互相关与最小二乘加权目标函数全波形反演

全波形反演是一个高度非线性的优化问题,当地震数据中缺少低频成分而初始速度与真实速度相差较远时,反演容易陷入局部极小值。笔者提出一种新的目标函数,将模拟地震记录和观测记录的归一化互相关与最小二乘结合。互相关侧重相位匹配,具有更强的线性,能减弱"跳周"现象。通过设置权重因子,在反演前期利用互相关先恢复低波数的背景速度模型,再加入最小二乘约束恢复高波数的模型细节。数值模拟试验结果表明,基于该目标函数的全波形反演不依赖精确的初始模型和低频信息,向全局极小值迅速收敛,能有效改善反演的稳定性,并获得比基于常规目标函数的全波形反演更精确的结果。     

低频缺失下跨孔雷达包络波形反演

全波形反演方法作为一种高分辨率成像手段在跨孔雷达反演中得到有效应用,但其仍受局部最小问题影响。一个有效的解决方法是为反演提供一个准确的初始模型。但在应用真实雷达数据时,由于地下介质未知且存在低频数据缺失的情况,全波形反演往往难以获得理想结果。为此,使用对包络目标函数求导的方法,详细推导了包络波形反演的梯度公式。该方法与传统全波形反演方法在原始数据低频成分缺失情况下的反演结果对比表明,该方法能够有效还原缺失的低频信息并且对低频缺失数据有更好的反演能力,可以直接为地下介质提供定量解释。     

第84届SEG年会多分量地震技术评述

综合分析2014年度美国SEG年会上多分量地震技术方面的学术论文,不难发现:在多波地震偏移成像研究中,叠前时间偏移仍是实际应用的主要方法;相比于PS折射波初至拾取,径向-道域变换的射线路径一致性静校正方法效果更好;全波形反演在四维地震应用中具有诱人的前景,基于纵波反射系数的流体因子反演方法在稳定性、准确性方面显示出很大的优势,有望产生实际的应用效果。多分量地震技术的发展特点可归纳为"一批亮点,一个重点",即:页岩的岩石物理实验与数值模拟分析、地震波的低频衰减气溶机理、六分量矢量波场特征的研究、多组多尺度裂缝系统的响应特征是该领域研究的亮点;综合利用海洋四分量压制鬼波及径向波、去除海底多次波、提高纵波的信噪比是海洋多分量地震技术发展的重点。      

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...     

高密度速度分析方法在水合物无井约束波阻抗反演中的应用研究

波阻抗反演对水合物识别具有一定的辅助意义。由于地震波形数据缺少低频信息,在地震数据波阻抗反演时,一般要利用测井信息提供低频约束,但在我国南海水合物调查中,由于测井资料少,使得基于模型的波阻抗反演方法受到一定的限制。常用的无井约束波阻抗反演方法采用层速度建立初始模型,但常规速度分析方法密度低、精度不高,导致补偿的低频信息成分不丰富。针对这一限制,这里提出利用高密度速度分析方法获得层速度建立初始模型,该方法利用叠前时间偏移数据,对空间上的每一道,时间上每一个样点都进行分析,尽可能利用了数据的走时,能为阻抗反演提供低频成分更丰富、分辨率更高的初始模型。实际资料处理结果表明,该方法所得到的波阻抗反演结果与水合物特征对应良好,能取得良好的反演结果。     

基于GPU加速的包络波形反演

波形反演利用地震资料的相位和振幅信息对速度进行建模,是当前分辨率最高的速度估计方法。波形反演对初始速度场具有较高的要求,当初始速度场和真实的速度场相差较远时,容易产生周波跳跃问题。通常在进行速度反演时,采用多尺度方法减轻波形反演的非线性,然而当实际地震资料中缺少大偏移距和低频数据时,多尺度方法不再适用。此外,计算效率也限制了波形反演的应用。因此,这里提出基于GPU加速的包络波形反演来获取包含长波长信息的初始速度场,并提高计算效率。通过对Marmousi模型的测试,验证了方法的正确性和有效性。     

小波变换与F-K联合滤波在面波分离中的应用

作为一种时频分解方法,小波变换有着广泛的用途,而且与传统Fourier变换相比,它能刻画出具有相同频率的有效波与面波在时间—空间域的分布,但是仅靠小波变换分离面波,效果十分有限,可使用小波变换与F-K滤波方法联合对面波进行分离,具体做法是：用小波变换对地震波场进行多分辨率分析,对面波产生的区域进行F-K滤波,从中提取有效信号,再与其他信号一起进行重构,即可得到分离面波后的地震波场。通过实际资料的处理结果表明：该法在在分离面波方面具有良好的效果。     

