全波形反演

摘要： 全波形反演是一种基于声波/弹性/黏弹性波动方程来反演三维地球模型的高分辨率成像方法.目前该方法已经被广泛应用于油气勘探、地壳与上地幔结构以及地幔对流的研究当中.使用该方法,可以建立一个统一的理论和算法框架来反演地球内部的多个地震学参数模型,主要包括P波和S波速度、各向异性、黏滞性衰减、密度以及反射系数等.通过联合解释这些地震学多参数结果,可以更好地约束地球内部的温度变化、物质构成、地幔对流以及水和挥发成分的分布.目前,关于全波形反演的研究前沿主要包括目标函数的选取、多参数联合反演、模型正则化约束、分辨率和不确定性分析,以及其在新型地震数据,例如背景噪声和线性密集台阵中的应用.此外,为了更好地解释反演所得到的地震学多参数模型以及探讨相关的地球科学问题,需要多学科之间的交叉合作,包括结合地震学以及岩石矿物实验和地球动力学模拟等的结果.相关的成果对更好地认识油气储层构造、盆地结构、断层分布以及地幔对流具有重要的科学意义.

摘要： 由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质问题上发挥了越来越重要的作用.

摘要： 鄂尔多斯地块西南缘作为青藏高原东北缘扩张的最前端,获取其高精度三维速度结构对揭示地块间物质转移和相互作用机制有着重要的研究意义.本文收集并整理了677个流动台站上记录到的8个4.7级以上地震事件的数据,采用基于伴随谱元的全波形反演方法,获得了研究区内0~60 km的三维速度结构.模型成像结果表明,在鄂尔多斯地块低速沉积层下方的地壳相较于同一深度的地壳速度结构呈明显高速,上地幔速度结构连续.华南地块内部速度结构表现为古老克拉通稳定的岩石结构,但北部地壳并不具备相似特征.相较鄂尔多斯地块和华南地块,阿拉善地块内部壳幔速度结构要复杂得多.在北纬38°以北,鄂尔多斯地块内部部分地壳速度结构呈高速,上地幔呈低速,而地块南部地壳速度结构则具有相反的特征.地块内部的20 km处存在不连续分布的低速体表明,鄂尔多斯地块稳定克拉通的岩石结构发生了一定改变.此外,研究区内断裂附近对应有显著速度结构异常,这也为研究区深入开展深浅构造耦合研究提供有力的地震学成像约束.

摘要： 震源参数反演是微地震监测中的关键技术,常规走时或逆时定位方法可以快速获取震源的空间位置,但是会忽略震源的时间信息.全波形反演(FWI)是一种有效的工具,利用完整的波形信息,通过选用合适的优化算法对微地震事件震源参数进行迭代反演,虽然存在计算量大的问题,但是反演出的结果信息丰富并且精度较高.本文依据微地震震源的特点,提出了基于谱投影梯度组稀疏约束的优化算法来进行震源参数全波形反演,模型测试结果表明:该算法相比于逆时定位定位精度更高,且可以反演子波波形信息;对低信噪比微地震记录具有一定的鲁棒性;对不同时刻的多震源参数反演也能得到较好的结果;该方法对速度模型具有敏感性,通过微地震数据更新速度模型再进行震源参数反演可以提高反演准确性.

摘要： 正则化是缓解反演不适定性、约束解特征的重要方式。Tikhonov正则化、全变分(TV)正则化是全波形反演中常用的两种正则化方法,分别具有压制高波数和保护地层边缘的特点。双参数整形正则化、混合双参数正则化和稀疏结构约束正则化是在二者的基础上发展而来,并具备各自优势。为系统论证不同正则化方法特点,对五种正则化方法的全波形反演进行了对比分析。背斜—超覆模型、Marmousi模型测试表明,不同的正则化方法均对反演结果有不同程度的改进。双参数整形正则化兼具Tikhonov正则化和TV正则化的优势,并可有效提高深部反演精度。混合双参数正则化能进一步提高浅层反演精度。相较于其他方法,稀疏结构约束正则化无论在地层连续性,还是在边缘结构的刻画上均有明显优势。

摘要： 伴随状态法是全波形反演的主流梯度计算方法,该方法对水平构造反演效果较好,但是不易反演垂直构造.对此,本文以有效反演垂直构造为目标,提出了一种基于垂直构造梯度优化的全波形反演方法.首先基于波场传播特征,分析了伴随状态法在垂直构造梯度计算方面的局限性.在此基础上,通过构建模拟数据和观测数据之间残差逆传波场的自相关项,实现了垂直构造位置处的梯度补偿;并将其以自相关梯度项能量最大值为归一准则与伴随状态法所得梯度相结合,以保证在有效反演垂直构造的同时兼顾水平构造反演效果.单层、双层阶梯模型测试表明本方法可以有效反演垂直构造,同时提升水平构造反演效果;局部Marmousi模型测试证明了本方法同样可以改善倾斜构造的反演效果.

