基于双参数正则化的频率域解缠相位全波形反演研究

发布时间：2017-04-09 08:09

  本文关键词：基于双参数正则化的频率域解缠相位全波形反演研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复杂地质构造下的油气资源勘探对成像的分辨率要求很高,该地震数据的常规处理技术应基于高分辨率的地震偏移,而速度模型的分辨率对于偏移成像的分辨率又起到关键作用。本文研究速度模型的全波形反演技术,相比于走时成像方法,全波形反演弥补了高频率信息缺失的不足,而相比于速度分析,又更加细致地刻画地下复杂构造的特征及油气储藏状况。全波形反演依托于最小二乘偏移原理,运用震源波场相关反传波场的伴随技术,更新模型参数,以求与实际构造的最佳匹配。本文主要致力于目标函数的改进工作和优化算法的研究。首先,针对目标函数构建提出两方面改进:一是加入双参数正则化项,提高构造轮廓清晰度;二是加入解缠相位提高反演分辨率。其次,本文还对比研究了两种优化算法,尝试提高大型全波形反演速度和收敛性。全波形反演的目标函数表示实际数据获取模型参数更新量的关系式,它也反映了全波形反演方法的根本意义所在,即充分利用波形的全部信息---波场的相位和振幅---反演地质构造体。因此,构建合理的函数关系对于提取数据信息,并如实反演出这些信息是十分必要的。波形反演成像的低频信息缺失导致地下构造的底部成像不清晰,本文提出双参数正则化方法,提高构造轮廓清晰度,而双参数的存在则有益于协调成像的光滑度和尖锐度,最终增强其清晰度;频率域相位包裹现象导致波形反演时的局部极值匹配,即周期跳跃而不能在真实位置处拟合,本文提出用相位解缠方法构建目标函数,利用瞬间走时推导出频率域相位,在此过程中,由于相位最终是由振幅表示,因此,相位信息与振幅信息均参与形反演,不至于有信息缺失的问题。本文数值模拟所改进的函数,在Marmousi模型中实现了双正则化的相位解缠全波形反演,实验结果表明构造边界的清晰度改善,周跳现象有所缓解,可以表明此方法有助提高分辨率。优化算法是反演的重要工具。选择不同的算法决定了反演的收敛性和计算速度。本文研究Powell算法、L-BFGS算法,对比了无约束条件下的Powell算法和加约束之后的Powell算法的反演结果,分析此算法的精度,并与较传统的LBFGS优化算法的结果对照。本文在Marmousi模型上实现两种优化算法,分别得到它们的收敛曲线、速度模型,对比其反演的有效程度。结果表明,约束条件促进反演收敛,更加之Powell算法无需计算大型Hessian矩阵,其反演速度极快,然而,与LBFGS方法相比,不足之处在于稳定性较弱。
【关键词】：全波形反演 双参数正则化 解缠相位 Powell L-BFGS 金属矿
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.4;P618.13
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究目的和意义10-14
• 1.1.1 全波形反演国内外研究现状11-12
• 1.1.2 目标函数研究现状12-13
• 1.1.3 优化算法研究现状13-14
• 1.2 论文主要研究内容14-15
• 第2章 地震波场模拟15-24
• 2.1 频率域二维声波方程正演15-22
• 2.1.1 数值正演模拟15-18
• 2.1.2 波场边界处理18-19
• 2.1.3 地震子波19-20
• 2.1.4 数值模拟20-22
• 2.2 格林函数点源场22-23
• 2.3 小结23-24
• 第3章 目标函数24-43
• 3.1 解缠相位24-30
• 3.1.1 相位解缠现象25-26
• 3.1.2 基于解缠相位的目标函数26-27
• 3.1.3 梯度方法27-30
• 3.2 双参数正则化30-42
• 3.2.1 双参数混合正则化33
• 3.2.2 正则化梯度33-34
• 3.2.3 数值模拟34-35
• 3.2.4 随机介质模型的全波形反演35-42
• 3.4 小结42-43
• 第4章 多震源编码梯度算法43-52
• 4.1 多震源同时激发43
• 4.2 混合噪音43-44
• 4.3 相位编码技术44-46
• 4.4 反演频率选择46-49
• 4.5 小结49-52
• 第5章 优化算法52-61
• 5.1 L-BFGS牛顿法53-56
• 5.2 POWELL优化算法56-60
• 5.3 方法对比60
• 5.4 小结60-61
• 第6章 结论与展望61-63
• 参考文献63-71
• 作者简介及攻读期间的科研成果71-72
• 致谢72

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