频率域粘声介质全波形反演方法研究

摘要

随着地震勘探工作不断深入，石油开发逐渐转向深层复杂介质岩性勘探。介质复杂性对地震数据采集、处理和解释都造成极大困难，尤其对复杂介质中物性参数信息的准确获取提出了更多挑战。为适应日渐复杂的油气勘探目标，选择更接近实际地层性质的粘声介质方程对地层速度与品质因子（Q值）进行全波形反演，对描述油气储层性质、落实勘探目标、深化地质认识具有重要理论研究意义和应用价值。 论文首先介绍了频率域粘声介质正演模拟，推导了粘声介质波动方程，并从频散的角度对比三种不同的差分格式的优劣，最终选用最优化混合交错差分格式对波动方程进行离散化。随后，对相应的模型进行了试算，并与纯声波波场快照进行了对比，展现了粘声介质吸收衰减的特性。 接下来本文针对频率域全波形反演的基本理论进行了介绍，包括收敛算法，模型更新，步长选择以及频率选择等理论。首先基于反演理论，给出了单参数反演的试算结果，无论是速度参数还是Q值在单参数反演中都得到理想的反演结果。在双参数反演之前，对速度与Q值相对于目标函数的敏感性进行了分析，速度的敏感性远大于Q值。随后对双参数联合反演进行了初步试算，速度反演的结果较为理想，但是Q值反演结果中存在伪影现象。 为了改善双参数同时反演的效果，首先从收敛算法上进行优化。使用截断牛顿法对目标函数进行收敛，因为截断牛顿法相对于其他收敛算法能够得到更精确的Hessian算子，而精确的Hessian矩阵能够降低参数之间的耦合效应。接下来对截断牛顿法进行模型试算，证明其在单参数反演中能够在照明不足情况下更好的聚焦参数，在双参数联合反演中能够降低参数之间的耦合效应，改善伪影现象，得到更好的反演结果。为了进一步提高联合反演的效果，使用两步法反演策略，即先只反演速度，再同时反演速度和Q值。通过实验证明，两步法反演策略能够得到更好的Q值反演结果。最后为了提高反演的效率，针对频率域“多源”全波形反演，使用稀疏约束方法，能够在提高反演效率的同时降低串扰噪音对反演结果的影响。

目录

声明

第一章 引 言

1.1 论文研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 粘声介质研究现状

1.2.2 全波形反演研究现状

1.2.3粘声介质全波形反演研究现状

1.3 论文研究内容

1.4 创新点

第二章 频率域粘声介质正演模拟

2.1 频率域粘声波方程的建立

2.1.1 频率域声波方程的建立

2.1.2 地层吸收的参数化

2.1.3 频率域粘声波方程的建立

2.2 频率域粘声波方程的求解

2.2.1 吸收边界条件

2.2.2频率域粘声波方程的离散化形式

2.2.3频散分析

2.2.4稀疏方程的求解

2.3 模型试算

2.4 本章小结

第三章 频率域粘声介质全波形反演

3.1 局部优化理论

3.1.1线性搜索方法

3.1.2最速下降法

3.1.3牛顿法

3.1.4高斯-牛顿法

3.1.5共轭梯度法

3.1.6 Wolfe准则

3.2 频率域全波形反演理论

3.2.1 目标函数的建立

3.2.2梯度表达式

3.2.3 Hessian表达式

3.2.4数值问题

3.2.5震源的估计

3.2.6空间分辨率与多尺度反演理论

3.3 频率域粘声介质单参数反演

3.3.1速度单参数反演

3.3.2 品质因子Q单参数反演

3.4 速度与品质因子联合反演

3.4.1 速度与品质因子敏感性分析

3.4.2联合反演模型试算

3.5 本章小结

第四章 频率域粘声介质声波全波形反演中的优化方法

4.1 截断牛顿法在全波形反演中的应用

4.1.1 截断牛顿法基本原理

4.1.2 截断牛顿法在单参数反演中的应用

4.1.3 截断牛顿法在联合反演中的应用

4.2 优化反演策略在全波形反演中的应用

4.2.1 两步法反演策略的构建

4.2.2基于两步法反演策略的模型试算

4.3 稀疏约束方法在全波形反演中的应用

4.3.1 Seislet变换基本原理

4.3.2 Seislet域稀疏约束全波形反演

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