【摘要】：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了能源需求的增加,使得海洋深水區(qū)油氣勘探得到大力發(fā)展。而目前海洋深水區(qū)的地下構(gòu)造復(fù)雜,小構(gòu)造發(fā)育,油氣埋藏深,上覆層厚度大,中深層反射能量弱,常規(guī)的地震處理及成像方法得到的剖面較模糊,不能滿足后期解釋的要求。海底電纜采集到的多分量地震數(shù)據(jù)包含了豐富的海底信息,方位角全、偏移距大,全波形反演能夠充分這些有效信息來建立速度模型,是目前成像精度較高的方法。但由于該技術(shù)本身的一些局限性,例如計(jì)算過程中占用內(nèi)存大、計(jì)算耗時(shí)長等問題,尚處在理論研究階段,難以投入到實(shí)際生產(chǎn)中。本論文針對(duì)時(shí)間域全波形反演存在的主要問題,結(jié)合海底OBC多分量數(shù)據(jù)的特點(diǎn),完成了一套完整的海底OBC多分量時(shí)間域多尺度全波形采集技術(shù)研究,從正演效率方面、全波形反演理論、梯度求取、梯度預(yù)處理、多尺度反演等幾個(gè)方面開展了詳細(xì)的研究,取得了以下主要成果:(1)實(shí)現(xiàn)了基于MPI的任意偶階的時(shí)間域并行正演模擬,該技術(shù)可以更快推進(jìn)時(shí)間域全波形反演的發(fā)展,通過基于區(qū)域分解的并行化設(shè)計(jì),提高計(jì)算效率。該并行正演計(jì)算從X方向和Z方向均可進(jìn)行區(qū)域劃分,且并行進(jìn)程數(shù)可自由選擇。當(dāng)并行進(jìn)程數(shù)達(dá)到一定個(gè)數(shù)時(shí),進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換時(shí)間明顯提高,而且交換時(shí)間與計(jì)算時(shí)間之比越來越大。此時(shí)由于交換時(shí)間增加導(dǎo)致正演效率并沒有明顯的提高,既浪費(fèi)了計(jì)算資源,又無法提高計(jì)算效率。(2)在正演中實(shí)現(xiàn)了CFS-NPML邊界條件。實(shí)現(xiàn)過程中通過引入輔助變量避免了常規(guī)CPML的大量卷積計(jì)算,并結(jié)合交錯(cuò)網(wǎng)格的特點(diǎn)給出了輔助變量的取值時(shí)刻,給出了輔助變量波動(dòng)方程離散形式的具體表達(dá)式。CFS-NPML邊界條件處只需在邊界存儲(chǔ)輔助變量,不需要對(duì)波場進(jìn)行分裂,存儲(chǔ)空間小且實(shí)現(xiàn)簡單。CFS-NPML邊界條件不僅能避免傳統(tǒng)PML邊界條件在大角度入射產(chǎn)生瞬逝波外,在較少邊界網(wǎng)格數(shù)的情況下對(duì)邊界反射也有很好的壓制。(3)實(shí)現(xiàn)了基于CFS-NPML邊界存儲(chǔ)和隨機(jī)邊界的波場重建技術(shù),以計(jì)算代替存儲(chǔ),解決了全波形反演梯度求取時(shí)保存正演波場所需的大量內(nèi)存問題。從所需內(nèi)存上來看,基于邊界儲(chǔ)存法需要存儲(chǔ)邊界處所有時(shí)刻的波場值和整個(gè)模型最后一個(gè)時(shí)刻的波場值,其中CFS-NPML邊界條件在邊界處所需變量最少,且網(wǎng)格點(diǎn)較少時(shí)也可很好壓制邊界反射,故所需內(nèi)存較小;基于隨機(jī)邊界波場重建法只需存儲(chǔ)最后一個(gè)時(shí)刻整個(gè)模型的波場值,存儲(chǔ)量最小。從計(jì)算量來看,基于邊界存儲(chǔ)法相當(dāng)于多進(jìn)行了一次正演模擬,但只需考慮內(nèi)部計(jì)算區(qū)域,PML邊界內(nèi)不需再進(jìn)行計(jì)算。