被动源数据地震波干涉一次波估计方法研究

发布时间：2018-06-25 00:05

  本文选题：地震干涉 + 声波被动源　； 参考：《吉林大学》2016年博士论文

【摘要】：地震波干涉技术是近几年发展起来的,迅速成为了人们研究的热点方向。地震波干涉技术可以将两个检波器之间传播的地震波进行重构,合成新的地震记录,被称为虚拟炮记录。其中一个检波器被看作虚拟源,进行激发,另一个检波器接收。地震波干涉技术可以利用混沌无序的噪声信号进行有效信号的提取,来反映地下地质构造的有效信息。本文分别研究了声波和弹性波被动源地震干涉技术及一次波估计方法。首先,系统地推导了声波互相关算法地震波干涉技术的基本原理。在此基础之上,又对反褶积算法进行了推导。对比分析了声波脉冲型和噪声型被动源数据的特点,分别利用互相关算法和反褶积算法对两种类型的声波被动源数据进行波场重构,合成虚拟炮记录。通过与主动源地震记录的对比,验证了合成的虚拟炮记录的准确性。同时,可以发现,反褶积算法合成虚拟炮记录的分辨率要高于互相关算法。其次,本文提出了线性Radon域被动源数据地震波干涉技术。由于在时空域中进行地震波干涉技术时,是通过对全体被动源数据进行干涉叠加处理,来合成虚拟炮记录。但是,合成虚拟炮记录的主要能量来自于“零相位点”,即绝大部分数据的干涉效果通过相互地叠加作用被抵消了,合成虚拟炮记录的主要贡献仅来自于小部分的被动源数据。分析可知,两个检波器接收到的有效地震响应应该来自于相同的激发点,即两个检波器接收到的地震波响应应该具有相同的射线参数。结合线性Radon变换的特点,本文将被动源数据从时空域变换到线性Radon域,对具有相同射线参数的地震记录道进行干涉,成功地合成了虚拟炮记录。在此基础之上,逐渐地缩小扫描孔径,对比和分析合成虚拟炮记录的成像效果。可以发现,在扫描孔径很小的情况下,合成的虚拟炮记录中,有效波响应仍然得到了较好的重构,进一步论证了合成虚拟炮记录的主要贡献来自于“零相位点”的观点。同时,由于在线性Radon域,利用有限的被动源数据就能重构出较好的虚拟炮记录,这样,使地震波干涉技术的计算效率得到了显著的提升。再次,由于声波被动源数据合成的虚拟炮记录中,同时包含了一次反射波和表面相关多次波。基于主动源地震数据稀疏反演一次波估计的理论,本文研究了声波被动源数据一次波估计方法。采用凸L1范数约束的最优化求解方法对声波脉冲型被动源数据一次波估计问题进行求解,避免了传统方法利用时窗防止反演陷入局部最优化的情况。在反演过程中,本文将稀疏变换结合到L1范数约束最优化问题求解过程中,提高了一次反射波估计的准确性。声波噪声型被动源数据合成的虚拟炮记录中,同样包含大量的表面相关多次波。在脉冲型被动源数据一次波估计的基础上,本文提出了噪声型被动源数据一次波估计方法。与声波脉冲型被动源记录类似,声波噪声型被动源记录利用数据矩阵的形式,也可以表示为透射直达波与透射直达波引起的表面相关多次波之和。假设透射直达波的能量最小,给出了声波噪声型被动源数据一次波估计的目标函数。由于声波噪声型被动源数据不具有稀疏性,所以传统方法和L1范数约束方法,都不能用来求解声波噪声型被动源数据的一次波估计问题。根据声波噪声型被动源数据自身的特点,本文引入了基于能量最小原则的LSQR算法,对声波噪声型被动源地震数据进行一次波估计,取得了良好的效果。最后,本文对被动源数据的研究由声波推广到了弹性波,分别推导了弹性波互易定理、脉冲型和噪声型弹性波地震波干涉技术的基本理论。利用理论模型模拟了弹性波脉冲型被动源记录,可以发现,弹性波被动源记录中不仅包含震源激发的纵波(P波)和横波(S波)信息,还包含了大量的转换波,使被动源记录变得更加复杂,同样包含的有效信息也更加丰富。利用互相关干涉方法来处理弹性波脉冲型被动源地震记录,合成的弹性波虚拟炮记录中,P波和S波反射响应都得到了较好的重构,与自由表面弹性波主动源地震记录对比,验证了合成虚拟炮记录的准确性。弹性波虚拟炮记录中,不但包含一次反射波和表面相关多次波,还含有大量的转换波。与声波被动源数据类似,弹性波被动源记录可以分解为震源到达地表的透射直达波,和由这个透射直达波引起的一系列多次波,以及由透射直达波引起的多次波在不同的界面反射或者透射时,产生的大量转换波。本文将声波被动源数据一次波估计方法引入到了弹性波被动源数据处理中,提出了弹性波被动源数据一次波估计方法。分别利用L2范数约束和L1范数约束的最优化问题求解方法,来估计弹性波脉冲型被动源数据的一次波记录。与吸收表面条件下的弹性波主动源地震记录进行对比,估计出来的一次波记录中不仅含有一次波响应,还含有转换波响应。分析可知,透射直达波引起的多次波在不同的界面反射或者透射时产生的转换波,在弹性波一次波估计的过程中,不能对这种由多次波引起的转换波进行压制,所以估计出来的一次波记录中还会含有转换波信息。
[Abstract]:Seismic wave interferometry is developed in recent years and rapidly becomes the hot spot of people ' s research . The seismic wave interferometry can reconstruct the seismic waves propagating between the two detectors and synthesize new seismic records . In this paper , a method for estimating the primary wave of passive source data of acoustic wave is proposed by using the method of optimization solution for the synthesis of passive source data of acoustic wave . In this paper , a method for estimating the passive source data of elastic wave is presented in this paper , which is similar to passive source data of acoustic wave . The passive source data of acoustic wave can be decomposed into one - time wave record of passive source data of elastic wave .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.4

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本文编号：2063595