隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)石油和礦產(chǎn)資源需求的日益增加,礦山開(kāi)采和石油勘探的重心逐漸向深部轉(zhuǎn)移,并努力查明第二深度空間的礦產(chǎn)資源情況,這就對(duì)微震等被動(dòng)源定位的精度提出了更高的要求。由于微震等被動(dòng)源定位大多用的是逆向波場(chǎng)外推和走時(shí)反演等手段,這就首先需要了解該地區(qū)準(zhǔn)確的速度模型、地下構(gòu)造及巖性分布情況。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文首先利用主動(dòng)源全波形反演(FWI,Full waveform inversion)方法來(lái)構(gòu)建該地區(qū)的地震波速度場(chǎng)。FWI方法在恢復(fù)地下速度場(chǎng)的過(guò)程中充分利用了地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息。因此,FWI方法具有復(fù)雜構(gòu)造成像精度高等優(yōu)點(diǎn),能夠很好地適應(yīng)高精度震源定位等方法的需求。但是,FWI方法在具有速度模型反演精度高的優(yōu)勢(shì)的同時(shí),仍然存在著很多亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)地震勘探全波形反演目標(biāo)函數(shù)的強(qiáng)非線性問(wèn)題,首先本文提出了歸一化能量譜目標(biāo)函數(shù)的反演方法。然后以金屬礦為例這類強(qiáng)散射速度模型反演效果差等問(wèn)題提出了基于能量譜和包絡(luò)目標(biāo)函數(shù)的聯(lián)合反演方法。再將FWI方法獲得的速度模型輸入到逆向走時(shí)震源成像算法中,最終可以有效地減少因速度模型不準(zhǔn)確而帶來(lái)的震源定位假象,同時(shí)減小震源定位誤差。本文提出的三類新方法和對(duì)應(yīng)的研究成果簡(jiǎn)要概括如下:(1)從緩解全波形反演目標(biāo)函數(shù)的非線性程度出發(fā),利用地震數(shù)據(jù)頻率域能量譜的信息來(lái)構(gòu)建地震反演的誤差函數(shù),進(jìn)而達(dá)到緩解波形匹配過(guò)程中出現(xiàn)的周期跳躍問(wèn)題。當(dāng)模擬數(shù)據(jù)的相位信息與觀測(cè)數(shù)據(jù)的相位信息相差大于半個(gè)周期時(shí),便會(huì)出現(xiàn)明顯的周期跳躍現(xiàn)象,而基于頻率域的能量譜信息的目標(biāo)函數(shù)能夠有效地減弱這種相位差異較大的波形匹配錯(cuò)位的問(wèn)題,因此有助于為常規(guī)FWI方法提供一個(gè)較好的初始速度模型。同時(shí),基于能量譜信息的FWI目標(biāo)函數(shù)還具有不依賴震源子波,衰減觀測(cè)數(shù)據(jù)中的噪聲成分等作用。(2)本文在聯(lián)合振幅相位的直接包絡(luò)反演方法的基礎(chǔ)上提出了能量譜和包絡(luò)目標(biāo)函數(shù)的聯(lián)合波形反演方法,有效地減弱了地震反演方法對(duì)強(qiáng)散射速度模型的依賴程度。在打破基于Born近似約束的同時(shí),將PADEI和NESFWI目標(biāo)函數(shù)相結(jié)合,充分發(fā)揮了PADEI的宏觀尺度構(gòu)建優(yōu)勢(shì)和NESFWI弱非線性的優(yōu)勢(shì),最終獲得高精度強(qiáng)散射速度模型的高精度的反演結(jié)果。此外,在混合目標(biāo)函數(shù)加入一個(gè)權(quán)重因子來(lái)控制PADEI方法和NESFWI方法在最終梯度中所占有的比例,以適應(yīng)不同強(qiáng)度散射體的波形反演。(3)逆向走時(shí)定位震源定位方法主要是利用逆向走時(shí)成像方法將走時(shí)場(chǎng)作為數(shù)據(jù)源,在定位的過(guò)程中不需要對(duì)波場(chǎng)進(jìn)行逆時(shí)外推,這計(jì)算效率方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的波場(chǎng)的逆時(shí)成像方法。在原始的基于極值差的成像條件的基礎(chǔ)上,本文對(duì)逆向走時(shí)成像方法的成像過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,從多種不同的角度對(duì)該數(shù)據(jù)體在震源點(diǎn)和非震源點(diǎn)的區(qū)別進(jìn)行了量化,提出了多種新的成像條件,并利用金屬礦的真實(shí)速度模型和反演速度模型測(cè)試了這些成像條件在震源群條件下的定位效果。此外,本章為了解決逆向走時(shí)成像方法對(duì)初始速度模型的依賴問(wèn)題,本文提出了基于全波形反演的速度模型構(gòu)建方法來(lái)為逆向走時(shí)震源定位提供高精度的速度模型輸入,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于高精度速度建模的震源逆時(shí)成像。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P631.4
【部分圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文mmmmm ()()01202JJ·····························（2，F(xiàn)WI 的迭代公式可以表示為： kkkkm m Hg 1································· （2其中kH 為近似 Hessian 矩陣的逆；kg為第 k 步的梯度。利用公式（2.20對(duì)初始速度模型進(jìn)行更新迭代，最終可以收斂到一個(gè)模型參數(shù)使得觀測(cè)擬數(shù)據(jù)的誤差最小。根據(jù)上述的 FWI 迭代方法，常規(guī)時(shí)間域 FWI 基本使用下圖來(lái)所示：

MM 的實(shí)現(xiàn)示意圖。圖中黑圓點(diǎn)表示接受點(diǎn)，即已經(jīng)完成走時(shí)示窄帶點(diǎn)，即波前上的點(diǎn)；空心圓點(diǎn)為遠(yuǎn)離點(diǎn)；即走時(shí)待求的的實(shí)曲線為窄帶，即近似波前；虛線為下時(shí)刻的新波前。 FMM 的實(shí)現(xiàn)策略可以用圖 2.2 來(lái)表示，在計(jì)算走時(shí)場(chǎng)的過(guò)程初始化和循環(huán)兩個(gè)部分來(lái)進(jìn)行處理，整個(gè)流程如下所示：始化圖 2.2 所示的三種類型的點(diǎn)，即可以把模型空間的點(diǎn)分為：接離點(diǎn)。圖中的接受點(diǎn)是指這個(gè)點(diǎn)的走時(shí)場(chǎng)已經(jīng)計(jì)算完成，確定

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文 traveltime）與從震源到檢波點(diǎn)的走時(shí)是相等的。將得到：.........，對(duì)于單一震源點(diǎn)，記錄中的到時(shí)與逆向走時(shí)的差該等式是不成立的。這體現(xiàn)出了震源點(diǎn)與非震源點(diǎn)源位置進(jìn)行成像的基礎(chǔ)，在對(duì)這種差異進(jìn)行量化之中所描述的數(shù)據(jù)體。成像數(shù)據(jù)源和逆向走時(shí)定位的介紹。

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本文編號(hào)：2821333