摘要： 复杂的浅层气云使地下波场严重扭曲,地震剖面呈现模糊带,影响工区的构造认识和储层描述.品质因子Q是地震波在地层中的衰减属性,Q深度偏移是考虑了地层吸收衰减的偏移成像技术,是提高气云区成像质量的有效方法;但是当浅层气云和深层底辟构造复杂发育时,常规Q场建模的精度往往不能满足Q偏移精细建模的需求.为解决以上难题,本文创新性地提出了全波形反演(full wave inversion,FWI)约束Q场建模技术思路:基于常规网格层析建立初始速度模型,利用FWI技术精细刻画速度异常进而约束Q模型的建立.这一“常规层析FWI Q反演”迭代的技术思路在白云凹陷Q深度偏移成像中得到成功应用,不仅提高了气云模糊区的成像质量,而且避免了油气勘探认识的多解性,证明了FWI约束Q场建模和Q深度偏移技术方法对改善复杂气云发育区的成像有效性.

摘要： 全波形反演(FWI)通过综合利用波场的运动学和动力学特征来实现对地下介质的高精度建模,是最具潜力的反演方法之一。目前,全波形反演仍面临诸多亟待解决的问题,最著名的就是初始模型依赖性问题。低频成分对于恢复长波背景速度结构进而构建初始模型至关重要,但是实际采集的探地雷达(GPR)数据中往往存在低频信息不足的情况,导致全波形反演难以获得理想的结果。为此,该文提出基于地面多偏移距雷达数据的包络-波形反演方法,利用包络波场携带低频信息的特征来构建大尺度背景模型,同时又实现了对小尺度弱扰动目标体的精细刻画。在原始记录低频成分缺失的情况下,通过与常规全波形反演方法进行对比表明:包络-波形反演方法能够有效重构缺失的低频成分,提高对地下大尺度背景构造和细节信息的成像效果。

摘要： 微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减和速度各向异性会导致震源机制反演结果的误差.本文提出了一种考虑地层各向异性吸收衰减作用的震源机制全波形反演方法,对于黏弹性VTI介质,采用GPU并行的伪谱法计算合成地震记录,通过全波形反演方法匹配合成波形和记录波形,借助优化算法获得震源机制矩张量反演结果.本文通过实验测试验证了该方法的有效性,分析了震源区各向异性速度和衰减参数、噪声以及观测系统等对于微地震震源机制各分量及成分反演结果的影响,研究表明考虑模型中的黏弹性各向异性对于获得可靠的震源机制反演结果非常重要.

摘要： 该文设计了一种使用U-Net网络解决骨密度全波形反演的初值依赖、多解、病态等问题的方法。首先使用逆时偏移成像,将其结果输入神经网络得到模型的预分布。将该分布作为全波形反演目标函数的约束,可以使反演的结果更接近最优值,还可以减小反演对初始值的依赖。该文进行了一些模拟实验,得出该文的方法可以改进全波形反演对初始值的依赖和容易陷入局部极值的问题。

摘要： 全波形反演是基于地震数据波形匹配的一种叠前反演方法,它能够充分利用叠前数据中的运动学和动力学信息,得到高分辨率和高精度的反演结果.为了匹配地震波形,全波形反演的每次迭代都需要若干次地震波正演,计算量非常大,尤其是三维情况下,提高效率和并行稳健性是全波形反演工作的前提与关键.为此,本文采用GPU加速技术来计算地震波场,相比CPU可提高几十倍的效率;引入随机边界来反传重建震源波场,从而高效地计算反演梯度,相比Checkpoint法和有效边界技术,大幅减少了数据存储和数据交换的成本,具有计算效率高和存储量小的优点;开发了作业池并行作业管理机制,相比较MPI等编程接口,能够确保全波形反演更加稳健地在大规模并行机群上运行.采用3D Overthrust模型进行速度反演测试,显示了本文方法的高效性和稳健性.

