基于非精确全牛顿算法VTI介质多参数全波形反演

发布时间：2017-12-07 20:22

  本文关键词：基于非精确全牛顿算法VTI介质多参数全波形反演

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【摘要】：地震数据反演方法是研究地下介质构造及其分布情况的有效手段,其利用地震波所携带的信息来获取地下介质的物性参数。随着人们对地下介质的深入研究,获取更高精度的地下介质物性参数,成为当前地球物理反演的主要问题,而传统的地震数据反演方法已经不能地震勘探的需求。近些年,全波形反演作为一种新型的地震数据反演方法,以其能充分利用地震数据中各种类的有效信息以获取更高精度的地下介质参数,为广大地球物理学者所青睐,成为当前地震成像中主要的研究热点之一。常规全波形反演研究主要基于各向同性介质理论,而在实际的地下介质中,岩层由于应力的诱导、裂隙的定向排布等因素,使得其中分布着广泛的各向异性介质。因此基于各向异性理论的FWI将能提供更精准,分辨率更高的地下介质成像结果,有助于准确描述地下介质的物性参数。因此对于各向异性介质FWI研究显得尤为重要。对于FWI而言,正确的正演数值模拟至关重要,常规的基于弹性波波动方程的数值模拟虽能很好的描述地震波在地下介质中的传播,但在模拟计算过程中存在参数多、计算量大、耗时长等问题,将增加FWI的计算量和计算内存。相较而言,采用声波波动方程的数值模拟方法,具有参数少、计算量小、易于实现等优点,且其数值模拟结果能够很好的近似弹性波数值模拟结果。因而可有效避免由参数过多所导致的FWI复杂性增加。本文中应用基于声学近似假设理论,以声波方程代替弹性波方程进行各向异性介质的正演数值模拟,推导了VTI介质声波方程,并进行频率域的正演模拟。文中还对全波形反演的基本理论和全波形反演中目标函数的设定、模型参数更新量的计算,以及优化算法的选择以及FWI中常见的问题分别进行了介绍。此外,针对FWI中由于数据量过大所导致计算时间较长的问题,本文采用多震源混合震源采集技术代替传统的单炮震源逐次采集的方式,来提升FWI的计算效率。同时对混合震源中串扰噪声的产生及削弱原理进行分析和说明,采用有效的震源编码技术来压制串扰噪声对反演结果的影响。通过实验结果表明采用震源编码技术在保证反演精度的基础上,能有效提FWI的计算效率。在各向异性介质FWI当中,需对多个地下介质物性参数进行反演。本文中首先讨论了VTI介质FWI中介质模型参数化方式,选择不同的参数化方式将影响不同参数的反演能力。通过辐射模式分析对参数的敏感性进行说明,并结合数值模拟结果讨论了参数化选择策略。同时,通过Hessian矩阵元素分析,解释不同参数间的耦合效应对反演结果的影响,通过求解准确的逆Hessian矩阵算子能削弱不同参数间的耦合效应。本文采用一种非精确全牛顿法计算Hessian矩阵的逆算子,并与L-BFGS方法相比较,实验结果表明利用该种非精确全牛顿算法计算出的Hessian矩阵逆算子更准确,反演结果精度更高。但该种优化算法也存在一定的不足,即在每次模型迭代中所需正演次数要高于L-BFGS法,在一定程度上会降低反演效率,当然在当前的条件下是可以接受的。
【学位授予单位】：吉林大学
【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：1263675