基于隨機(jī)邊界法相當(dāng)于多了兩次正演模擬。從實(shí)現(xiàn)效果來看,基于邊界存儲(chǔ)法得到的反演結(jié)果與常規(guī)全波場保存的反演結(jié)果一致,而基于隨機(jī)邊界法的反演結(jié)果由于隨機(jī)隨便產(chǎn)生的隨機(jī)繞射波能量,對(duì)梯度的求取影響較大,導(dǎo)致深層反演較差。(4)基于地震波能量預(yù)處理能避免Hession矩陣及其逆的復(fù)雜求解,提高深度的反演精度。其中利用殘差進(jìn)行檢波點(diǎn)照明能量的計(jì)算可以直接利用檢波點(diǎn)殘差反傳過程中直接求取,不需要額外增加計(jì)算,但是會(huì)存在異常擾動(dòng)點(diǎn)假象;利用合成記錄計(jì)算檢波點(diǎn)照明能量時(shí)不會(huì)導(dǎo)致異常擾動(dòng)點(diǎn)假象,但是需要再進(jìn)行一次額外的反向傳播;采用近似格林函數(shù)響應(yīng)法假設(shè)地表所有點(diǎn)均有檢波器,且地下為均勻模型,計(jì)算量最小。其中采用合成記錄逆?zhèn)鞣ǖ姆囱萁Y(jié)果最好,其次是近似格林響應(yīng)法預(yù)處理,最后是殘差逆?zhèn)黝A(yù)處理法。(5)提出了一種基于巴特沃斯自相關(guān)低通濾波器的多尺度全波形反演。巴特沃斯濾波器在通帶內(nèi)較平坦,在通帶外單調(diào)遞減,是無縫低通濾波器,巴特沃斯濾波器自相關(guān)濾波器為零相位系統(tǒng),能保證地震子波及地震信號(hào)濾波后的波形基本保持不變。在此基礎(chǔ)上,給出了相應(yīng)的頻率選擇策略,通過該策略可直接改變截止頻率實(shí)現(xiàn)下一個(gè)更高截止頻帶的反演,能簡單直接的實(shí)現(xiàn)時(shí)間域多尺度全波形反演,提高了反演的收斂性。三次卷積插值技術(shù)考慮鄰近16個(gè)點(diǎn)的影響,計(jì)算精度高,能夠較好的保持圖像的細(xì)微結(jié)構(gòu),并且與真實(shí)值誤差小。該插值技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)粗網(wǎng)格大小與細(xì)網(wǎng)格大小呈任意倍數(shù)的插值。(6)對(duì)于縱波來說,近偏移距的Vz分量比Vx分量大,遠(yuǎn)偏移距的Vx分量比Vz分量大,在反演縱波速度時(shí),應(yīng)采用近偏移距的Vz分量和遠(yuǎn)偏移距的Vx分量。對(duì)于橫波來說,近偏移距的Vx分量比Vz分量大,遠(yuǎn)偏移距的Vz分量比Vx分量大,在反演橫波速度時(shí),應(yīng)采用近偏移距的Vx分量和遠(yuǎn)偏移距的Vz分量。水聽器分量與Vz分量反演結(jié)果差別不大,反演出的縱波速度在深層較好,橫波速度在深層較差。Vx分量反演的縱波速度在深層較差,橫波速度在深層較好。Vx分量和Vz分量聯(lián)合反演的縱波速度和橫波速度在深層均比較好�？v橫波速度和密度同時(shí)反演時(shí),由于多參數(shù)的耦合使得密度反演誤差很大。最后提出海底OBC多分量反演策略:即首先采用Vx分量和Vz分量聯(lián)合反演速度,不反演密度。然后再將反演得到的縱橫波速度以及初始密度作為新的初始模型,再同時(shí)進(jìn)行縱橫波速度以及密度的反演。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P631.4

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本文編號(hào)：2430537