摘要： 地震全波形反演能充分利用叠前波场的运动学和动力学信息,去反演出地下介质速度、密度、体积模量等储层信息,因此具有揭示复杂地质构造的特点和刻画岩性细节信息的能力.本文通过对模型参数梯度进行L1范数约束的基础上去构造目标函数,结果表明全波形反演中通过对模型参数梯度进行基于L1范数的约束，能使反演参数在水平和竖直方向上同时达到很好的稀疏块状效果，能够刻画保留参数突变的边界，提高分辨率。尤其对于实际的层状均匀等的块状结构地层，此种方法反演效果更加明显，反演结果更真实的接近实际地层情况。另外，此种全波形反演方法采用的时间域也使得在以后的三维大数据体的应用中更为实际、高效。

摘要： 全波形反演方法作为一种较为重要的速度建模方法,特别是在地质条件复杂地区,近年来一直是地球物理工作者研究的热点.至目前,制约全波形反演方法生产实用化的因素较多,例如:计算稳定性、反演收敛情况、复杂地表等.正演模拟是全波形反演的基础,计算量大,起伏地表条件下波形反演算法的关键是正演算法中考虑起伏地表的影响.针对上述问题,本文选择一种较好的基于编码的处理起伏地表的方法——纵向坐标变换法,将起伏地表映射为水平表面,使得地震波在复杂情况下传播能得到很好地模拟,为接下来的逆时偏移和波形反演打好基础,然后在映射后的坐标系下进行反演速度建模,并将相位编码技术应用于其中,提高计算效率.在编程实现算法的基础上,通过中原模型试算,表明该方法能够准确模拟起伏地表上的地震波场和正确成像,大幅提高了反演效率,验证了新方法的正确性和更好的适应性.

摘要： 为了提升密度反演的准确性,本文基于动态时窗与多尺度反演策略发展了一种两步法弹性波全波形反演。对模型的测试结果表明,该方法可以在初始速度模型精度较低时也取得比较好的反演结果.

摘要： 随着地震勘探复杂程度的提高,地震勘探技术不断深入研究,对复杂介质的反演研究逐渐增多.全波形反演作为一种有效的反演方法,大多数研究只利用其反演速度参数,对于粘滞性参数Q的反演研究较少.原因主要是全波形反演对于粘滞性参数的反演存在一定的难度.因此针对粘滞性参数Q与速度V的耦合性与敏感性分析,使用频率域全波形反演方法,提出Q与V联合反演方法.首先针对全波形反演框架下，对速度V与粘滞性参数Q敏感性与耦合性进行分析。建立相应的理论模型，进行反演，对该模型进行频率域粘声全波形反演，验证了上述方法对速度，尤其是对Q值反演精度有明显的提高，证明了其有效性与适用性。

摘要： 时移地震作为一种有效的油藏监测方法，对于井位优化、分析地下由于油气采集或CO2注入所导致储层参数的变化有着重要作用。全波形反演利用了地震波场的运动学和动力学信息来反演地下介质参数，是一种高分辨率的反演方法。将全波形反演应用到时移地震中监测储层参数的变化，具有很重要的研究意义。对于全波形反演，由于其巨大的计算量，造成其应用到实际生产中有较大困难，在时移地震中，真正对生产有价值的在于目标储层，若在反演的过程中，将反演范围限制在目标区域周围，使其更具有针对性，将大大减小计算量，这还需进一步的讨论。

摘要： 地震反演问题是利用观测到的地震数据确定地下的结构,是和地震正问题紧密相关的.根据反演时使用信息的不同,反演方法可以分为走时反演、振幅反演、全波形反演三大类.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,具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力.通过分析，结果显示，提出的这种基于canny边缘检测算子和双边滤波的边缘引导和结构约束的全波形反演方法，在每次全波形反演迭代中，可以通过canny边缘检测算子得到反演模型的边界信息，相对于全波形反演此过程仅仅需要很少的计算量；检测到模型的边界信息后，用得到的边界信息对数据残差的梯度做一定的修正，使得模型梯度对界面更加敏感。此外本方法利用得到的边界信息对全波形反演做一定结构约束正则化，使反演结果的结构更加简单。本方法解决了常规全波形反演方法的边缘信息和结构信息模糊的问题，并且可以克服强噪声去噪过程中对模型结果和边界的损坏，增强反演结果结构和边界信息。与由偏移成像得到边界信息来引导的全波形反演相比，具有快速有效的特点。

