本文關(guān)鍵詞：基于有限差分—對(duì)比源方法的波動(dòng)方程全波形反演研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 全波形反演 聲波方程 擬守恒彈性波方程 有限差分 乘子正則化 多參數(shù)反演

【摘要】：全波形反演地震成像是一種基于數(shù)據(jù)擬合目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的地震成像技術(shù),其能夠充分利用波場的全部信息(振幅,相位等),因此具有重構(gòu)高分辨率地震圖像的潛力.然而全波形反演方法巨大的正演計(jì)算需求和目標(biāo)泛函的高度非線性阻礙了其在地震勘探中的廣泛應(yīng)用.尤其是基于多分量波動(dòng)方程的全波形反演,其計(jì)算量、內(nèi)存空間和計(jì)算時(shí)間是難以承受的.在全波形反演地震成像中,目前的很多重構(gòu)方法都采用標(biāo)量聲波方程作為正演模型,因此不能很好地解釋復(fù)雜的實(shí)際接收地震數(shù)據(jù).此外,全波形反演的另外一個(gè)難點(diǎn)是多參數(shù)同時(shí)重構(gòu)時(shí)參數(shù)之間的相互影響,尤其在涉及密度同時(shí)反演時(shí).本文基于多分量聲波和彈性波方程,開展快速高效的有限差分對(duì)比源全波形反演算法研究.該有限差分對(duì)比源方法在整個(gè)反演過程中只進(jìn)行一次完全的正演計(jì)算,因此具有極高的計(jì)算效率.首先,基于聲波、彈性波方程開展了快速高效的正演算法研究.考慮到全波形反演大量的正演計(jì)算問題,本文基于交錯(cuò)網(wǎng)格差分法,開展了聲波、彈性波高精度波場數(shù)值模擬的并行算法研究,為全波形反演提供理論和技術(shù)支持.其次,基于聲波方程提出了聲波多參數(shù)有限差分對(duì)比源算法,為彈性波動(dòng)方程多參數(shù)有限差分對(duì)比源算法的發(fā)展提供理論基礎(chǔ).將聲波方程用矩陣-向量表示形成擬守恒聲波方程,引入對(duì)比源向量和對(duì)比度矩陣,進(jìn)而構(gòu)造出相應(yīng)的極小化目標(biāo)泛函.為了反演模型的不連續(xù)成分和提高算法的重構(gòu)精度,本文引入乘子正則化方法,避免了正則化參數(shù)的選取,提高了重構(gòu)結(jié)果的分辨率.針對(duì)多分量多參數(shù)反演的巨大計(jì)算量問題,本文基于區(qū)域分解法及分布式內(nèi)存管理策略并行實(shí)現(xiàn)聲波多參數(shù)有限差分對(duì)比源算法,大大提高了算法效率.在數(shù)值實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)多參數(shù)之間的相互影響給出了兩步反演策略,在一定程度上降低了參數(shù)之間的相互影響,提高了重構(gòu)分辨率.通過對(duì)Marmousi等模型的數(shù)值模擬,驗(yàn)證了算法的收斂性和可行性.再次,基于彈性波方程將有限差分對(duì)比源方法推廣到彈性波密度反演,為進(jìn)一步發(fā)展彈性波多參數(shù)有限差分對(duì)比源算法提供理論幫助和技術(shù)支持.單參數(shù)有限差分對(duì)比源方法推廣到彈性波情況的一個(gè)難點(diǎn)是獲得相應(yīng)的對(duì)比源微分方程,為此本文將彈性波方程改寫為相應(yīng)的矩陣-向量形式.基于該向量微分方程,將快速高效的有限差分對(duì)比源方法推廣到彈性波密度反演問題.針對(duì)重構(gòu)問題的不適定性,發(fā)展了單參數(shù)彈性波乘子正則化方法,有效地提高了算法的重構(gòu)精度.數(shù)值模擬結(jié)果充分說明了算法應(yīng)用于彈性波方程單參數(shù)反演的可行性.最后,基于彈性波動(dòng)方程提出了彈性波多參數(shù)有限差分對(duì)比源反演方法.針對(duì)經(jīng)典彈性波動(dòng)方程不能夠滿足對(duì)比源微分方程這一難題,本文對(duì)多分量彈性波場進(jìn)行線性變換,形成擬守恒彈性波動(dòng)方程.引入對(duì)比源向量場和對(duì)比度矩陣函數(shù),從而建立了彈性波方程的多參數(shù)有限差分對(duì)比源反演方法.針對(duì)對(duì)比源方法的局部收斂性和算法對(duì)初始值的高度依賴性,發(fā)展了基于地震波逆?zhèn)鞑ゼ夹g(shù)的算法初始化策略.同時(shí),為了進(jìn)一步提高算法的重構(gòu)分辨率,發(fā)展了多參數(shù)乘子正則化彈性波對(duì)比源全波形反演方法.考慮到彈性波多參數(shù)反演的巨大計(jì)算量,基于區(qū)域分解策略將原問題化分為子區(qū)域上的子問題并行求解,提高了計(jì)算效率和算法的可擴(kuò)展性.針對(duì)不同分量波場數(shù)量級(jí)的差異所帶來的數(shù)值不穩(wěn)定難題,采用標(biāo)準(zhǔn)化波場策略.另外,為了降低不同參數(shù)相互之間的影響,提出了彈性波方程兩步反演策略,提高彈性波多參數(shù)反演的重構(gòu)分辨率.在數(shù)值模擬中,通過對(duì)Marmousi2等模型的多參數(shù)聯(lián)合反演,說明了所提出的算法具有重構(gòu)高分辨率復(fù)雜地質(zhì)模型的能力.
[Abstract]:Full waveform inversion of seismic imaging is a seismic imaging technology to fit the objective optimization function based on the data, it can make full use of all the information of the wave field (amplitude and phase), so it has high resolution image reconstruction of seismic potential. However, full waveform inversion huge forward nonlinear computing needs and objective functional block it is widely used in seismic exploration. Especially the full waveform inversion of multi component based on the wave equation, the computation and memory space and computing time is unbearable. In the earthquake full waveform inversion imaging, many reconstruction methods have adopted the scalar wave equation as the forward model, it is not well explain the actual seismic data receiving complex. In addition, another difficulty of full waveform inversion is the interaction between the reconstruction of multi parameters parameters, especially on the density at the same time When the inversion. The multi-component acoustic and elastic wave equations based on finite difference, carry out efficient comparison source full waveform inversion algorithm. The finite difference method in the contrast source inversion process only for a complete forward calculation, so it has high computational efficiency. Firstly, based on the acoustic wave, elastic wave the equation studied forward algorithm is fast and efficient. Considering the large number of forward full waveform inversion calculation, the staggered grid difference method based on the acoustic wave, parallel algorithm of elastic wave field numerical simulation of high accuracy, and provide theoretical and technical support for full waveform inversion. Secondly, based on the acoustic wave equation is proposed the acoustic parameters of finite