一种弹性波全波形反演方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油地震勘探速度建模技术领域，特别涉及一种弹性波全波形反演方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 全波形反演方法分辨率高，具有提高成像质量的巨大潜力。由于单一的纵波无法 准确地模拟地震波在弹性介质中的传播规律，无法解释和处理横波转换波等问题，为了更 好地描述地下介质参数，重构地下构造信息，弹性波全波形反演显得十分重要。传统的弹性 波全波形反演方法都是基于子波已知的假设条件，然而在实际勘探中难以获取准确的震源 子波，子波估计不准确会导致模拟数据与观测数据波形相位不匹配，降低反演结果的可靠 性和准确性，因此如何降低或消除子波对反演结果的影响至关重要。
[0003] Tarantola(1984)提出声波反演理论时，其将子波作为待反演参数推导了其梯度 表达式，Song等（1995)和Pratt(1999)在频率域分别实现了基于声波和粘滞声波方程的子 波参数化全波形反演，使初始估计的子波随着迭代更新而趋向真实子波，消除或降低了子 波估计不准确的影响，但这种方法在初始模型或迭代模型偏离真实模型较大时会导致反演 算法不收敛而陷入局部极值。Lee和Kim(2003)在频率域采用反褶积(类似归一化)方法消除 了波场中的子波信息，不需要对子波进行参数化反演，实现了不依赖子波的声波波形反演。 Choi等(2005)在频率域将波场的振幅、相位分离，只利用振幅信息进行了声波波形反演，分 别采用反褶积和褶积方法消除了子波的影响。Xu等(2006)在频率域实现了不依赖子波的弹 性波全波形反演，比较了子波参数化反演方法和反褶积消除子波影响的方法，对反褶积方 法的参考道选取进行了对比分析。Choi和Min(2012)在频率域利用对数的特性将振幅、相位 分离，分别建立了纯振幅型、纯相位型以及振幅和相位结合型的目标泛函，采用反褶积方法 消除了子波影响，实现了频率域不依赖子波的弹性波全波形反演。
[0004] 综上所述，目前对于全波形反演子波问题的研究主要集中在频率域声波波形反 演，尚欠缺对时间域弹性波全波形反演的子波问题的研究。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种弹性波全波形反演方法，用以实现时间域不依赖子波的弹 性波全波形反演，降低或消除子波估计不准确对反演结果的影响，该方法包括：
[0006] 根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函；
[0007] 采用基于拉格朗日理论的伴随方法，确定时间域一阶速度-应力弹性波动方程的 伴随方程、所述伴随方程的伴随震源项、所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度表达式；
[0008] 根据所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程确定正向传播的震源波场，根据所 述伴随方程和所述伴随方程的伴随震源项确定逆时外推伴随波场；
[0009] 根据所述正向传播的震源波场、逆时外推伴随波场和所述梯度表达式，确定所述 卷积型目标泛函关于模型参数的梯度；
[0010] 根据所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度，利用卷积型目标泛函的低通滤波 特性进行多尺度全波形反演。
[0011] -个实施例中，根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函如下：
[0012]
[0013]其中，X(m)为目标泛函；为模拟数据，u°bs为观测数据；下标 ref表示从观测或模 拟数据中选取的参考道;*为时间卷积运算符。
[0014] 一个实施例中，采用基于拉格朗日理论的伴随方法，确定时间域一阶速度-应力弹 性波动方程的伴随方程如下：
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 确定所述伴随方程的伴随震源项如下：
[0021]
[0022]
[0023] 确定所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度表达式如下：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 其中…为介质密度…二^^^^^^^^为逆时外推伴随波场矢量^二!^^) 为正演模拟的波场分量，λ和μ为Lame常数，ns为震源个数，T为观测记录的长度;上标obs表 示观测数据；下标r e f表示从观测数据或模拟数据中选取的参考道； r, =v:'n*v;t, ，*表示时间卷积运算符，?表示时间相关运算 符，X为空间坐标位置，Xr和Xrrf分别表示检波点和参考道位置。
