地质构造约束高斯波包层析反演方法研究

发布时间：2020-04-30 17:25

【摘要】：地震勘探的目标是利用地震波成像技术实现对地下结构的识别、定位和描述。而反演和偏移则是最主要的成像手段,精确的速度模型则是准确定位地下结构的保证。因为偏移过程中,需要在速度模型中反传观测到的地震记录得到地震剖面,而且速度模型越精确,得到的地下结构的信息越准确;反演过程中,精确的初始速度模型能够降低反演的稀疏性,提高反演效率。所以高质量的背景速度模型在地震勘探技术中占有十分重要的地位。而目前的速度估计技术主要包括射线类的层析和波动方程类的层析方法。射线类的层析反演方法保留着射线理论存在的固有问题,如焦散、阴影、多路径和不能够遍历整个模型等问题;波动方程类层析方法对初始资料的要求特别高,而且计算效率低下。针对以上问题,本文研究了一种介于射线类和波动方程类层析之间的折中反演方法,即高斯波包层析反演方法。该方法保留了常规射线层析计算效率高的优点,同时具备高斯波包局部化的优势,利用高斯波包求取观测数据和模拟数据之间的旅行时差,提高了反演的精度和效率。本文从高斯波包算子理论出发,以高斯束为参照,推导了基于高斯波包的相关理论。结合射线类和波动方程类的层析反演方法原理,建立了关于旅行时差二范数的目标函数,求出目标函数对背景模型的梯度,利用优化方法实现层析反演,实现更新速度模型的目的。为了更进一步探索该方法在反演精度上的潜能,本文提出地质构造约束高斯波包层析反演方法。地质构造约束方法基于常规正则化,利用地质构造属性(反射点的位置信息和该点对应位置的地层倾角信息)作为先验信息,构建高斯光滑矩阵完成对反演结果的约束。本文还介绍了提取地质构造信息的方法,即基于断层检测法和结构张量算法组合而成的对地质构造信息自动拾取方法。最后,本文对有无地质构造约束的高斯波包层析反演方法反演结果进行了对比,可以看出地质构造约束利用了地层中的反射点位置信息和对应点构造倾角信息,降低了层析反演的非线性性,保证了高斯波包层析反演的精度和稳定性,使反演结果更具地质意义。
【图文】：

(d) (e)图 2-1 高斯束与高斯波包在 Marmousi 模型中的形态Fig2-1 the shape diagram of Gaussian beams and Gaussian packets in Marmousi因此，在时间独立的模型中，高斯波包以波速沿着空间射线传播。在时间为4x时，高斯波包在空间上近似于高斯分布。在任何时候，，占据高斯波包主要能量的部分集中于高斯波包中心点iy 附近。这个附近为高斯波包的有效区域。在时间已知时，高斯波包的有效区域在空间上是有限的，而对于频率足够高时，有效区域更加集中于其中心点。然而，在时空域，高斯波包的有效区域不是有限的。频率足够高的情况下，高斯波包的有效区域充分的小。利用特征线法，通过给定时空域的慢度向量,N 和 Hamiltonian（汉密尔顿函数） H H x ,N ，即可求得程函方程的解。不像高斯束，高斯波包的相位函数不仅仅在形式上为

所有方程可以直接使用，没有额外的坐标变换。射线中心坐标系（如图2-2）则为非常规的坐标系，特别是有两个重要属性：（a）极化向量在中心射线上不旋转；（b）动力学射线追踪方程是解耦的，并且可以减少系统方程中的数值解的个数。图 2-2 射线中心坐标系Fig2-2 the ray centered coordinate system其变换矩阵为：jkjkk jx qHq x （2-15）该矩阵是构成射线中心坐标系的基向量的酉矩阵。所以，在描述高斯波包时，通常选用射线中心坐标系来表达沿着高斯波包的传播方向上的射线。一般的，在中心射线处的旅行时和慢度向量能够通过空间射线追踪求得。相位函数的二阶导数矩阵可以通过动力学射线追踪求得，在一般笛卡尔坐标中，其可能是直接被估算出来，或可能是在射线中心坐标系转换为本文所需的笛卡尔坐标系中进行估算。矩阵
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.4

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本文编号：2646008