频率域反射波全波形速度反演

全波形反演不仅利用相位和振幅信息,还利用波形的细节变化,具有刻画模型精确细节的能力.在对稀疏矩阵直接LU分解求解的基础上,采用梯度预处理方法对声波介质速度模型进行了反射波全波形反演.采用误差反向传播算法计算目标函数梯度以及伪Hessian矩阵的对角线元素来做梯度预处理.数值模型的实验结果表明,利用有效的频率段便能反演出分辨率较高的速度结构,用低频反演出的结果作为高频反演的初始模型,减少了解的非唯一性.二维高斯光滑初始模型提供了有利的低频信息,得到较好的反演结果.伪Hessian矩阵的预处理吸收了高斯牛顿法的二次收敛优势,在不增加计算量的前提下,加快收敛速度.      

利用位场连续复小波变换识辨磁场源(上)

对国外最新研究位场连续复小波变换理论的一系列文章进行了系统总结与高度概括，并利用水平面磁荷模型的垂直分量对齐次位场小波变换系数与位场导数向上延拓的等价关系进行了详细推导与归纳。基于Poisson半群核构成一类柯西小波，它将对位场的求导以及位场向上延拓这两种运算相结合，形成一简单算子，在作用于齐次场源的位场时，其小波变换系数与位场导数向上延拓是等同的，并服从小波变换双尺度规律。利用位场小波变换系数模沿极值轴线的变化特征分别反演磁场源的形态、埋深、倾角，同时利用其相位反演磁倾角。此法实用于重磁资料自动化处理与解释。     

基于组合震源编码的多尺度全波形反演方法

全波形反演(full waveform inversion, FWI)是目前精度最高的一种速度反演工具,通过迭代反演得到高精度的地下构造,为叠前成像技术提供更准确的速度场,满足目前勘探开发日益复杂的需求。但FWI需要估计精确的震源子波,而从野外采集的地震数据提取子波是非常困难的,此外,反演过程中,模型参数与观测数据存在强的非线性关系,容易产生周波跳跃现象。针对中低波数反演过程中存在周波跳跃现象与地震子波难提取的问题,本文构建了一种基于组合震源的多尺度波形反演方法。首先对子波和地震数据进行时移组合叠加,再进行互相关梯度求取,只需要一次逆时偏移的计算量,就可以完成梯度的求取,实现多尺度反演的目标。通过模型试算,基于组合震源的FWI方法,可以达到多尺度反演的目的,使得反演结果更稳定;与不依赖子波的方法相结合,反演结果相对准确。     

崎岖海底OBC地震数据全波形反演策略

针对崎岖海底引起的波场传播和全波形反演处理的复杂性,本文提出相应的反演策略。通过对崎岖海底网格特殊处理解决正演和静校正时的地形近似问题。全波形反演采用快速多尺度算法、宽角补偿策略和静校正处理策略。结果表明,该反演策略在大大提高反演效率的同时,能兼顾深部和远偏移距反演效果,并能针对海水误差情况选择策略,在崎岖海底情况下得到好的全波形反演结果。     

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明:共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。      

基于CMP域的山地表层速度模型构建

对于山地地震勘探而言,地形起伏,不能直接使用Herglotz-Wiechert公式反演近地表速度模型,这里采用不同于前人在炮域处理的思路,而是在CMP域建立了一组基于CMP浮动基准面对起伏地表上的炮检对走时和偏移距进行校正的公式,首先用本文提出的公式去除起伏地表对初至波的影响,然后应用Herglotz-Wiechert公式快速反演地形起伏地区近地表速度模型。该方法采用地震反射波的CMP浮动基准面校正思路,包含三个关键步骤:①产生CMP浮动基准面;②实测时距曲线的校正;③计算射线参数和速度-深度函数的计算。此方法无需射线追踪,无需初始模型,计算速度快,反演得到的模型具有和地震数据相同的水平分辨率,该模型可用于计算基准面静校正量,或用于叠前深度偏移速度场的表层建模,也可以作为回转初至波层析反演或全波形反演的初始模型。     

基于地震信号相似性的S变换域多次波压制技术

多次波压制是海洋地震数据处理的关键,如何保护一次反射波的同时高效准确地识别并压制多次波是地震资料处理的重点。笔者在共中心点(CMP)叠加压制多次波方法的基础上,基于CMP道集地震信号与叠加道地震信号的相似性特征在S变换域进行多次波压制。首先,利用多次波速度动校正并对CMP道集数据减去叠加道数据完成第一次多次波减除,此时,波场中残余的多次波以随机噪声的形式存在;然后,对减除多次波的地震波场应用一次波速度动校正,并以一次波速度叠加道为初始模型对CMP道集S变换谱进行相似性滤波完成第二次残余多次波去除。针对理论数据和实际数据进行了有效性测试,结果表明本文所提方法能够较好地压制多次波,提高反射波的成像精度。     

