[發明專利]不依賴震源子波的時間域單頻波形走時反演方法

有效

• 申請號: 201710981901.7
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107765302B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 胡勇;韓立國;常傲;董士琦;陳瑞鼎
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

1.一種不依賴震源子波的時間域單頻波形走時反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、安裝MATLAB2013a正版軟件，并安裝基于MATLAB語言編寫的地震數據處理軟件Crews工具包；

b、對實際采集的地震數據進行預處理，并將觀測數據和觀測系統輸入計算機準備進行不依賴震源子波的時間域單頻波形走時反演；

c、對觀測數據進行傅里葉變換，在頻率域挑選21個頻率數據進行反演，從15Hz到25Hz，先利用低頻的數據，再逐漸增加頻率以實現多尺度的反演策略；

d、建立線性遞增初始速度模型，該速度模型作為反演的起始值，通過計算模型的更新方向，并加到初始速度模型上，來實現由線性初始速度模型逐漸向真實模型逼近的過程；

e、利用輸入的觀測系統、震源子波和線性初始速度模型進行波動方程正演模擬，得到模擬數據，并提取模擬數據震源附近直達波波形，用于震源波形相位校正，消除震源子波對全波形反演的影響；

f、將提取的觀測數據直達波波形和模擬數據直達波波形進行傅里葉變換，并挑選對應的21個頻率數據，求取這兩個數據對應頻率的相位差，并將求得的相位差用于單頻觀測數據的相位校正中；

g、對相位校正以后的單頻觀測數據進行傅里葉逆變換，得到時間域的單頻觀測數據；

h、對模擬數據和單頻震源子波進行傅里葉變換，并提取對應21個頻率數據，再對單頻模擬數據和震源子波進行傅里葉逆變換，得到單頻的時間域模擬數據和單頻時間域震源子波；

i、利用單頻時間域震源子波和速度模型進行波動方程有限差分正演模擬，得到單頻的正傳波場，并對正傳波場進行存儲，用于后續的梯度計算；

j、利用互相關方法計算單頻觀測數據和單頻模擬數據的走時差；

k、根據最小二乘原理構造走時差目標函數：其中Δτ表示單頻觀測數據與單頻模擬數據存在的走時差，v表示速度值，s表示震源數目，r表示檢波器數目，x_s表示震源位置，x_r表示檢波器位置，在求目標函數的梯度過程中，對目標函數兩端關于速度v求導，得到梯度表達式：

則偽伴隨震源的表達式可以表示為：

其中u(f₀,t,x_s)_cal表示單頻正傳波場，u(f₀,x_r,t,x_s)_cal表示單頻模擬數據，f₀表示反演頻率，表示單頻模擬數據對時間的一階導數，d(f₀,x_r,t+Δτ,x_s)_obs表示單頻觀測數據，表示單頻觀測數據對時間的一階導數，(L^-1)^T表示對反傳算子的轉置；

l、計算偽伴隨震源，并利用反傳算子將偽伴隨震源反傳到模型空間，得到反傳波場；

m、正傳波場與反傳殘差波場做互相關得到模型更新梯度；

n、利用L-BFGS優化算法計算模型更新方向，并通過Wolfe收斂準則尋找最合適的步長，按照公式v_k+1＝v_k-α_kH_kg_k對速度模型進行更新，其中k表示迭代的次數，H_k表示當前步驟偽海森矩陣的逆，α_k表示當前步驟的更新步長，g_k表示當前步驟的更新梯度，v_k表示當前步驟的速度模型，v_k+1表示經過本次迭代以后的速度模型；

o、判斷是否滿足終止條件，若滿足則不依賴震源子波的時間域單頻波形走時反演結果，若不滿足終止條件，利用循環頻率多尺度策略逐漸提高頻率，將反演結果作為下一個循環的初始速度模型，返回e步驟；

p、將上一步的輸出結果作為常規時間域全波形反演的初始速度模型，然后進行常規時間域全波形反演，并輸出最終反演結果。