[发明专利]一种以逆时偏移算法为引擎的波动方程初至走时层析方法

说明书

本发明公开了一种以逆时偏移算法为引擎的波动方程初至走时层析方法。包括：输入地震子波，观测系统，深度域初始速度场，观测地震记录的初至走时，以及走时残差范数的最小值；利用声波波动方程正演方法，计算初始速度场中正演的模拟地震记录，求解波动方程；计算模拟地震记录的初至波到达时；计算初至波走时残差，判断走时残差的范数是否小于预先设定的精度要求；计算波动方程走时敏感度矩阵；求解层析线性方程组；更新速度模型；输出反演得到的速度模型。优点是：采用声波波动方程具有更高的反演分辨率；更适用于描述波场的前向散射现象；将波动方程层析用于初至波走时层析中，得到了高精度的背景速度反演方法，能够反演大尺度的宏观背景速度场。

技术领域

本发明涉及地震层析成像技术领域的层析速度反演技术，尤其涉及一种基于双程声波方程的初至走时层析速度反演方法。

背景技术

根据利用的数据信息不同，地震层析成像技术主要可分为走时层析，振幅层析及波形层析。其中，走时层析方法最为稳健。按正过程不同，走时层析主要可分为射线层析，胖射线层析，菲涅尔体层析和波动方程层析。

射线层析(Bishop等，1985；Tomographic determination of velocity anddepth in laterally varying media，Geophysics，50，903-923)基于高频射线理论，对初始模型精度的要求较低，但反演精度不高。同时，由于层析矩阵十分稀疏，矩阵的零空间比较大，因而求解时收敛较慢，且反演结果受射线照明的影响严重(Hu和Marcinkovich，2012；A sensitivity controllable target-oriented tomography algorithm，82nd SEGAnnual Meeting，Expanded Abstracts，1-5)。

考虑到地震波的传播不仅受到射线路径上的速度的影响，也受到射线周围速度结构的影响。胖射线层析(Vasco等，1995；Beyond ray tomography：Wavepaths and Fresnelvolumes，Geophysics，60(6)，1790-1804)将射线加宽，其物理背景是波传播是有一定宽度的，但没有严格的数学物理推导。此外，射线宽度的选择也有技巧，如固定宽度(Michelena和Harris，1991；Michelena R.J.，and J.M.Harris，1991，Tomographic traveltimeinversion using natural pixels)或随着射线传播距离增大而逐渐增大射线宽度(Xu等，2006；Enhanced tomography resolution by a fat ray technique.76th SEG AnnualMeeting，Expanded Abstracts，3354-3358)。但这些做法不能定量描述波动现象。

相比而言，菲涅尔带(体)层析(Yomogida，1992；Fresnel zone inversion forlateral heterogeneities in the earth，Pure and Applied Geophysics，138(3)，391-406)在改善射线层析矩阵稀疏性的同时，还考虑了地震波在第一菲涅尔带(体)内的有限频效应。但单频菲涅尔带只有在常速介质中存在解析表达式(Cerveny和Soares，1992；Fresnel volume ray tracing，Geophysics，57，902-915)。在变速介质中，可以用常速介质中主频对应的菲涅尔带来近似有限频带地震波的菲涅尔带宽度(刘玉柱等，2009；初至波菲涅耳体地震层析成像，2009，52(9)，2310-2320)；或计算炮点和检波点的走时场，利用单频菲涅尔带的公式计算菲涅尔带的范围(Watanabe等，1999；Seismic traveltimetomography using Fresnel volume approach：69thAnnual International Meeting，SEG，ExpandedAbstracts，1402-1405)。但这些做法只能近似描述变速介质中的带限地震波的菲涅尔带(体)范围。