本文關(guān)鍵詞：基于非精確全牛頓算法VTI介質(zhì)多參數(shù)全波形反演

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【摘要】：地震數(shù)據(jù)反演方法是研究地下介質(zhì)構(gòu)造及其分布情況的有效手段,其利用地震波所攜帶的信息來(lái)獲取地下介質(zhì)的物性參數(shù)。隨著人們對(duì)地下介質(zhì)的深入研究,獲取更高精度的地下介質(zhì)物性參數(shù),成為當(dāng)前地球物理反演的主要問(wèn)題,而傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)反演方法已經(jīng)不能地震勘探的需求。近些年,全波形反演作為一種新型的地震數(shù)據(jù)反演方法,以其能充分利用地震數(shù)據(jù)中各種類的有效信息以獲取更高精度的地下介質(zhì)參數(shù),為廣大地球物理學(xué)者所青睞,成為當(dāng)前地震成像中主要的研究熱點(diǎn)之一。常規(guī)全波形反演研究主要基于各向同性介質(zhì)理論,而在實(shí)際的地下介質(zhì)中,巖層由于應(yīng)力的誘導(dǎo)、裂隙的定向排布等因素,使得其中分布著廣泛的各向異性介質(zhì)。因此基于各向異性理論的FWI將能提供更精準(zhǔn),分辨率更高的地下介質(zhì)成像結(jié)果,有助于準(zhǔn)確描述地下介質(zhì)的物性參數(shù)。因此對(duì)于各向異性介質(zhì)FWI研究顯得尤為重要。對(duì)于FWI而言,正確的正演數(shù)值模擬至關(guān)重要,常規(guī)的基于彈性波波動(dòng)方程的數(shù)值模擬雖能很好的描述地震波在地下介質(zhì)中的傳播,但在模擬計(jì)算過(guò)程中存在參數(shù)多、計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題,將增加FWI的計(jì)算量和計(jì)算內(nèi)存。相較而言,采用聲波波動(dòng)方程的數(shù)值模擬方法,具有參數(shù)少、計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),且其數(shù)值模擬結(jié)果能夠很好的近似彈性波數(shù)值模擬結(jié)果。因而可有效避免由參數(shù)過(guò)多所導(dǎo)致的FWI復(fù)雜性增加。本文中應(yīng)用基于聲學(xué)近似假設(shè)理論,以聲波方程代替彈性波方程進(jìn)行各向異性介質(zhì)的正演數(shù)值模擬,推導(dǎo)了VTI介質(zhì)聲波方程,并進(jìn)行頻率域的正演模擬。文中還對(duì)全波形反演的基本理論和全波形反演中目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定、模型參數(shù)更新量的計(jì)算,以及優(yōu)化算法的選擇以及FWI中常見的問(wèn)題分別進(jìn)行了介紹。此外,針對(duì)FWI中由于數(shù)據(jù)量過(guò)大所導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題,本文采用多震源混合震源采集技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單炮震源逐次采集的方式,來(lái)提升FWI的計(jì)算效率。同時(shí)對(duì)混合震源中串?dāng)_噪聲的產(chǎn)生及削弱原理進(jìn)行分析和說(shuō)明,采用有效的震源編碼技術(shù)來(lái)壓制串?dāng)_噪聲對(duì)反演結(jié)果的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用震源編碼技術(shù)在保證反演精度的基礎(chǔ)上,能有效提FWI的計(jì)算效率。在各向異性介質(zhì)FWI當(dāng)中,需對(duì)多個(gè)地下介質(zhì)物性參數(shù)進(jìn)行反演。本文中首先討論了VTI介質(zhì)FWI中介質(zhì)模型參數(shù)化方式,選擇不同的參數(shù)化方式將影響不同參數(shù)的反演能力。通過(guò)輻射模式分析對(duì)參數(shù)的敏感性進(jìn)行說(shuō)明,并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果討論了參數(shù)化選擇策略。同時(shí),通過(guò)Hessian矩陣元素分析,解釋不同參數(shù)間的耦合效應(yīng)對(duì)反演結(jié)果的影響,通過(guò)求解準(zhǔn)確的逆Hessian矩陣算子能削弱不同參數(shù)間的耦合效應(yīng)。本文采用一種非精確全牛頓法計(jì)算Hessian矩陣的逆算子,并與L-BFGS方法相比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用該種非精確全牛頓算法計(jì)算出的Hessian矩陣逆算子更準(zhǔn)確,反演結(jié)果精度更高。但該種優(yōu)化算法也存在一定的不足,即在每次模型迭代中所需正演次數(shù)要高于L-BFGS法,在一定程度上會(huì)降低反演效率,當(dāng)然在當(dāng)前的條件下是可以接受的。
【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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