压制噪声的高分辨率Radon变换法

Radon变换在地震处理中有诸多应用,在地震同相轴识别和估计方面有良好效果。对最小平方意义下反演和基于贝叶斯原理的稀疏约束反演的Radon变换域结果进行了对比,后者的变换效果更好,收敛能量的分辨率高,即压制了离散运算中的截断效应。又通过加噪模型数据,对比了高分辨率Radon变换方法和Radon域内的二维蒙版滤波方法,两者压制规则干扰和随机噪声的效果较好并且结果相似,但后者计算效率较高。在实际数据处理中,比较了FK滤波、高分辨率线性和抛物线Radon变换,以及二维蒙版滤波方法的去噪效果和计算效率,选择二维蒙版滤波方法最优。     

基于MPI多通讯域的地震波频率域二维正演并行算法研究

地震波场频率域正演是频率域全波形反演的基础。针对反演计算量巨大的问题,利用频率域二维波形正演算法中频率和炮点计算的独立性,开发出粗细粒度结合的MPI并行算法:粗粒度为频率并行,细粒度为单个频率解方程并行。实现方法是将正演频率分组放入不同的MPI通讯域内,每个通讯域内单个频率求解方程过程,采用基于MPI的MUMPS(多波前大规模并行稀疏直接解法器)软件包并行加速。模型测试结果表明:MPI多通讯域并行算法计算结果正确,计算效率显著提高,加速效果稳定。     

基于LSQR算法的二维声波方程频率域正演模拟与数值实现

频率域正演是频率域全波形反演的基础,高效准确地完成频率域正演计算是目前该领域的一个热门问题。这里利用优化17点差分格式和PML完全匹配层构建波场,并使用LSQR算法求解波场,通过在简单层状模型和Overthrust模型上计算验证可知,LSQR算法可大幅提高频率域正演的计算速度和模拟精度,从而为此方向的研究提供一个可行的技术手段。     

三维稀疏反演多次波预测及曲波域匹配相减技术

传统的自由表面多次波压制(SRME)方法研究是基于二维假设的,这种算法对多次波贡献考虑过于局限,难以应对复杂地质构造的情况。3DSRME算法过于笨拙,对数据要求过于苛刻,很难有效推广和应用。三维稀疏反演多次波预测方法利用柯西概率密度函数,将垂直测线方向上稀疏的多次波能量贡献道集转换到模型空间,有效重构同相轴能量顶点——菲涅尔带,从而有效拾取多次波能量,准确预测多次波。采用曲波域匹配相减技术对多次波进行去除,相较于传统的最小平方匹配相减方法,Curvelet域具有多方向、多尺度的特性,能够更有效地压制多次波。建立三维倾斜层状速度模型,对模拟三维地震数据进行试算,并与常规2D SRME的处理结果进行对比,验证了本文所述方法的有效性。     

时频～炮检距域面波衰减方法及应用

面波以低频强能量为特征,数据处理中常用的面波衰减技术有:频率滤波、F-K滤波和速度滤波等.由于面波特殊的频散现象,使得上述方法的应用效果受到一定的影响.基于面波的特征随炮检距变化这一特点,提出一种时频～炮检距域面波衰减方法:①对单炮记录中的面波区域做Fourier变换或时频分析,了解面波频率随时间和炮检距的变化规律;②...     

南海北部陆坡崎岖海底区地震成像:OBS旅行时反演

深水陆坡油气资源丰富,是油气勘探的重要领域。由于陆坡水深变化较大、海底地形崎岖、地质构造复杂,地震成像存在诸多难点,其中,速度模型的建立是最大的难题之一。利用OBS(ocean bottom seismometer)数据上丰富的折射初至信息,采用旅行时反演方法建立崎岖海底区速度模型。OBS数据由广州海洋地质调查局在南海北部陆坡珠江口盆地东部海域采集,数据质量良好,存在大量的初至折射波。地震成像结果表明,在深水崎岖海底区,利用OBS的初至旅行时能够获得地震成像所需要的背景速度场。受限于高频近似的假设,初至旅行时反演结果分辨率较低。全波形反演可以提供精度更高的速度结构,初至旅行时反演结构可用作全波形反演的初始模型。