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； 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； 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； 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。2. 如权利要求1所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，根据模拟数据和观测数据 建立卷积型目标泛函如下： 其中，x(m)为目标泛函;usyn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。3. 如权利要求2所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，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如下： cVt ?[(^ + 2//)^"] c)[//vt'c] Ο---z-------= L· ： dt dx dx dz ^ c>[(/1 + 2//)m';J ε[λη·γχ] rT[,miv] Ρ?Γ &---&--- dr dx ' H〇; dt dz c'M\z dwt dw= _ 〇 _ dt dz dx ， 确定所述伴随方程的伴随震源项如下： i： = v：：；(/ ?rt￡s(x-xr)-vf ?Γι(?(χ：-χβ/)； f： = v；：；； ? rS(x - xr):- vf ? -Xfe/ ) 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： U=+以[2&~)+警; 其中，P为介质密度，》=^，'\￥2，'\^，《^，'\^)1'为逆时外推伴随波场矢量，￥=(>^ 2)为正 演模拟的波场分量，λ和μ为Lame常数，ns为震源个数，Τ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； C -v广 * 符，X为空间位置坐标，Xr和Xrrf分别表示检波点和参考道位置。4. 如权利要求1至3任一项所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，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，包括： 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； 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。5. 如权利要求4所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，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。6. 如权利要求1至3所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，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： 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。7. 如权利要求1至3任一项所述的弹性波全波形反演方法，其特征在于，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，包括： 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。8. -种弹性波全波形反演装置，其特征在于，包括： 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； 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； 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； 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； 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。9. 如权利要求8所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述目标泛函建立模块具 体用于： 根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函如下： 其中，x(m)为目标泛函;usyn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。10. 如权利要求9所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述第一确定模块具体 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 方程如下： ft,； 5[(/1 + 2//)μ-<<] d[AM·^] c[/nrrJ p-：---------：-= j.r l dt dx dx dz. _ a[(l + 2z/)tvr;;] c[2irrt] p:i & ; Ho; dt dx =0; dt- dz <3u'r c~>wr iy- - n ------- y ? dt dz dx. 确定所述伴随方程的伴随震源项如下： /' =<'；. )-vf ?r(?(x~xrt,,); fl = <t, ?r<y(x-x,)-vfs ? r/(x-x,e/ ); 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： V" CTl 加 -? .加―VL. ▽，+SM2lnM':J+w4in)」： 其中，P为介质密度，》=^,'\￥2，'\^，《^，'\^)1'为逆时外推伴随波场矢量，￥=(>^ 2)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； G =vr"f:, ，rz 表示时间卷积运算符，》 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。11. 如权利要求8至10任一项所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述第二确 定模块具体用于： 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； 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。12. 如权利要11所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用 于： 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。13. 如权利要8至10任一项所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述第二确定 模块具体用于： 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。14. 如权利要求8至10任一项所述的弹性波全波形反演装置，其特征在于，所述反演处 理模块具体用于： 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。
【专利摘要】本发明公开一种弹性波全波形反演方法及装置，包括：根据模拟数据和观测数据建立卷积型目标泛函；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、伴随震源项、卷积型目标泛函关于模型参数的梯度表达式；根据时间域一阶速度-应力弹性波动方程确定正向传播的震源波场，根据伴随方程和伴随震源项确定逆时外推伴随波场；根据正向传播的震源波场、逆时外推伴随波场和梯度表达式，确定卷积型目标泛函关于模型参数的梯度；根据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。本发明可消除子波估计不准对反演结果的影响，可有效解决实际资料当中子波难以准确提取的难题。
【IPC分类】G01V1/36, G01V1/28
【公开号】CN105467444
【申请号】CN201510908849
【发明人】周辉, 张庆臣, 陈汉明, 张光超
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油大学(北京)
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月10日