三维声波全波形反演的实现与验证.pdfVIP

第 52卷第4期 石 油 物 探 Vo1．52，No．4 2013年 7月 GEOPHYSICALPR0SPECTING F0RPETROLEUM Ju1．，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_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，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