正则化项的梯度，表示目标速度；利用表达式对所述背景品质因子模型中的每个背景品质因子进行迭代反演，得到每个背景品质因子对应的目标品质因子；其中，表示第k2次迭代的品质因子，k2＝0,1,2,...n2-1，n2表示品质因子的预设迭代次数，q0＝qback，qback表示背景品质因子，表示品质因子的正则化项的梯度，表示目标品质因子。

6、在可选的实施方式中，利用q补偿成像条件对所述正演波场数据和所述反传波场数据进行q补偿逆时偏移处理，得到所述叠前逆时偏移成像数据，包括：利用算式计算所述叠前逆时偏移成像数据；其中，ps(r,t)表示所述正演波场数据，pr(r,t)表示所述反传波场数据，r表示空间坐标位置，t表示地震走时，t表示地震正演模拟数据采样时间的总长度，i1表示所述叠前逆时偏移成像数据。

7、在可选的实施方式中，所述方法还包括：获取训练样本集；其中，所述训练样本集中包括多个含天然气水合物的样本地层模型；对所述训练样本集中的每个样本地层模型进行指定次数的滤波处理，得到每个样本地层模型对应的样本背景模型；其中，所述样本背景模型包括：样本背景速度模型和样本背景品质因子模型；基于目标样本背景模型和含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程，计算相应地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据，得到训练叠前逆时偏移成像数据和训练叠后逆时偏移成像数据；其中，所述目标样本背景模型表示多个样本背景模型中的任一模型；基于所有样本背景模型及其相应的样本地层模型、训练叠前逆时偏移成像数据和训练叠后逆时偏移成像数据，对初始多尺度卷积残差网络模型进行迭代训练，得到所述目标多尺度卷积残差网络模型。

8、在可选的实施方式中，对所述初始多尺度卷积残差网络模型进行迭代训练时的损失函数表示为：其中，表示第k次迭代时的多尺度卷积残差网络模型，θ表示多尺度卷积残差网络模型的网络参数；mk表示第k次迭代的目标参数，所述目标参数表示：速度或者品质因子，i′1表示训练叠前逆时偏移成像数据，i′2表示训练叠后逆时偏移成像数据，表示所述目标参数的正则化项r(mk)的梯度，mtrue表示样本地层模型中的目标参数真实值。

9、第二方面，本发明提供一种天然气水合物的位置确定装置，包括：第一获取模块，用于获取含天然气水合物地层的背景速度模型和背景品质因子模型；第一模拟模块，用于基于所述背景速度模型、所述背景品质因子模型和含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程，模拟预设震源在所述含天然气水合物地层中的正演波场数据，并获取地震正演模拟数据；第二模拟模块，用于将所述地震正演模拟数据作为反传震源，模拟所述反传震源在所述含天然气水合物地层中进行反向传播，得到反传波场数据；第一计算模块，用于基于所述正演波场数据和所述反传波场数据，计算所述含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据；处理模块，用于基于所述叠前逆时偏移成像数据、所述叠后逆时偏移成像数据和目标多尺度卷积残差网络模型，分别对所述背景速度模型和所述背景品质因子模型进行处理，得到所述含天然气水合物地层的目标速度模型和目标品质因子模型；确定模块，用于基于所述目标速度模型和所述目标品质因子模型确定天然气水合物在所述含天然气水合物地层中的位置数据。

10、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施方式中任一项所述的天然气水合物的位置确定方法的步骤。

11、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述的天然气水合物的位置确定方法。

12、本发明提出了一种天然气水合物的位置确定方法，在基于含天然气水合物地层的背景速度模型和背景品质因子模型计算出含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据之后，以上述两种成像数据作为物理原理约束，利用目标多尺度卷积残差网络模型分别对背景速度模型和背景品质因子模型进行处理，得到含天然气水合物地层的目标速度模型和目标品质因子模型，进而根据目标速度模型和目标品质因子模型确定出天然气水合物在含天然气水合物地层中的位置数据。由于目标多尺度卷积残差网络模型能够提取出图像的多尺度信息，因此，该方法具有更高地预测精度，并且有一定的泛化能力，可以为水合物储层的识别提供更多的有价值信息。

技术特征：

1.一种天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，基于所述背景速度模型、所述背景品质因子模型和含分数阶拉普拉斯算子的黏声波动方程，模拟预设震源在所述含天然气水合物地层中的正演波场数据，包括：

3.根据权利要求1所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，基于所述正演波场数据和所述反传波场数据，计算所述含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据，包括：

4.根据权利要求1所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，基于所述叠前逆时偏移成像数据、所述叠后逆时偏移成像数据和目标多尺度卷积残差网络模型，分别对所述背景速度模型和所述背景品质因子模型进行处理，包括：

5.根据权利要求3所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，利用q补偿成像条件对所述正演波场数据和所述反传波场数据进行q补偿逆时偏移处理，得到所述叠前逆时偏移成像数据，包括：

6.根据权利要求1所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的天然气水合物的位置确定方法，其特征在于，对所述初始多尺度卷积残差网络模型进行迭代训练时的损失函数表示为：其中，表示第k次迭代时的多尺度卷积残差网络模型，θ表示多尺度卷积残差网络模型的网络参数；mk表示第k次迭代的目标参数，所述目标参数表示：速度或者品质因子，i′1表示训练叠前逆时偏移成像数据，i′2表示训练叠后逆时偏移成像数据，表示所述目标参数的正则化项r(mk)的梯度，mtrue表示样本地层模型中的目标参数真实值。

8.一种天然气水合物的位置确定装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述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计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的天然气水合物的位置确定方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的天然气水合物的位置确定方法。

技术总结
本发明提供了一种天然气水合物的位置确定方法、装置和电子设备，涉及地震探测的技术领域，该方法在基于含天然气水合物地层的背景速度模型和背景品质因子模型计算出含天然气水合物地层的叠前逆时偏移成像数据和叠后逆时偏移成像数据之后，以上述两种成像数据作为物理原理约束，利用目标多尺度卷积残差网络模型分别对背景速度模型和背景品质因子模型进行处理，得到含天然气水合物地层的目标速度模型和目标品质因子模型，进而根据目标速度模型和目标品质因子模型确定出天然气水合物在含天然气水合物地层中的位置数据。由于目标多尺度卷积残差网络模型能够提取出图像的多尺度信息，因此，本发明方法的预测结果具有更高地精度，并且有一定的泛化能力。

技术研发人员：王彦飞,宁亚鑫
受保护的技术使用者：中国科学院地质与地球物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23