摘要： 本文通过应用多炮同时激发波场求取步长的方法得到的反演效果与传统的一次单炮方法反演效果进行对比.为了对上述方法进行验证，将其用在了overthrust模型上，考虑到时间等方面的影响，只截取部分模型进行测试。所截取的模型大小为161*551，空间网格为15m，子波主频率为15Hz，时间采样间隔为0.001s，总共采取了2000个时间点，炮点和接收点都在深15m处激发和接收，炮点数总共为56炮。通过模型试算，多炮同时激发计算步长的反演效果比一次单炮激发的效果好。得到以下结论：基于同时激发波场求取步长可以在保证相同精度的情况下，还能减少可观的计算量以及计算时间。以上方法较好刻画真实模型的反演结果，每次迭代也能够稳定收敛，基于多炮同时激发求步长的方法也具有普遍性。

摘要： 探地雷达是用高频无线电波来确定解释内部物质分布规律的一种地球物理方法。本文将麦克斯韦方程的波形反演方法应用到了地面探地雷达反演中，这里地面探地雷达成像技术采用单发多收的采集方式，利用反射波对电场进行全波形反演，通过观测地下介质特性的波形、走时、相位等信息，反演整个空间介电常数和电导率的分布情况，进而实现寻找异常体，以及对地层分层的目的。从反演结果上看，目前尚无法得到异常体与下方地层的准确介电常数和电导率信息，且对初始模型依赖程度较大，但通过观测反演结果中的边界，对异常体和分层位置情况判断还是较为准确的，且反演结果中的边界在单独反演介电常数时更加明显。

摘要： 本文阐述了频率域弹性波波形反演的基本理论及高效的并行实现算法，并且对多尺度反演展开讨论与分析，最后详细阐述了频率域反演的多尺度策略，并通过模型试算验证方法的有效性。

摘要： 本发明提供了一种基于全波形反演的高精度波阻抗反演方法及系统，属于地震资料解释领域。该基于全波形反演的高精度波阻抗反演方法采用基于CPML边界条件的速度‑阻抗方程进行地震波数值正演得到地震数值模拟记录，利用所述地震数值模拟记录与实际观测数据的误差通过全波形反演获得高精度波阻抗。本发明方法通过全波形反演得到的阻抗不仅在井位处获得了准确的阻抗值，也反演得到了真实模型中的构造形态，且断层断块边界清晰。采用全波形反演获得的阻抗模型进行地震资料解释工作将会大幅提高油气预测的准确性和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种提高高陡构造速度反演效率的全波形联合反演方法，属于石油地球物理勘探领域，本发明通过输入初始速度场、炮记录及震源子波，建立观测系统；使用传统逆时偏移获得成像结果并作为反射系数模型，应用线性正演模拟和线性波场反传；计算两种棱柱波的梯度方向并相加求得棱柱波形反演的梯度方向，用线性搜索方法或者抛物拟合方法求取更新步长，用求取的梯度方向和步长更新速度；用常规全波形反演方法再次更新速度，判断是否满足误差条件，如果不满足误差条件，利用更新的速度作为输入速度再次更新速度，如果满足误差条件，输出反演结果。本发明降低了对初始模型中高陡构造信息是否缺失的依赖性，提高了对高陡构造的反演精度和效率。

摘要： 本发明提供了一种基于全波形反演的高精度波阻抗反演方法及系统，属于地震资料解释领域。该基于全波形反演的高精度波阻抗反演方法采用基于CPML边界条件的速度‑阻抗方程进行地震波数值正演得到地震数值模拟记录，利用所述地震数值模拟记录与实际观测数据的误差通过全波形反演获得高精度波阻抗。本发明方法通过全波形反演得到的阻抗不仅在井位处获得了准确的阻抗值，也反演得到了真实模型中的构造形态，且断层断块边界清晰。采用全波形反演获得的阻抗模型进行地震资料解释工作将会大幅提高油气预测的准确性和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种提高高陡构造速度反演效率的全波形联合反演方法，属于石油地球物理勘探领域，本发明通过输入初始速度场、炮记录及震源子波，建立观测系统；使用传统逆时偏移获得成像结果并作为反射系数模型，应用线性正演模拟和线性波场反传；计算两种棱柱波的梯度方向并相加求得棱柱波形反演的梯度方向，用线性搜索方法或者抛物拟合方法求取更新步长，用求取的梯度方向和步长更新速度；用常规全波形反演方法再次更新速度，判断是否满足误差条件，如果不满足误差条件，利用更新的速度作为输入速度再次更新速度，如果满足误差条件，输出反演结果。本发明降低了对初始模型中高陡构造信息是否缺失的依赖性，提高了对高陡构造的反演精度和效率。