difference algorithm for contrast source, elastic wave equation of multi parameter finite difference comparison algorithm source development to provide a theoretical basis. The acoustic wave equation by matrix - vector quasi conservation form The acoustic wave equation, the introduction of comparison and contrast of the source vector matrix, and then construct the corresponding functional minimization objective. In order not to continuous component retrieval model and improve the reconstruction accuracy of the algorithm, this paper introduce the multiplier regularization method, avoids the selection of regularization parameter, improve the reconstruction result resolution. In view of the huge computation of inversion problem multi parameter multi component, the domain decomposition method and distributed memory management strategy to realize multi parameter acoustic finite difference algorithm based on parallel contrast source, greatly improves the efficiency of the algorithm. In the numerical experiments, the interaction among multi parameter gives two step inversion strategy, to a certain extent reduce the mutual influence between parameters and improve the reconstruction resolution. The numerical model of Marmousi simulation, verified the feasibility and convergence of the algorithm. Thirdly, based on the elastic wave equation finite difference The comparison method is applied to elastic wave source density inversion, for the further development of elastic wave parameters of finite difference to provide theoretical support and technical support. The contrast source algorithm of single parameter finite difference contrast source method is extended to a difficult situation is to obtain the elastic wave contrast source corresponding differential equation, this paper applies elastic wave equation rewrite the corresponding matrix vector. The vector differential equation based on the finite difference fast comparison method is applied to elastic wave source density inversion problem. The ill posed reconstruction problem for the development of the single parameter elastic wave multiplier regularization method, effectively improves the accuracy of the reconstruction algorithm of the numerical simulation. The results fully demonstrate the feasibility of the algorithm applied to single parameter inversion of elastic wave equation. Finally, based on elastic wave equation of elastic wave multi parameter finite difference contrast source inversion method is proposed. The needle The classical elastic wave equation can not meet this problem contrast source differential equation, the multi-component elastic wave field of linear transformation, the formation of quasi elastic wave equation is introduced. The conservation of contrast source vector field and contrast matrix function, so as to establish a multi parameter finite difference elastic wave equation, the method of contrast source inversion. High degree of dependence on the initial value of the local convergence and the algorithm for contrast source method, the development of the seismic wave propagation algorithm initialization strategy based on inverse technology. At the same time, in order to further improve the resolution of reconstruction algorithm, the multi parameter multiplier regularized elastic wave contrast source full waveform inversion method. Considering the huge amount of calculation of elastic wave parameter inversion based on domain decomposition strategy, the original problem is divided into sub regions on the parallel solution of sub problems, improve the scalability of the algorithm and computational efficiency. In view of the different points The amount of numerical wave magnitude differences of the unstable problem, using the standard wave field strategy. In addition, in order to reduce the effect of different parameters to each other, put forward two step elastic wave equation inversion strategy, improve the reconstruction resolution of elastic wave inversion. In numerical simulation, the multi parameter joint inversion the Marmousi2 model, the proposed algorithm has high resolution reconstruction of complex geological model.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O241.82

