全波形反演在缝洞型储层速度建模中的应用

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地质条件复杂,为了实现缝洞型储层的准确成像,本文开展了针对目标靶区的全波形反演精细速度建场研究.采用一种时间域分层多尺度全波形反演流程:首先通过层析成像建立初始速度模型;其次利用折射波反演浅层速度模型;最后利用反射波反演中深层速度模型.偏移成像结果表明基于全波形反演的速度建模技术能有效改善火成岩下伏构造的成像精度,显示了全波形反演在常规陆上采集资料的应用潜力.     

利用全波形反演提高逆时偏移成像的精度

逆时偏移对速度模型有较强的依赖性,速度模型精度高低决定着偏移效果的好坏,速度模型越准确,偏移效果越好.因此,如何获取高精度的速度模型是实现有效逆时偏移的关键步骤.全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构能够得到高精度的速度模型.为了验证全波形反演能否提高逆时偏移效果,本论文以OVERTHRUST速度模型为例,在频率域进行全波形反演,并实现了速度模型的更新.逐步缩小了初始速度模型与真实速度模型的残差,提高了速度模型的准确度.然后使用初始OVERTHRUST速度模型以及经过反演的速度模型分别进行逆时偏移,应用结果表明,使用经过全波形反演后的速度模型进行逆时偏移,其成像效果较好.因此,逆时偏移结合全波形反演可以有效的提高成像精度.     

棱柱波形与全波形联合反演方法（英文）

棱柱波的特点是它有三段主要反射路径和两个反射点,一个反射点位于反射界面上,另一个位于陡倾角反射层上。从而含有了很多一次波无法获取的地下高陡反射界面信息,我们应用Born近似对常规逆时偏移成像剖面处理可以将棱柱波信息提取出来,然后用棱柱波进行速度更新以提高盐体悬伸侧翼等高陡构造的反演速度。基于此想法下提出了棱柱波形反演(prismatic waveform inversion),简称PWI方法,但棱柱波形反演方法存在明显的弱点:一次迭代的时间是全波形反演(FWI)的两倍,而且不能充分利用全波场信息。为此,我们将全波形反演与棱柱波形反演方法两者结合起来进行联合反演,FWI与PWI方法交替使用更新速度场。模型的试算表明,这种联合反演方法对初始模型中高陡构造信息是否缺失依赖性较低,对高陡构造的反演精度和效率都更高。     

一种基于高效迭代解法的频率域全波形反演

巨大的计算量是制约全波形反演（FWI）生产实用化的难题之一.为此,本文提出了一种高效的波场迭代解法,将其应用于频率域常密度声波方程FWI,并给出了详细的反演流程.通过建立用于波场迭代的目标函数,推导相应梯度、步长公式,新方法将反演中波场正传和残差波场反传过程转化为无约束优化问题,从理论上分析了新方法的计算效率显著高于常规FWI.在数值试验中,本文方法通过几次迭代便能获得高精度的正传、残差反传波场,收敛速度明显高于未经预处理的GMRES方法.进一步引入高效编码策略,新方法的计算时间约为常规编码FWI的1/8,与理论分析结果吻合（波场迭代次数为8,模型未知量个数约为7万）,且波场迭代次数为6时,反演效果已与常规编码FWI相近.     

基于K-SVD字典学习的稀疏约束编码多震源方向:全波形反演（英文）

全波形反演(FWI)是一种较为重要的速度建模方法,但计算量巨大是阻碍其实用化。业已证明通过多震源策略减少模拟单炮次数,可以大大提高全波形反演计算效率,但引入了交叉串扰噪音。为解决上述问题,本文提出一种基于K-SVD字典学习的稀疏约束编码多震源全波形反演方法。首先,增加不同单炮的差异性引入极性编码策略减少串扰噪音;其次基于FWI不同迭代次数反演结果特征引入K-SVD字典学习方法计算变换基函数,推导了基于稀疏约束的目标泛函;进一步我们引入基于维纳滤波的时间域多尺度反演方法,提高反演方法的稳定性。最后,通过洼陷模型和Marmousi模型测试验证表明:1)本文的基于K-SVD字典学习的多震源编码反演方法,在减少全波形反演计算量的同时,能有效克服反演串扰噪音,提高反演精度;2)新方法能灵活的与时间域多尺度反演方法结合,降低反演过程陷入局部极小值,增强反演稳定性,对复杂模型也具有较好的适应性。     