摘要： 本发明涉及一种基于双差思想的全波形反演方法，该方法包括以下步骤：1)对原始地震数据进行预处理；2)建立初始速度模型：3)利用双差波形反演方法进行速度迭代更新，获得最终的速度模型。与现有技术相比，本发明能够在光滑模型下减弱地震子波误差对波形反演的影响，获得较高精度与分辨率的速度模型。

摘要： 本发明属于海洋地质勘查领域，具体涉及一种海上犁式缆全波形反演鬼波压制方法、系统、设备，旨在解决现有的鬼波压制方法预测的鬼波存在比较大的误差，导致鬼波压制后的地震数据精度低、存在假象的问题。本方法包括：获取地震数据；对构建的Lipmann‑Schwinger积分方程进行联合求解，得到入射波场及接收揽曲面的波场的法向导数；通过只包含接收揽曲面上积分的Kirchhoff积分方程进行波场延拓计算，得到平缆记录上海平面的波场；计算鬼波延拓算子；利用全波形反演技术对含有鬼波数据的平缆记录上的海平面的波场进行鬼波压制，得到压制鬼波后的地震数据。本发明提高了鬼波压制后的地震数据的精度、信噪比。

摘要： 本发明提供了一种寻优加速的全波形反演方法及系统，属于地震资料处理领域。所述一种寻优加速的全波形反演方法对原炮集进行随机抽取获得抽取炮集，并通过MPI管理多组进程分别根据抽取炮集和不同的步长获得最佳步长，最终利用最佳步长获得速度更新量。本发明通过随机分布的炮集取代了使用全部计算步长提高运算效率，不改变原来的计算步骤，不影响原来计算效果。同时，通过随机选取部分炮集，避免规律性，不影响统计学规律，在求取步长过程中，仅利用部分炮集即可求取合适的步长，且通过MPI管理易于实现。

摘要： 本发明提供了一种构造增强的梯度预处理全波形反演方法及系统，属于地震资料处理领域。该构造增强的梯度预处理全波形反演方法根据噪音分布特点统计噪音分布，同时记录噪音的位置，并对噪音的梯度进行重新赋值，实现对噪音的去除。本发明避免了传统根据数值处理方法的过处理或者处理不充分，在噪声压制上取得了良好的效果，有效增强了反演构造特征，细节更加丰富，细小构造更加突出。

摘要： 本发明提供一种有限差分模拟弹性波全波形反演方法和装置，该方法包括：根据纵横波速度模型，确定速度‑拟应力弹性波动方程的纵横波差分参数；所述速度‑拟应力弹性波动方程的纵横波差分参数，包括：纵横波有限差分离散格式，纵横波差分系数，纵横波稳定性条件，纵横波频散条件，初始条件，边界条件；采用GPU共享内存优化策略，结合速度‑拟应力弹性波动方程的纵横波差分参数，建立速度‑拟应力弹性波动方程，进行时间四阶精度有限差分模拟，获得时间四阶精度有限差分模拟结果；根据时间四阶精度有限差分模拟结果和速度‑拟应力弹性波动方程，进行时间域弹性波全波形反演，确定纵横波速度模型。实现了高效的弹性波场模拟和纵横波速度模型反演。

摘要： 本发明提供一种井震联合全波形反演初始速度模型建立方法与装置，该方法包括：获取研究区的地震数据以及声波测井数据；根据所述地震数据以及所述声波测井数据获取井间的地震速度、井点的地震速度以及对应的测井速度；利用所述井点的地震速度对应的测井速度比例校正所述井间的地震速度；根据变换矩阵与校正后的井间的地震速度构建初始速度模型，其中，通过变换矩阵使井间速度插值时能够保持地震速度的横向变化趋势，融合测井与地震速度信息，建立高精度的波形反演初始速度模型。