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地震全波形反演方法综述 0 全波形反演技术 地球物理的基本方法是通过研究不同地球物理场的特征来阐明地球上复杂的结构和结构。地球物理反演的问题是根据各种地球物理观测数据推断地球上的结构形状和物质组成，并定量计算各种相关的地球物理参数。反演理论在过去几十年中得到了广泛应用。在许多情况下，反演提高了传统地震分辨率，不同程度改善了地震勘探参数的研究条件，获得了优化的数据体，提高了资源的评估能力，更好地为油田开发研究打开了一个开放的大门，并提出了有利于井位的建议。因此，人们对地震反演技术的研究越来越感兴趣。地震反演是油田勘探开发研究的传统技术，也是储层特征量化研究的重要组成部分。 目前,油气勘探所面对的勘探目标不仅地表地质条件复杂,而且地下构造也复杂,如山前高陡构造等.面对复杂的勘探目标,如何提高反演精度,进而获取定量储层表征参数,就显得尤为重要. 全波形反演方法利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地层结构,具有揭示复杂地质背景下构造与储层物性的潜力.全波形反演既可在时间域也可在频率域实现,频率域相对于时间域反演具有计算高效、数据选择灵活等优势.近五年来全波形反演技术在反演频率选择策略、目标函数设置方式、震源子波处理方式、梯度预处理方法、初始模型建立、效率优化等方面取得了进展. 从Tarantola提出基于广义最小二乘反演理论的时间域全波形反演方法,FWI技术已日益成为改善成像效果,提高速度模型建立的主要手段,为区域深部构造及演化分析、浅表层环境调查、宏观速度场建模与成像、岩性参数反演提供了新的有力工具.越来越多的学者开展了许多开拓性的研究工作,声波FWI已经成为高端成像市场上的主要工具,弹性波FWI、提高计算效率、提高算法的可靠性、低频分量处理、边界条件设定、推进实用化、初始模型建立等已经成为当前重要的研究热点. 伴随着计算机技术的发展,全波形反演技术正逐步从理论研究走向实用,特别是在海洋资料中,见到了很好的应用效果,展现了该技术良好的应用前景. 本文仅仅通过对近年来该领域国内外进展的调研,内容也不尽全面,只是管中窥豹.如需详细了解,可参阅近年来SEG、EAGE、Geophysics等有关论文[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50]. 1 全波形反演技术的研究 1.1 周波抗拔机理 FWI越来越多的被应用于高精度3D速度模型建立,并取得了许多令人振奋的结果,但直到目前FWI还不是一种特别稳健和可靠的方法.FWI反演中对初始模型的定义有很多争议,通常认为,在FWI反演中,初始速度模型的选择对于最终的反演结果并不敏感,只需要提供一个平滑、粗略的模型即可.Nikhil Shah等人就初始模型精度对FWI反演结果的影响进行了分析认为: 1)初始模型需要很好的精度; 2)随着反演迭代达到全局最小或者最终累计误差最小,周波跃迁是引起迭代陷入局部极小的根本原因,由于地震数据是一种振动数据,因此周波跃迁普遍存在; 3)成功的3D地震数据全波形反演需要低频分量和初始速度模型很好的耦合,如图1所示. W.Weibull等人研究了FWI初始速度模型,认为地震数据的FWI反演求解问题是强非线性问题,通常采用基于波恩近似的梯度有关的算法求解,这类算法通常假定在每一个迭代步长上与速度有关的误差函数的导数能够用线性近似精确表达,这就要求初始速度模型能够尽量接近真实模型以避免周波跳跃,周波跳跃不能用波恩近似来描述.因此,建议采用波动方程来代替射线层析方法获得较精确的光滑初始模型. 实践证明,逆时偏移是提高成像质量的有效手段,其挑战主要表现在成像算法、高精度的速度模型、计算效率等方面.Bin Gong等提出了时间域基于逆时偏移3D全波形反演算子,该算子具有良好的计算效率,可减少反演结果对初始模型的依赖.必威体育精装版的研究结果表明,一个成功的全波形反演应该在考虑振幅信息的同时,考虑旅行时信息. 从理论上讲,全波形反演可利用逆时偏移产生的成像结果近似来更新速度模型,事实上,由于反演和偏移的目标在不同的频带,反演使用了大量低频的信息来更新背景速度,而偏移使用高频信息来勾画地下构造的比较精确的边界.无论怎样,基于逆时偏移的全波形反演获得低频成像不再需要炮集的低频信息且具有很高的保真度,实际处理中由于噪声和模型假象,高保真度很难达到. 1.2 频率域全波形反演方法 巨大的计算量一直是FWI技术能否推广应用的瓶颈之一,随着PC Cluster、GPU等计算机技术的发展,FWI技术发展也看到了曙光.有关FWI计算效率及优化策略主要集中在两个方面