[發(fā)明專利]一種時(shí)間域多尺度全波形反演方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010045893.7
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111208568B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬曉娜;梁光河;秦克章;李志遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36;G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發(fā)明公開一種時(shí)間域多尺度全波形反演方法及系統(tǒng)，所述方法包括：步驟S1：利用檢波器獲取地震觀測數(shù)據(jù)；步驟S2：利用層析成像方法確定初始速度模型；步驟S3：利用維納低通濾波器將所述地震觀測數(shù)據(jù)濾波到不同頻段；步驟S4：根據(jù)所述初始速度模型和不同頻段的地震觀測數(shù)據(jù)確定最優(yōu)速度模型；步驟S5：基于所述最優(yōu)速度模型進(jìn)行地震成像，提高全波形反演的收斂速度和計(jì)算效率，增強(qiáng)反演的抗噪性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種時(shí)間域多尺度全波形反演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著社會工業(yè)的快速發(fā)展，對資源需求不斷增加，所以對厚覆蓋層區(qū)、劇烈起伏地形(陡峭山地)、復(fù)雜地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)(地下斷裂發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎、地層變形嚴(yán)重、巖性復(fù)雜)區(qū)進(jìn)行深部資源探測需求越來越強(qiáng)烈。地震勘探是一個(gè)系統(tǒng)工程，地震方法能否成功用于資源勘探，很大程度上取決于地震資料處理技術(shù)。地震成像是地震資料處理中的核心環(huán)節(jié)，是最終成果和效益的集中體現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，以逆時(shí)偏移成像技術(shù)(RTM)為代表的地震成像技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。而以全波場信息擬合介質(zhì)模型為手段的全波形反演(Full waveform inversion)技術(shù)可以為構(gòu)造最為復(fù)雜地區(qū)成像提供高分辨率、高精度速度模型。

全波形反演從波動方程出發(fā)，綜合利用疊前地震波場中的振幅、相位等信息，通過擬合實(shí)際波場和預(yù)測波場來修正初始假定的速度模型，以獲取高精度的地下速度信息。全波形反演為深部大尺度構(gòu)造演化分析、精確的地震成像及速度建模等方面提供可靠依據(jù)，因此，其作為一種高精度速度模型構(gòu)建方法受到重視，是目前國際地球物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)。全波形反演是一個(gè)高度非線性的問題，對實(shí)際觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量(偏移距大小、有效低頻以及噪音情況)、反演過程中采用的技術(shù)手段(反演算法、步長搜索方法、目標(biāo)函數(shù)、反演策略)和初始輸入模型的準(zhǔn)確度都比較敏感。同時(shí)，這些因素都不同程度地影響著全波形反演在實(shí)際地震資料中的應(yīng)用。

全波形反演的主要目標(biāo)是最小化觀測數(shù)據(jù)與合成地震數(shù)據(jù)構(gòu)成的目標(biāo)函數(shù)，通過伴隨算子計(jì)算梯度，利用一定的搜索方法計(jì)算步長，結(jié)合合適的反演算法構(gòu)造搜索方向，不斷地對模型參數(shù)進(jìn)行更新，最終獲得高分辨率參數(shù)模型。目標(biāo)函數(shù)和步長搜索方法是全波形反演中至關(guān)重要的兩個(gè)因素。

目標(biāo)函數(shù)決定著全波形反演的非線性程度和抗噪性。傳統(tǒng)的全波形反演的目標(biāo)函數(shù)是基于計(jì)算數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)殘差的L2范數(shù)，但是L2范數(shù)存在對非高斯噪音敏感的問題，在面對實(shí)際數(shù)據(jù)中存在的各種強(qiáng)噪聲，全波形反演容易陷入局部極小值。

優(yōu)化步長搜索方法可以加快全波形反演的收斂到極小值的速度，并且涉及很少的額外正演，提高全波形反演的計(jì)算效率，但現(xiàn)有Pica等(1990)提出一種從目標(biāo)函數(shù)出發(fā)，直接求解最優(yōu)步長的方法，但這種方法僅適用于抗噪性較差的L2范數(shù)。Vigh等(2009)提出使用拋物線方法，利用三個(gè)滿足關(guān)系的步長值和其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值求解拋物線系數(shù)，獲得最優(yōu)步長值，但此方法至少需要額外兩次正演，降低了計(jì)算效率。非精確線性搜索方法保證函數(shù)估計(jì)次數(shù)較小，但是搜索的過程通常需要多次額外的正演計(jì)算，計(jì)算成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)間域多尺度全波形反演方法及系統(tǒng)，以提高全波形反演的抗噪性、收斂速度和計(jì)算效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種時(shí)間域多尺度全波形反演方法，所述方法包括：

步驟S1：利用檢波器獲取地震觀測數(shù)據(jù)；

步驟S2：利用層析成像方法確定初始速度模型；

步驟S3：利用維納低通濾波器將所述地震觀測數(shù)據(jù)濾波到不同頻段，分別為低頻帶地震觀測數(shù)據(jù)、中頻帶地震觀測數(shù)據(jù)和高頻帶地震觀測數(shù)據(jù)；

步驟S4：根據(jù)所述初始速度模型、低頻帶地震觀測數(shù)據(jù)、中頻帶地震觀測數(shù)據(jù)和高頻帶地震觀測數(shù)據(jù)確定最優(yōu)速度模型；

步驟S5：基于所述最優(yōu)速度模型進(jìn)行地震成像。