反射波全波形反演

得益于结合最优化算法和完整的波动方程,全波形反演已成为地震勘探最前沿的研究方向,正逐渐发展成为获取地球内部信息的重要工具.但是,在初始速度模型不够精准的条件下,利用纯反射波进行波形反演来更新光滑的背景速度模型是非常困难的.本文展示了一种利用纯反射波通过交替进行最小二乘逆时偏移和波形反演的方法来成功地同时反演反射系数和背景速度的方法.其波形反演中用于更新背景速度的层析梯度是通过基于Born近似的正演模拟来分离反射波波场得到的,这样可以很好地更新光滑的背景速度模型.之后,常规全波形反演把上一步得到的光滑背景速度模型作为初始模型,利用纯反射波获得最终的高保真、高分辨率的速度模型.进一步分析揭示了高分辨率的速度模型是由于在全波形反演中应用了反褶积成像条件.相对于其他类型的地震波,反射波带有地下更深部的信息,因此,反射波波形反演能够进一步提高我们对地球内部的成像精度.     

全波形反演初始模型建立策略研究综述

全波形反演充分利用叠前地震波场中的运动学和动力学信息估计地球内部介质的弹性参数,是一种高精度的速度建模方法和油藏描述的手段.但是对于实际资料,尤其是陆地资料,全波形反演很难收敛到正确的结果上,往往无法实现其建立高精度速度模型的目标,需要较准确的初始模型来降低误差泛函的非线性性.研究与调研认为,建立全波形反演初始模型的方法主要有三种:走时层析、偏移速度分析和Laplace域反演.本文首先分析了全波形反演对初始模型的严重依赖性,其次对全波形反演初始模型建立策略进行简要的介绍与分析,最后给出了建立全波形反演初始模型的认识及建议.     

CPU/GPU协同计算在频率域二维全波形反演中的应用

全波形反演利用波场的运动学和动力学信息重建地下物理参数,是建立高精度速度模型的有效手段,巨大的计算量是制约其实用化的瓶颈之一。本文针对全波形反演中频率域正演的复杂计算问题,采用粗细结合的并行策略,将MPI技术应用于多炮间并行计算,同时利用GPU技术加速正演过程中大型稀疏线性代数方程组的求解,以提高频率域全波形反演的计算效率。通过理论模型验证本文方法的正确性和有效性,给出不同数据量与GPU计算效率的相关分析结论,提出频率域全波形反演CPU/GPU协同并行计算的制约瓶颈和发展方向。      

基于Hinge损失函数的垂向全变差约束全波形反演

全波形反演可以为叠前深度偏移成像提供更高精度的速度模型,但该方法具有较强的非线性,对初始速度模型的依赖性较强,尤其是在实际应用中,地质条件复杂多变,速度变化不连续,增加了反演非线性程度,常常使反演陷入局部极小值,影响反演的精度.全变差约束在图像去噪领域应用广泛,属于非光滑约束,在去噪过程中能有效的保留图像的不连续界面和边缘信息.本文提出基于Hinge损失函数的垂向全变差约束全波形反演方法,在全变差约束的基础上,利用Hinge损失函数控制模型的更新方向,并使用原-对偶混合梯度算法进行求解,给出这一优化问题的迭代格式,有效提高了对地下不连续界面的重构精度,同时也降低反演对初始速度模型的依赖程度.数值算例证明：与常规全波形反演方法相比,基于全变差约束的全波形反演方法可以有效的重构速度模型中的不连续界面,尤其对高速体边缘的重构效果更明显,但该方法对初始速度模型的依赖性仍然较强;基于Hinge损失函数的垂向全变差约束全波形反演方法降低了对初始速度模型的依赖程度,可以从一个较差的初始模型通过循环迭代的方式最终得到同样精确的速度模型,较好的重构了高速体边缘和不连续界面.     

