基于初始模型优化的稀疏高效全波形反演方法

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1、分类号：P631.4单位代码：10183基研究生学号：2014621013密级：公开基于初始模吉林大学型优化博士学位论文的稀疏高效全波形反演方法段超然段超然吉林大2018年6月学基于初始模型优化的稀疏高效全波形反演方法SparselyefficientFullWaveformInversionbasedonoptimizedinitialmodel作者姓名：段超然专业名称：地球探测与信息技术研究方向：全波形反演指导教师：韩立国教授学位类别：工学博士培养单位：地球探测科学与技术学院论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月

2、日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席孙建国教授吉林大学委员孙大明教授级高工中石化东北石油分公司时志安教授级高工吉林省地质勘察设计院曾昭发教授吉林大学王德利教授吉林大学翁爱华教授吉林大学郭智奇教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行

3、研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕

4、士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：地球探测与信息技术论文题目：基于初始模型优化的稀疏高效全波形反演方法作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市西民主大街6号邮编130026作者联系电话：18684306734基于初始模型优化的稀疏高效全波形反演方法摘要（作者姓名：段超然指导教师韩立国教授）全球经济的高速增长促进了各国对油气资源的需求，油气勘探也随之迎来了巨大的发展机遇。随着目标地质区域开发难度的增加，勘察探测所需的技术要求也日益增高

5、。为满足实际生产研究的需求，全波形反演技术应运而生。全波形反演（FullWaveformInversion）是地震勘探的研究前沿，该方法可以同时利用运动学以及动力学信息，通过最小化实际数据和理论数据之间的残差来迭代更新，得到更加准确的地下介质参数。由于全波形反演方法可同时利用地震波的旅行时、振幅、相位等信息，因此具有更好的恢复地下构造的能力，相比于常规的速度建模方法，它具有成像精度高，模型参数反演准确，复杂构造成像效果好等优点，能够更好的描述复杂地质构造，是一种高精度的地震成像方法。利用全波形反演可以为后续的偏移成像提供更高精度的

6、速度模型，以便于之后的岩层和岩性的识别。本文给出了一种联合初始模型优化方法，该方法可以改善全波形反演的稳定性，进而提高了反演结果的精度。全波形反演是一个非线性欠定问题，这导致了全波形反演结果的非唯一性，也就是相同的地震记录可能对应不同的速度模型，从而导致反演无法收敛到唯一的正确解。另外，由于数据量的限制，全波形反演只能依赖局部优化算法，导致目标函数易于陷入局部极小点，与此同时，实际数据缺少低频信息，导致全波形反演难以恢复模型的长波长部分。基于以上两点，为保障全波形反演的正确收敛，必须要提高初始模型的精度，以避免由于初始模型与真实模

7、型差异过大而造成的周期跳跃现象。本文结合模型匹配滤波和波场重构，通过对地震记录进行改造并扩大模型的搜索空间，改善了地震记录间的匹配程度以及初始模型的精度，从而降低了其对低频数据的依赖，提高了反演的稳定性和精度。文章给出了一种基于Curvelet变换的非单调谱投影梯度全波形反演方法，该方法可以提高反演的计算精度，同时提高反演的收敛速度，进而提高了计算效率。一方面，波场在Curvelet域具有稀疏性，而梯度是由入射波场和反传的残差波场的零延迟互相I关得到，因此梯度在Curvelet域也是稀疏的，从而可知模型更新量在Curvelet域是

8、稀疏的。由此，可以将速度更新量转换至Curvelet域，利用其稀疏性来提高精度。另一方面，与传统的单调线搜索方法相比，非单调线搜索只要求目标函数在有限步内下降，避免了一味要求目标函数单调下降所产生的计算时间的浪费，因此可以提高反演的收敛速度，减弱了