波动方程初至波多信息联合反演方法

地震初至波中包含着丰富的近地表速度结构信息,如何分阶段、分尺度地利用这些信息进行近地表速度建模是地震勘探中的一个关键问题.在速度反演的不同阶段,综合利用初至波中的不同信息(如走时、包络和波形等)进行联合反演,可以有效地降低反演对初始模型的依赖程度,提高近地表速度模型的反演精度.为此,本文提出了一种统一基于波动方程正演引擎的初至波多信息联合反演方法,该方法同时匹配观测和模拟的初至波走时、包络和波形信息.在不同的反演阶段选择不同的权重因子调节不同信息的权重,这样不仅降低了反演对初始速度模型的依赖,而且自然地实现了多尺度反演.在每轮反演迭代中,一次正演模拟的波场同时应用于初至波走时、包络和波形匹配,无需额外的射线追踪.同时,联合反演方法在一定程度上缓解了串联反演中目标函数漂移问题,提高了近地表速度建模的精度.     

声波全波形反演目标函数性态

地震波传播的复杂性所引起的地震反演中强烈的非线性问题是目前全波形反演在技术上遇到的最大难题,了解全波形反演中不同的目标函数随不同物性参数的不同摄动尺度的变化性态,对选择合理的反演方法和反演策略具有重要意义.本文参照Jannane等对波形反演目标函数性态的分析方法,通过变密度声波方程,分析了多种地震数据子集的不同目标函数随物性参数的摄动尺度的变化关系,重点分析了它们的非线性程度,为进行分步骤、分尺度全波形反演方法和反演策略的选择提供了理论指导.     

可变网格与局部时间步长的交错网格高阶差分弹性波模拟

交错网格高阶差分方法是一种在保持效率的前提下提高弹性波模拟精度的有效方法.本文将可变空间网格与变化的时间步长技术引入到交错网格高阶差分弹性波模拟中,提出一种空间网格可任意奇数倍变化与时间步长任意变化的交错网格高阶差分弹性波模拟方法.一系列数值试验表明,该方法能够在保证模拟精度的同时,通过有效降低空间与时间维度上的过采样来显著提高弹性波模拟的效率.同时,该方法还能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的局部细微结构,减小弹性波模拟误差,提高介质细微结构处的弹性波传播模拟精度.     

基于Born敏感核函数的速度、密度双参数全波形反演

速度、密度之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得.本文将截断高斯-牛顿法用于声介质速度、密度双参数全波形反演,通过考虑近似Hessian矩阵中反映速度、密度相互作用的非主对角块元素,有效解决了多参数全波形反演中速度、密度之间的耦合问题,在不采用反演策略的情况下,仍能够获得精度较高的速度、密度反演结果.常规的截断牛顿类全波形反演通常利用一阶伴随状态法求取目标函数对模型参数的梯度,利用二阶伴随状态法或有限差分法求解Hessian-向量乘,在每一步内循环迭代过程中需要额外求解两次正演问题,计算量较大.本文基于Born近似,将梯度计算中的核函数-向量乘表示为具有明确物理意义的向量-标量乘的累加运算,同时将Hessian-向量乘转化为两次核函数-向量乘,无需额外求解正演问题,有效降低了计算量.数值实验证明了本文提出的方法的有效性.     

VTI介质多参数联合走时层析成像方法

本文基于球谐展开群速度表达式计算走时关于各向异性参数的Fréchet核函数,利用共轭梯度法对两种参数化方法进行了VTI介质中多参数联合反演方法研究.经过理论分析和数值试验发现,与经典的Thomsen参数化方法相比,垂直慢度、水平慢度与动校正慢度的参数化方式更有利于VTI介质多参数联合走时层析反演.为了克服走时对ε参数的不敏感性,我们采用了两步法进行双参数反演,理论模型试验反演得到了与垂直速度精度相当的ε参数.可以将两步法扩展到三步法以同时反演各向异性介质中的三个参数,数值试验展示了该策略的应用潜力.     

不依赖子波、基于包络的FWI初始模型建立方法研究

地震全波形反演(FWI)从理论走向实际面临着诸多难题,其中之一就是需要一个较高精度的初始模型,另一个难题就是需要一个较为精确的震源子波,初始模型和震源子波的准确程度严重影响着全波形反演的最终结果.为此,本文提出了不依赖子波、基于包络的FWI初始模型建立的方法,建立了相应的目标函数,推导出了反演的梯度,给出了伴随震源的表达式,理论上分析了不依赖子波FWI的可行性.在数值试验中,讨论了参考道的选取方式,通过分析归一化目标函数收敛速率,认为近偏移距参考道优于远偏移距参考道,在地震数据含干扰噪音时,平均道作为参考道要优于最小偏移距参考道.通过包络、包络对数、包络平方三种目标函数反演结果的比较,发现包络对数目标函数对深层的反演效果最好.通过不同子波的试验进一步验证了本方法的正确性.     

地震波双向照明的概念及计算方法

根据WRW模型理论,从地震波传播的物理过程给出了双向照明的具体概念,基于该概念提出了计算地震波双向照明强度的基本思路(称为DUC双向照明方法).为了有效提高DUC双向照明方法的计算效率,又提出了DUC-DC双向照明方法,并将提出的上述方法与传统的双向照明计算方法从计算精度和计算效率等方面进行了对比.试验结果表明,本文提...     

变密度声波方程多参数全波形反演策略

多参数全波形反演中各参数之间的相互耦合增加了反演的非线性程度.通过分析各参数之间的相互影响,提出合理的多参数反演策略是解决该问题的有效途径.本文从变密度声波方程出发,首先研究了密度在速度反演中的重要作用,然后分析了速度对密度反演的影响程度,进而提出了一种有利于速度、密度分步联合反演的策略.第一步,利用给定的初始模型对速度、密度进行同时反演,得到比较可靠的速度反演结果;第二步,利用第一步反演得到的速度和给定的初始密度作为初始模型,继续进行双参数同时反演,这样可以同时得到比较可靠的速度、密度反演结果.为了进一步提高反演精度,将第二步反演得到的速度、密度作为初始模型,再进行下一轮双参数联合反演.二维理论模型实验结果充分说明了本文提出的这种反演策略的有效性.     

弹性波传播数值模拟的区域分裂法

本文针对弹性波波场传播的数学模型,提出了一种基于有限元和有限差分耦合的区域分裂方法．它有灵活的网格剖分,克服了单纯用差分方法对区域的依赖性,可以适用于曲边地表;达到同样精度所需的计算量比有限元方法小;并易于实现并行计算．数值实验表明了算法的有效性．     

单分量地面记录地震波场分离的非线性滤波方法研究

单分量反射地震勘探地面记录的垂直位移分量uz应表示为纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz之和.对反射地震数据进行精确处理必须从垂直位移分量uz中分离出独立的纵波位移分量uPz和横波位移分量uSz或者其他的波场分量,例如瑞雷波.现有的地面记录的纵横波分离方法建立在多分量记录基础上,而分离瑞雷波是基于波传播视速度差异的特性,其中隐含了数据观测面是弹性自由边界的假设,这和实际的地面观测条件是有差别的.文中设地面为一非弹性自由边界,利用非弹性自由边界面上的应力条件,给出了从单分量垂直位移记录uz中分离纵波垂直位移分量uPz和横波垂直位移分量uSz的非线性滤波方法.当边界为自由弹性时,该非线性滤波退化为线性视速度滤波.最后讨论了该滤波方法用于反射纵波和频散瑞雷波场分离的可能性.