地震波形反演综述

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1、第29卷第3期黑龙江大学自然科学学报Vol.29No.32012年6月JOURNALOFNATURALSCIENCEOFHEILONGJIANGUNIVERSITYJune，2012地震波形反演综述1，221陈勇，李扬，陈小宏(1．中国石油大学(北京)中国石油天然气集团公司物探重点实验室，北京102249;2．哈尔滨工业大学数学系，哈尔滨150001)摘要:地震波形反演在近年来得到了广泛的关注，极大地推动了地震勘探的发展，因此对地震波形反演做进一步的研究具有十分重要的意义。回顾地震波形反演的发展历程，分别从理论、方法、实验设置等方面对地震波形反演

2、进行一定的评述，针对模型和反演方法的选取及正则化方法的应用进行了讨论。关键词:地震波形反演;粘弹性介质;正则化方法;时频域中图分类号:O241.82文献标志码:A文章编号:1001－7011(2012)03－0299－040引言近百年来，地球物理学得到了迅猛的发展，尤其是以地震波为研究背景的地震勘探技术，为能源的开发和地下结构的探索创造了便利的条件。地震勘探理论不断得到完善，高新技术也不断地被引入并应用。地震勘探中地表观测数据都可以由地震波形反演的求解来解释，而地震波形反演可以应用不同的数值方法得到所需的物性参数。近些年来，随着观测技术、信息科学

3、、应用数学及计算机科学的逐渐交叉，物理学家、数学家、地质学家以及工程技术人员的密切合作，使得地震波形反演在地震勘探中的应用越来越深入。然而，由于资源不断开发导致的勘探范围逐渐缩小以及勘探目标日益复杂化，地震波形反演的研究与应用工作遇到了巨大的困难和挑战。因此，研究实用可靠且大范围收敛的地震波形反演数值方法具有十分重要的理论和现实意义。地震勘探的最终目的是定位地下分布的油气资源，一般的做法是在地面上人工的激发地震波，由于介质的非均匀性，当地震波在地层介质中向各方向传播时会产生反射、衍射、散射和透射，部分的地震波返回到地面就构成了所接收的地震观测数据

4、。地震勘探的主要工作就是从这些观测数据中提取地层剖面及介质的物性参数，进而确定油气藏的位置。研究工作中通常采用弹性动力学中的各种波动方程来描述地震波在地下介质中的传播过程。地震观测数据则可由波动方程的正演来模拟，而后可以用地震波形反演来重构地层剖面及物性参数。虽然地震波形反演研究还处于起步阶段，但是巨大的经济效益和广泛的应用背景使其成为近阶段反演理论和实际应用的热点。1地震波形反演历程［1］［2］［3］［4］在20世纪80年代，地震波形反演以线性波形反演为主。Lailly，Tarantola，Berkhout，Devaney［1］［5］等分别对线

5、性地震波形反演作了一些初步的研究，Lailly和Tarantola针对地震波形反演给出了一种构造梯度方向(或最速下降方向)而无需直接计算偏导数的方法。该方法通过关联由地震源产生的向前传播的波场和由剩余数据产生的向后传播的波场来构造梯度方向。由于反演的每步循环迭代只需对每个地震源进收稿日期:2011－10－12基金项目:国家自然科学基金资助项目(11026188);中国博士后科学基金资助项目(20080430524);哈尔滨工业大学优秀青年教师培养计划资助项目(HITQNJS．2008.032)作者简介:陈勇(1977－)，男，讲师，博士，主要研究

6、方向:反演算法，E-mail:yongchen@hit．edu．cn通讯作者:陈小宏(1962－)，男，教授，博士，博士生导师引文格式:陈勇，李扬，陈小宏．地震波形反演综述［J］．黑龙江大学自然科学学报，2012，29(3):299－302．·300·黑龙江大学自然科学学报第29卷行几次正演，这使得地震波形反演在20世纪80年代成为可能。然而，线性地震波反演不能解决速度模型的［6］长波长分量问题，Devaney指出线性化地震波形反演是不能恢复速度场的长波场分量的，并且Mora也证明了在正常的勘探条件下，只有采用完全非线性地震波形反演方法，才能观测

7、到地震速度波场的所有波场分［7］［8］［9］量。Mora、Pica等、Tarantola等人对完全非线性波形反演进行了详细研究，力求通过迭代下降方法，［10－11］寻求使得目标函数最小的速度模型。Pratt等分别在频域上将其应用于完全非线性的弹性和声波问题。但是，由于存在大量的局部极小值，反演结果并不尽人意。为了克服局部极值问题，提出了许多解决方［12］法。Sen，Stoffa针对非线性地震波形反演提出了模拟退火方法，模拟退火方法不需要一个好的初始模型，［13］并且不会陷入局部极值。Bunks等人提出了尺度分解的多重网格方法，他们采用多重网格法将

8、地震数据分解在不同的尺度上，按尺度分解的思想进行迭代反演，对于复杂的地质模型作了实验，得到了很好的效果。［14］周辉等人研究了能求得目标