[0028] -个实施例中，根据所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程确定正向传播的震 源波场，包括：
[0029] 对所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程进行有限差分离散求解，得到观测地 震记录；
[0030] 采用高斯平滑法获得初始模型，对初始模型进行正演模拟获得正向传播的震源波 场和模拟地震记录。
[0031] 一个实施例中，对所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程进行有限差分离散求 解，得到观测地震记录时，采用的方法为交错网格有限差分法，时间是二阶精度，边界采用 卷积完全匹配层CPML吸收边界条件。
[0032] 一个实施例中，根据所述伴随方程和所述伴随方程的伴随震源项确定逆时外推伴 随波场，包括：
[0033] 对所述伴随方程采用高阶交错网格有限差分法和CPML吸收边界条件，将所述伴随 方程的伴随震源项沿反时间方向传播得到逆时外推伴随波场。
[0034] -个实施例中，根据所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度，利用卷积型目标 泛函的低通滤波特性进行多尺度全波形反演，包括：
[0035] 采用不同主频的子波，从低频到高频多尺度逐次反演，低频反演结果作为高频反 演的初始模型，基于所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度，采用L-BFGS优化算法进行 全波形反演，反演过程中迭代步长采用线性搜索技术求取。
[0036] 本发明实施例提供一种弹性波全波形反演装置，用以实现时间域不依赖子波的弹 性波全波形反演，降低或消除子波估计不准确对反演结果的影响，该装置包括：
[0037] 目标泛函建立模块，用于根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函；
[0038]第一确定模块，用于采用基于拉格朗日理论的伴随方法，确定时间域一阶速度-应 力弹性波动方程的伴随方程、所述伴随方程的伴随震源项、所述卷积型目标泛函关于模型 参数的梯度表达式；
[0039] 第二确定模块，用于根据所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程确定正向传播 的震源波场，根据所述伴随方程和所述伴随方程的伴随震源项确定逆时外推伴随波场；
[0040] 第三确定模块，用于根据所述正向传播的震源波场、逆时外推伴随波场和所述梯 度表达式，确定所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度；
[0041 ]反演处理模块，用于根据所述卷积型目标泛函关于模型参数的梯度，利用卷积型 目标泛函的低通滤波特性进行多尺度全波形反演。
[0042] -个实施例中，所述目标泛函建立模块具体用于：
[0043] 根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函如下：
[0044]
[0045] 其中，x(m)为目标泛函；usyn为模拟数据，u°bs为观测数据；下标表示从观测或模 拟数据中选取的参考道;*为时间卷积运算符。
[0046] -个实施例中，所述第一确定模块具体用于：
[0047]采用基于拉格朗日理论的伴随方法，确定时间域一阶速度-应力弹性波动方程的 伴随方程如下：
[0048]
[0049]
[0053] 确定所述伴随方程的伴随震源项如下：
[0054]
[0055][0056] 确定所述目标泛函关于模型参数的梯度表达式如下：
[0057]
[0058]
[0059]
[0060] 其中…为介质密度…二^^~^^^^^^为逆时外推伴随波场矢量^二!^^) 为正演模拟的波场分量，λ和μ为Lame常数，ns为震源个数，T为观测记录的长度;上标obs表 示观测数据；下标r e f表示从观测数据或模拟数据中选取的参考道； 6 =νΓ=<:, -表示时间卷积运算符，?表示时间相关运算 符，X为空间坐标位置，Xr和Xrrf分别表示检波点和参考道位置。
[0061 ] -个实施例中，所述第二确定模块具体用于：
[0062]对所述时间域一阶速度-应力弹性波动方程进行有限差分离散求解，得到观测地 震记录；
[0063]采用高斯平滑法获得初始模型，对初始模型进行正演模拟获得正向传播的震源波 场和模拟地震记