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王薇;韓波;唐錦萍;;地震波形反演的稀疏約束正則化方法[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年01期

2 胡光輝;賈春梅;夏洪瑞;賀劍波;宋林;沈忠秋;;三維聲波全波形反演的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證[J];石油物探;2013年04期

3 C. Bunks;多尺度地震波形反演[J];石油物探譯叢;1996年05期

4 楊勤勇;胡光輝;王立歆;;全波形反演研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];石油物探;2014年01期

5 丁繼才;常旭;劉伊克;汪長永;;反射地震數(shù)據(jù)的逐層波形反演[J];地球物理學(xué)報(bào);2007年02期

6 肖盈;薛明星;賀振華;黃德濟(jì);;高斯—牛頓法與梯度法波形反演比較研究[J];內(nèi)蒙古石油化工;2008年18期

7 孫曉琳;高建;薛冰;;拉普拉斯域頻變衰減常數(shù)波形反演方法[J];山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年01期

8 汪超;趙偉;高靜懷;;一種用于波形反演的改進(jìn)差分進(jìn)化算法[J];石油地球物理勘探;2012年02期

9 楊午陽;王西文;雍學(xué)善;陳啟燕;;地震全波形反演方法研究綜述[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2013年02期

10 劉璐;劉洪;張衡;崔永福;李飛;段文勝;彭更新;;基于修正擬牛頓公式的全波形反演[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳永芮;李振春;張凱;;一種改進(jìn)的正則化——測井約束全波形反演方法[A];中國地球物理2013——第十九專題論文集[C];2013年

2 王一博;常旭;劉伊克;;多尺度波形反演方法[A];中國地球物理2010——中國地球物理學(xué)會(huì)第二十六屆年會(huì)、中國地震學(xué)會(huì)第十三次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

3 盧回憶;劉伊克;常旭;;波形反演多尺度方法研究[A];中國地球物理學(xué)會(huì)第二十七屆年會(huì)論文集[C];2011年

4 孟鴻鷹;劉貴忠;;地震波形反演的小波多尺度分解方法[A];1996年中國地球物理學(xué)會(huì)第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1996年

5 盧回憶;劉伊克;常旭;白蘭淑;;彈性介質(zhì)多尺度全波形反演方法研究[A];中國地球物理2013——第二十二專題論文集[C];2013年

6 丁繼才;常旭;劉伊克;汪長永;;反射地震數(shù)據(jù)的逐層波形反演[A];中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2007學(xué)術(shù)論文匯編(第四卷)[C];2008年

7 劉璐;劉洪;張衡;崔永福;李飛;段文勝;彭更新;;基于修正擬牛頓公式的全波形反演[A];中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2013年度（第13屆）學(xué)術(shù)論文匯編——油氣資源研究室[C];2014年

8 吳建平;明躍紅;;區(qū)域地震波形反演及其在川滇地區(qū)的應(yīng)用[A];中國地球物理學(xué)會(huì)年刊2002——中國地球物理學(xué)會(huì)第十八屆年會(huì)論文集[C];2002年

9 何樵登;周輝;;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在地震波形反演中的應(yīng)用[A];1995年中國地球物理學(xué)會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1995年

10 李志曄;李振春;張凱;;基于共散射點(diǎn)道集的全波形反演[A];中國地球物理2013——第二十二專題論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 郭振波;彈性介質(zhì)波形反演方法研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

2 陳宇澍;地震波場正演與集合震源編碼全波形反演算法[D];清華大學(xué);2015年

3 何清龍;基于有限差分—對(duì)比源方法的波動(dòng)方程全波形反演研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 岳蕾;電磁波在煤層中的傳播規(guī)律與全波形概率反演方法研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

5 張海如;探地雷達(dá)信號(hào)后處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2016年

6 韓淼;深水區(qū)地震全波形反演策略與應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2014年

7 秦寧;地震走時(shí)層析與波形反演方法研究[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

8 吳俊軍;跨孔雷達(dá)全波形層析成像反演方法的研究[D];吉林大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張偉;GPU/CPU協(xié)同并行計(jì)算全波形反演理論及應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2014年

2 陳永芮;時(shí)間域全波形反演方法研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

3 王慶;二維地震時(shí)間域多尺度全波形反演[D];中國海洋大學(xué);2015年

4 孫瑞雪;基于雙參數(shù)正則化的頻率域解纏相位全波形反演研究[D];吉林大學(xué);2016年

5 魯曉滿;基于逐減隨機(jī)震源采樣法及改進(jìn)MLQN算法的頻率域全波形反演方法研究[D];吉林大學(xué);2016年

6 孫慧秋;全波形反演地層品質(zhì)因子方法研究[D];吉林大學(xué);2016年

7 于長澎;地層吸收系數(shù)的全波形反演研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2011年

8 李揚(yáng);粘彈性地震波形反演的多尺度全變差正則化方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 陳章;疊前全波形反演方法研究[D];電子科技大學(xué);2012年

10 崔鑓曉;淺海水體一維全波形反演研究[D];中國海洋大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：1405957