本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)據(jù)屬性信息提取的波形聯(lián)合反演方法研究　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于地震數(shù)據(jù)與地下介質(zhì)物性參數(shù)之間關(guān)系的復(fù)雜性,全波形反演(FWI)在理論方法上面臨著數(shù)據(jù)周期跳躍(cycle skipping)和反演非線性的難題。這使得波形反演直接擬合復(fù)雜的地震數(shù)據(jù)的全部信息十分困難,并使其在實(shí)際應(yīng)用中受到很多限制。而另一方面,地下介質(zhì)物性參數(shù)的不同波數(shù)成分,在地震數(shù)據(jù)上對(duì)應(yīng)著不同的表現(xiàn)。利用某些變換,將地震波形數(shù)據(jù)中的某些信息進(jìn)行提取,并基于此對(duì)這些信息進(jìn)行有針對(duì)性的反演,將大大幫助波形反演降低非線性,并使得數(shù)據(jù)能夠更好的擬合。因此,我們提出基于數(shù)據(jù)屬性信息提取的波形聯(lián)合反演思路。根據(jù)實(shí)際地震數(shù)據(jù)的具體特點(diǎn),針對(duì)不同的情況,采取不同的數(shù)據(jù)屬性信息提取方式,有針對(duì)性地構(gòu)造非線性程度更低,且更利于地震數(shù)據(jù)擬合的目標(biāo)函數(shù)。最后,我們以聯(lián)合反演目標(biāo)函數(shù)的方式,將不同部分聯(lián)系在一起。這既保證了目標(biāo)函數(shù)的高線性程度,又使地震數(shù)據(jù)中的不同信息同時(shí)得到了擬合,更有針對(duì)性的同時(shí)反演各個(gè)模型參數(shù)信息。在地震數(shù)據(jù)的全波形反演中,一個(gè)良好的初始模型十分重要。它可以幫助FWI避免周期跳躍問(wèn)題。而在當(dāng)輸入數(shù)據(jù)缺少低頻分量時(shí),FWI對(duì)于初始模型的依賴性更強(qiáng)。為此,我們研究了走時(shí)與波包絡(luò)聯(lián)合反演方法(JTE)。該方法可以為FWI建立一個(gè)具有低波數(shù)速度信息的近地表初始模型。JTE方法不僅利用了非線性走時(shí)反演的魯棒性,還充分提取了嵌入在波包絡(luò)中的低頻信息。在兩個(gè)合成實(shí)驗(yàn)中,我們證實(shí)了該聯(lián)合反演方法中的走時(shí)反演部分能夠用于約束臨近地表的速度結(jié)構(gòu)。而包絡(luò)反演部分能夠恢復(fù)速度結(jié)構(gòu)中的低波數(shù)信息,以及隱藏低速層構(gòu)造。使用JTE的結(jié)果作為初始模型,FWI能夠得到精確的反演結(jié)果。在實(shí)際數(shù)據(jù)示例中,利用JTE+FWI方法所得到的近地表速度模型,能夠提高靜校正的精確性。并且?guī)椭鶦MP疊加得到能量更加集中的成像結(jié)果。不含大偏移距的初至波走時(shí)可以約束淺層速度結(jié)構(gòu),而波包絡(luò)呈現(xiàn)了低波數(shù)信息,高頻波形本身則包括關(guān)于地下構(gòu)造的細(xì)節(jié)信息。因此,我們研究了一種結(jié)合波形,波包絡(luò)與走時(shí)的三項(xiàng)聯(lián)合反演方法(JTWE),用于反演近地表速度結(jié)構(gòu)。通過(guò)反演三種類型的數(shù)據(jù),我們能夠同時(shí)恢復(fù)低波數(shù)和高波數(shù)速度信息,并在一定程度上緩解波形反演中的周期跳躍問(wèn)題。走時(shí)和射線路徑的計(jì)算速度是十分快速的。大部分計(jì)算工作集中在處理波形和波包絡(luò)。JTWE同時(shí)反向傳播了波形殘差和波包絡(luò)殘差,以計(jì)算用于模型更新的目標(biāo)函數(shù)梯度。這種同時(shí)反向傳播策略確保了 JTWE的計(jì)算成本與單獨(dú)波形反演的成本相似。在合成數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中,我們證明JTWE減輕了周期跳躍問(wèn)題,并恢復(fù)了近地表結(jié)構(gòu),而無(wú)需額外的低頻數(shù)據(jù)。JTWE的最終結(jié)果表明,與全波形反演相比,它改善了具有隱藏低速帶模型的反演結(jié)果。而對(duì)來(lái)自中東的實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明,JTWE可以幫助反演具有崎嶇地形起伏的復(fù)雜近地表模型,并同時(shí)擬合所有三種類型的數(shù)據(jù)。在求解二維或三維彈性問(wèn)題時(shí),由于彈性波FWI巨大的計(jì)算量,這一技術(shù)的實(shí)用性仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題,我們研究了一種在CMP域計(jì)算的快速?gòu)椥圆ㄈㄐ畏囱莘椒āＳ捎趶椥圆ǖ恼萁Ｊ腔贑MP域的一維半解析解,而在二維或三維上進(jìn)行反演,這項(xiàng)算法計(jì)算效率很高。我們利用時(shí)窗提取了不同的波形成分來(lái)同時(shí)反演P波速度和S波速度。此外,我們對(duì)P波和S波速度采用交叉梯度,來(lái)約束兩個(gè)模型的結(jié)構(gòu)一致性。該方法可以應(yīng)用于CMP假設(shè)有效的近地表區(qū)域。我們通過(guò)合成數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù),對(duì)方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)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

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 董良國(guó);黃超;遲本鑫;劉玉柱;;基于地震數(shù)據(jù)子集的波形反演思路、方法與應(yīng)用[J];地球物理學(xué)報(bào);2015年10期

2 董良國(guó);遲本鑫;陶紀(jì)霞;劉玉柱;;聲波全波形反演目標(biāo)函數(shù)性態(tài)[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年10期

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本文編號(hào)：1312778