三维声波全波形反演的实现与验证.pdf

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1、第52卷第4期石油物探Vo1．52，No．42013年7月GEOPHYSICALPR0SPECTINGF0RPETROLEUMJu1．，2013文章编号：1000—1441(2013)04—0417—09三维声波全波形反演的实现与验证胡光辉，贾春梅，夏洪瑞，贺剑波，宋林，沈忠秋(1_中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京211103；2．中国石油大学(华东)，山东青岛266580)摘要：全波形反演利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下地球物理参数，具有揭示复杂地质背景下构造细节及岩性的潜在能力。介绍了频率域反演联

2、合时间域正演的优化算法的三维声波全波形反演方法及算法实现。该算法的正演实现使用了伪保守形式的一阶速度一压力场声波方程。应用三维SEG／EAGE模型反演实例验证了三维声波全波形反演方法的有效性。关键词：三维全波形反演；伴随状态法；有限差分；并行算法；模型验证DOI：10．3969／j．issn1000—1441．2013．04．012中图分类号：P631．4文献标识码：A随着石油工业的发展和勘探开发的不断深入，其发展的瓶颈之一，这也是三维弹性波反演至今受石油勘探的难度越来越大。这就需要不断寻找新到限制的原因。近年来，随着计算机技术的快

3、速发的技术方法以适应当今石油勘探的需求。全波形展和一系列优化算法的出现，三维声波全波形反演反演(FWI)就是顺应这种要求而迅速发展起来的的应用开始陆续出现_6J。一项新技术，并已成为当今地球物理界的研究热我们采用频率域反演联合时间域正演的混合点。20世纪8O年代，Laillyl1]和Tarantola[2分别优化算法实现三维声波的全波形反演。在全波形提出了时间域的全波形反演理论与方法，Gauthier反演方法原理与算法介绍的基础上，具体论述了有等I3]和MoraE4]实现了二维的实际资料处理。2O效计算梯度的伴随状态法和适应计算资源

4、的并行世纪9o年代初，Pratt等_5]将全波形反演推广到频算法，并使用SEG／EAGE目标区块模型对这一算率域，使得全波形反演在三维实际资料处理中具法进行验证。有了可行性。受计算机技术的限制，直到近年全波形反演技术才应用于三维实际资料处理中_6]，但1全波形反演方法也只局限于海上资料的处理，陆上实际资料的应用还存在很大的挑战。全波形反演方法的原理是：给定一个初始模全波形反演是一个基于地震全波场模拟的数型，通过正演模拟得到其传播波场，将结果与实际据拟合过程，几乎使用了地震记录中所有有效信采集资料进行对比，若两者的误差没有满足给定的息

5、_1]，而不像其它传统的方法(如旅行时层析成像误差范围，则修正模型，重复上述操作，直到误差达等技术)仅使用地震记录中的部分信息。全波形反到设定要求。全波形反演是在实际资料约束下逐演是一个局部寻优的过程，通过更新迭代初始模型步寻优的过程。由于时间域的数据量巨大，需要巨进而减小计算数据和观测数据之间的误差，逐步逼大的存储空间，而当前的计算机集群往往不能满足近真实模型。全波形反演是一种建立高精度速度要求，尤其是在三维情况下，这一矛盾显得尤为突模型的有效手段_1。。，尤其是在地下地质构造复杂、出，因此频率域反演算法应时而生。地震成像难的区域

6、，全波形反演能够充分利用地震频率域反演使用几个离散频率的傅里叶级数剖面上所记录的全部波形及相位信息。实际上，在取代庞大的时间采样点信息，大大节省了计算机存全波形反演的局部寻优过程中，关键技术在于高储资源。其次，频率域迭代算法从低频开始反演到效、精确地获取梯度信息l1]，它可以提供精度为高频，有效利用低频信息降低全波形反演的非线半波长的高精度物理参数模型_1。。但是全波形反演是一个“病态”问题，因此要求初始模型足够接收稿日期：2013—03—22；改回日期：2013—05—28。近真实地质模型，以避免在迭代过程中陷入局部最作者简介：胡

7、光辉(1982一)，博士，现从事全波形反演方法研究工小。此外，全波形反演对计算资源的要求也是制约作。418石油物探第52卷性，较时间域反演而言，频率域迭代算法更利于这利用直接求解法，得到一算法的实现。尤其是对衰减系数等物理参数的删[1，U2，⋯，]一[s1，S2，⋯，S](2)反演，频率域反演有时间域反演不可比拟的优越式中：L【，是阻抗矩阵A的分解。从(2)式可以看性。因此频率域全波形反演日益受到全球地球物出，LU完全独立于震源，即一旦LU建立，对不同理学家的重视。频率域全波形算法提高了全波形的震源是一个线性求解过程，LU阻抗矩阵分

8、解结反演方法处理实际问题的能力，尤其在处理三维大果可以对不同震源重复利用，从而大大降低了计算数据量时更显示了其不可取代的地位。因此，频率量。但每次正演只能计算一个频率。在三维情况域全波形反演得到了迅猛的发展，在正演波场模下则完全不同，