基于优化步长的混叠数据编码全波形反演方法

近年来,针对混叠数据的全波形反演(FWI)方法,逐渐成为研究的热点.本文通过引入抛物拟合策略对反演步长进行优化,实现了基于变步长的混叠数据编码全波形反演理论方法.在编程实现算法的基础上,通过简单洼陷和复杂Marmousi模型试算得到如下几点认识:1)不编码混叠数据存在串扰噪声,反演迭代到15次后残差增大,反演不收敛;常规编码FWI串扰噪声减少,误差函数收敛,但出现"锯齿"的反演不稳定现象.2)优化步长编码FWI方法较好解决了反演收敛性和稳定性问题,反演结果误差函数曲线平滑且残差逐渐减小,验证了新方法的正确性和更好的适应性.     

基于波数域梯度场分解的多尺度波形反演方法

全波形反演是一种建立高精度速度模型的有力工具,是偏移模式和层析模式的联合.然而,当初始模型较差、数据缺失低频成分和大偏移距数据缺失时,常规波形反演的层析成分更新较弱.因此,反演过程以偏移模式为主,容易导致反演快速陷入局部极小值.本文发展了基于波数域梯度场分解的多尺度波形反演方法(WGDFWI),从梯度场中分离出层析成分,在反演的初期主要依赖层析分量更新背景速度场,为常规全波形反演建立良好的初始模型.首先,基于一种高效的隐式波场分离方法,将梯度场分解为层析成分和偏移成分.然后在层析梯度上应用二维波数域滤波器,以缓解偏移成分泄露的问题,并利用多尺度反演策略,增强反演的稳定性.利用双层模型和Marmousi模型进行试算的结果表明,该方法可以有效重构背景速度模型,为常规波形反演提供良好的初始模型,有效提高反演精度.     

把握世界物探技术发展现状,促进地震资料处理、解释技术进步

第82届SEG年会成果表明:计算机技术和地震装备技术的发展,引领了国际地球物理勘探技术的快速发展;宽方位、宽频带、高密度等采集技术,各向异性逆时偏移、弹性波的全波形反演等处理技术,多波处理与解释、4D地震等技术,很快将成为物探的主导技术.为了更好地把握技术的发展,需要在地震资料处理、解释领域重点开展如下研究:发展宽频带、各向异性、最小二乘、弹性波的逆时偏移技术;层析、逆时偏移角度域道集速度分析、全波形反演的速度估计方法、是进一步提高成像精度重点发展方向.岩石物理是地震解释、储层反演、裂缝检测的基础,重点深化在实验室测量、弹性各向异性的测量、油藏描述和监测方向的研究.全波形反演技术是高精度成像建立速度模型和油藏描述重要手段,在理论上、在应用上仍是下一步发展的重要方向.     

基于相似性重构低频数据的金属矿频域全波形反演

由于深部金属矿埋深和自身的复杂性,利用重、磁、电方法和一般的地震方法很难有效地对其进行高精度定位.全波形反演通过最小化模拟数据与观测数据的差异使深部金属矿的高精度探测成为可能,但全波形反演是一个局部优化过程,需要准确的低频数据作为起始,而这在一般的地震数据采集中难以做到.本文先在频域中使用伴随状态震源函数反演方法,通过震源附近的直达波能精确地反演出震源函数的形态.然后利用得到的高精度震源子波结合褶积与反褶积思想及相似性现象重构含有低频成分的自激自收数据.将该数据应用到全波形反演中,有效缓减了反演过程中出现的周波跳跃现象,并提高了模型反演的正确性.Marmousi模型和金属矿模型的数值模拟实验证明了新方法改善了在没有低频数据时的全波形反演结果,并有较好抗噪性.     

地震全波形反演及其探测壳-幔结构的研究进展

地球介质的物理属性(如速度)隐含了地球内部结构和演化信息,因而获取高精度的地下介质模型是探测内部结构的重要目标之一.全波形反演方法利用地震观测记录的振幅、相位等全波信息来重建速度和密度等介质参数模型,被认为是建立高精度地下介质模型的最有潜力的研究方法之一,其不但是石油勘探地震成像的主要研究方向,而且在结构地震学获得了较...     

