本文選題：全波形反演　切入點(diǎn)：互相關(guān)　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在地震勘探數(shù)據(jù)的處理與解釋中,速度是不可或缺的重要參數(shù),對(duì)于地下介質(zhì)構(gòu)造的描述和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)都有重要作用。近年來油氣田的勘探開發(fā)程度逐日提升,勘探目標(biāo)從簡(jiǎn)單含油構(gòu)造轉(zhuǎn)向復(fù)雜構(gòu)造及隱蔽油氣藏,使得地震勘探對(duì)速度建模提出了更高的要求。傳統(tǒng)的速度建模方法,例如走時(shí)層析成像和偏移速度分析等,往往不能滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下地震資料處理解釋所需的精度和分辨率。全波形反演是一種能夠充分利用疊前地震波場(chǎng)全部信息的速度建模方法,它使用最優(yōu)化方法對(duì)模擬記錄和觀測(cè)記錄進(jìn)行匹配,使兩者之間的誤差泛函最小化,從而得到相應(yīng)的地下介質(zhì)速度模型。全波形反演在復(fù)雜地質(zhì)條件下也能較好地恢復(fù)出地下構(gòu)造的細(xì)節(jié),與傳統(tǒng)速度建模方法相比具有更高的分辨率和精度。本文深入研究了二維時(shí)間域全波形反演的基本理論,推導(dǎo)了聲波方程的規(guī)則網(wǎng)格高階有限差分格式和目標(biāo)函數(shù)的梯度公式,同時(shí)對(duì)全波形反演的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。由于常規(guī)全波形反演采用的2l范數(shù)形式的目標(biāo)函數(shù)具有很強(qiáng)的非線性,加之模型參數(shù)變化復(fù)雜,使得反演過程不穩(wěn)定,在迭代時(shí)容易陷入局部極小值。為了使反演更好地收斂到全局極小值,通常需要提供一個(gè)足夠精確的初始速度模型或者需要地震資料包含較高信噪比的低頻信息。針對(duì)這一問題,本文提出了一種基于互相關(guān)的初始模型構(gòu)建方法,旨在為常規(guī)全波形反演提供一個(gè)較好的初始模型,以改善反演的穩(wěn)定性。該方法使用互相關(guān)目標(biāo)函數(shù)測(cè)量模擬記錄與觀測(cè)記錄的相似性,側(cè)重地震記錄之間的相位匹配,具有更強(qiáng)的線性性質(zhì),因此更不容易陷入局部極小值。基于互相關(guān)目標(biāo)函數(shù)的全波形反演能夠恢復(fù)出模型的宏觀構(gòu)造,以此作為常規(guī)全波形反演的初始模型,可以有效提高最終反演結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。考慮到全波形反演的計(jì)算成本巨大,本文提出了一種時(shí)間域高效全波形反演方法,引入混合震源技術(shù)來提高計(jì)算效率。組成混合震源的各個(gè)獨(dú)立震源之間相互影響會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的串?dāng)_噪聲,本文提出了一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)編碼方法來壓制串?dāng)_噪聲。該方法在每十次迭代后均重新隨機(jī)抽取多個(gè)震源參與反演,并對(duì)各震源的振幅和相位進(jìn)行隨機(jī)編碼。模型試驗(yàn)表明,基于動(dòng)態(tài)隨機(jī)編碼的混合震源技術(shù)既能有效提高全波形反演的計(jì)算效率又能保證反演結(jié)果的質(zhì)量。為了驗(yàn)證本文所提出的方法在地震數(shù)據(jù)缺少低頻成分時(shí)的反演效果,使用高通濾波器濾除地震子波的低頻成分,結(jié)果表明與常規(guī)方法相比,本文方法對(duì)低頻信息的依賴性更低。另外還進(jìn)行了噪聲測(cè)試,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提出的方法在地震數(shù)據(jù)含噪聲時(shí)也具有較好的反演效果和穩(wěn)定性。
[Abstract]:In the process and interpretation of seismic exploration data, velocity is an indispensable parameter, which plays an important role in the description of underground media structure and reservoir prediction. In recent years, the degree of exploration and development of oil and gas fields has been increasing day by day. From simple oil-bearing structures to complex structures and subtle reservoirs, seismic exploration has put forward higher requirements for velocity modeling. Traditional velocity modeling methods, such as travel time tomography and migration velocity analysis, etc. The precision and resolution of seismic data processing and interpretation under complex geological conditions are often not satisfied. Full waveform inversion is a velocity modeling method which can make full use of all the information of prestack seismic wave field. It uses the optimization method to match the simulated and observed records to minimize the error functional between them. Thus the corresponding velocity model of underground media can be obtained. Full wave inversion can also recover the details of underground structure in complex geological conditions. Compared with the traditional velocity modeling method, this paper has higher resolution and accuracy. In this paper, the basic theory of 2-D time-domain full waveform inversion is studied, and the regular grid high-order finite difference scheme of acoustic equation and the gradient formula of objective function are derived. At the same time, the stability of full waveform inversion is analyzed. The inversion process is unstable because of the strong nonlinearity of the objective function in the form of 2l norm and the complex variation of the model parameters. It is easy to fall into local minima during iteration. In order to make the inversion converge better to the global minimum, It is usually necessary to provide a sufficiently accurate initial velocity model or to contain low frequency information with high signal-to-noise ratio (SNR) in seismic data. To solve this problem, a cross-correlation based initial model construction method is proposed in this paper. In order to provide a better initial model for conventional full-waveform inversion and improve the stability of inversion, this method uses cross-correlation objective function to measure the similarity between simulated and observed records, with emphasis on phase matching between seismic records. The whole waveform inversion based on the cross-correlation objective function can restore the macroscopic structure of the model, which can be used as the initial model of the conventional full-waveform inversion. It can effectively improve the accuracy and stability of the final inversion results. Considering the huge computation cost of the full waveform inversion, a time domain efficient full waveform inversion method is proposed in this paper. The hybrid source technology is introduced to improve the computational efficiency. The interaction between the individual sources that make up the mixed source will produce serious crosstalk noise. In this paper, a dynamic random coding method is proposed to suppress crosstalk noise. After every ten iterations, multiple sources are selected randomly to participate in the inversion, and the amplitude and phase of each source are randomly coded. The hybrid source technique based on dynamic random coding can effectively improve the computation efficiency of full waveform inversion and guarantee the quality of inversion results. In order to verify the inversion effect of the method proposed in this paper, when the seismic data is short of low frequency component, High-pass filter is used to filter the low-frequency components of seismic wavelet. The results show that the method is less dependent on low-frequency information than the conventional method. It is further verified that the proposed method has good inversion effect and stability when seismic data contain noise.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P631.4

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