[发明专利]基于振幅衰减与线性插值的时间域全波形反演方法

说明书

本发明涉及一种基于振幅衰减与线性插值的时间域全波形反演方法，将产生跳周的原因分为两部分：第一部分是观测记录与模拟记录波形极性相反的波形；第二部分是观测记录与模拟记录极性相同但是相位差大于半个周期的波形。对第一部分波形采取振幅衰减的方法，即对这部分模拟记录的振幅乘以一个衰减函数使之减小，从而使跳周部分的波形对梯度的计算干扰减小；对第二部分波形采取线性插值的方法，使观测记录逐渐逼近模拟记录，提高博波形的相关性，从而减少跳周的发生。本发明采用全局互相关目标函数减小反演对振幅信息的依赖。基于振幅衰减与线性插值的时间域全波形反演方法在不降低计算效率的同时减少了跳周的发生，极大地提高了全波形反演的精度。

技术领域

本发明属于地震勘探技术领域，涉及一种地震勘探领域的反演方法，具体涉及一种时间域全波形反演，特别涉及一种基于振幅衰减与线性插值的时间域全波形反演方法。

背景技术

油气能源在当今世界中的作用是不可替代的，油气资源的勘探与开发甚至决定了许多国家的政治导向。因此，油气的勘探与开发迎来了前所未有的机遇和空前的发展。随着勘探与开发的不断深入，陆地和海洋浅层油气田越来越少，深地和深水油气变得愈发重要。地震勘探是深部油气资源勘探的一种方法，其以勘探深度大精度高成为实际生产工作中最主要的方法。它是通过对采集到的地震记录做一定的处理如速度分析、偏移以及反演等，可以得到丰富的地下介质信息如速度、密度、反射系数以及构造走向等。在诸多反演方法中，全波形反演近年来成为地球物理学家研究的热点课题，它是通过对待重建的初始模型正演所得到的模拟记录与实际勘探得到的观测记录进行匹配，得到模型参数更新量再通过优化算法迭代更新最终得到地下介质参数的真实分布。全波形反演方法与传统地震反演成像方法的最大区别在于：其利用了叠前地震波场的全波信息包括直达波、折射波、反射波、多次波甚至噪声等直接进行反演计算，因此包含了丰富的地下参数信息，是目前反演精度最高的方法。

全波形反演方法最初在20世纪80年代由Tarantola在时间域实现的。其将地震勘探领域的地下介质参数反演问题，看成模拟地震记录与实际采集地震记录残差在最小二乘目标函数下的最优化问题。由于该问题是高度非线性以及病态的。因此，在Born近似的理论框架下，该优化问题可以采用局部优化的方法近似求解。反演的梯度用伴随状态法求取，即将目标函数对模型参数求导通过以记录残差为震源的反传波场与正传波场的零延迟互相关得到。伴随状态法的提出避免了直接计算Jacobi矩阵，即一次梯度的求取只需要计算两次波场模拟，从而大大减少计算量，奠定了全波形反演的基础。但是受计算机性能的限制以及反演过程需要很多次迭代，计算效率的问题很长时间内制约了该方法的发展。到了20世纪90年代，Pratt等将全波形反演方法在频率域实现，即采用从低到高的几个离散的频率就可以实现全波形反演，同时从低频到高频的多尺度策略避免了反演陷入局部极小值。这大大推动了之后学者对全波形反演的研究，使该方法发展的越来越快。

全波形反演方法面临的主要问题就是跳周问题，即模拟记录和观测记录波形相位相差半个周期以上，导致波形匹配错误，从而导致反演结果出错。产生跳周的原因主要有两方面，一是反演的初始模型与真实地下模型相差太远，导致模拟记录波形与观测记录波形相差太大，从而导致跳周。1995年Bunks提出多尺度策略，由于低频波形波长较长，不容易跳周，所以先用模拟记录和观测记录中的低频信息反演出模型的大尺度构造；然后，再以低频段反演结果为初始模型进行全频段反演，最终得到高精度地下介质参数分布。产生跳周的第二个原因是缺少低频信息，地震记录中的低频信号携带了大尺度构造的信息且不易跳周，然而实际观测记录中往往缺失低频信息，这时多尺度策略也无法将地下介质参数准确的反演出来。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种解决跳周问题的基于振幅衰减与线性插值的时间域全波形反演方法。

本发明的目是通过以下技术方案实现的：