波形差异反演方法及其在气藏描述中的应用

在油气藏开发中后期,如何利用的已有的勘探成果和丰富的油气藏知识,加深对勘探区域油气开发潜力的认识,为油气田的稳产高产服务,是摆在油气田中后期开发人员面前的难题.油气田开发的研究人员,利用现有的资料,开发出了很多方法,结合地震测井等资料为油气田的稳产高产做出了巨大的贡献.本文在分析了地震波在地质体中传播过程中能量变化,相应的产生了振幅变化的理论,利用三维地震数据,通过对三维地震数据解释层位对应的波形差异的分析,结合工区内的生产井和开发井的对应地层中的油气信息,进行反演得到地层的波形差异数据体,利用相应的绘图软件绘制二维平面图形,结合工区内的沉积相等地质信息对其数据体进行油藏解释,最终得到波形差异反演数据体,利用波形差异反演数据体进行油气藏的识别、描述和预测,为油气田的中后期开发服务.     

时间域平面波全波形反演

全波形反演同时利用地震波的振幅和相位信息,基于最小二乘思想反演介质参数,具有高分辨率、高精度等优点.但是,在地震数据的处理过程中运用全波形反演的运算成本非常高.为了解决这个问题,本文通过线性时移函数将多个炮记录压缩为若干个平面波记录,实现了一种基于平面波编码的时间域多尺度全波形反演方法.通过对Marmousi模型的反演测试以及与常规全波形反演对比分析,验证了本文方法的较高的运算效率和较强的抗噪声能力.     

时间域地震全波形反演方法进展

地震全波形反演(Full Waveform Inversion)利用地震波场的运动学和动力学信息建立地层速度模型,能够精确刻画模型细节,成为近年来的研究热点.本文对日渐成熟的时间域全波形反演方法的研究进行了综述,着重评述了地震波场模拟方法、震源子波的处理方式、目标泛函的建立方式、优化反演方法、梯度预处理方式等关键环节的进展,指出了全波形反演方法向分频分尺度、全局搜索与局部搜索联合的优化反演、时间域正演和频率域反演的混合域反演等多种技术有机联合的方向发展.     

基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.     

多主频波场的时间阻尼全波形反演

低频成分缺失和地下速度强烈变化会导致严重的周期跳现象,是地震数据全波形反演的难题.通过对地震数据加时间阻尼和时间积分降主频处理,提出了一种可有效去除周期跳现象的多主频波场时间阻尼全波形反演方法.由浅到深的速度不准确会造成波形走时失配和走时失配的累积.浅部速度的准确反演可有效地减小深部波形走时失配与周期跳现象.对地震数据施加时间阻尼得到时间阻尼数据,利用不同阻尼值的时间阻尼地震数据实现由浅到深的全波形反演.低主频波场的周期跳现象相对高主频波场的要弱.对地震波场进行不同阶的时间积分以得到不同主频的波场,把低主频波场的全波形反演结果作为高主频波场全波形反演的初始模型.应用缺失4 Hz以下频谱成分的二维盐丘模型合成数据验证所提出的全波形反演方法的正确性和有效性,数值试验结果显示多主频波场的时间阻尼全波形反演方法对缺失低频成分地震数据和地下速度强烈变化具有很好的适应性.     

基于反射地震数据的时频域包络反演

包络信号含有丰富的低频分量,即使在地震数据缺失低频条件下,包络目标函数也能有效缓解全波形反演的周期跳跃现象.但是,当初始速度模型较为平滑时,观测数据中的反射地震事件在模拟数据中没有与之相对应的波形,导致包络反演初期无法很好地利用反射波信号进行速度建模.本文提出基于反射地震数据的时频域包络反演方法,通过结合反射波全波形反演理论,构建反射波时频域包络目标函数,来提高包络反演的速度建模精度.本文首先利用Gabor变换获取时频域地震数据,并提取振幅信息,即为时频域包络信号.然后,推导反射波时频域包络反演的伴随震源和梯度算子.Marmousi模型数据测试结果表明,基于反射地震数据的时频域包络反演方法可以为全波形反演提供一个较好的初始速度模型.