[发明专利]一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法及装置

权利要求书

1.一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

A、通过多个位于不同位置的单频子波同时激发作为震源，采用多个检波点组成观测系统，通过观测系统获得观测数据；建立速度场模型，并根据震源情况计算得出模拟数据；

B、基于观测数据和模拟数据，构建表征所述观测数据与所述模拟数据之间数据残差的目标函数；

C、根据震源与检波点之间的位置，得出虚拟震源的信息，然后根据观测数据获取震源的正传波场；并根据目标函数获得虚拟震源的反传波场；

D、确定目标函数关于速度场模型参数的梯度计算表达式，在不同的反演阶段具有两种计算表达式，其中在反演初期阶段，采用具有相位信息反演的梯度表达式，在反演的中后阶段，采用兼顾波场相位和振幅信息的全波形反演的梯度表达式；先对震源的正传波场和虚拟震源的反传波场分别进行无串扰解耦，获得解耦的波场变量；然后根据得到的波场变量和梯度计算表达式，计算得到速度场模型参数的梯度；其中无串扰解耦具体为：

采用相敏检测法先获取第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号的振幅和频率均与所述第二参考信号的振幅和频率相同，所述第一参考信号的相位与所述第二参考信号的相位相差90°；然后根据第一参考信号和第二参考信号，采用三角函数正交性对震源的正传波场和虚拟震源的反传波场分别进行无串扰解耦；

基于解耦的波场，构建具有相位反演的梯度表达式

其中，表示取波场的相位信息，x表示计算区域，ω表示角频率，m表示模型参数，t表示时间，n_s表示一个震源内编码信号的个数，u(x,ω_i,t；m)表示正传波场，u′(x,ω_i,t；m)表示反传波场；

兼顾波场相位和振幅信息的梯度表达式为

其中提取波场信息的振幅信息；

E、采用共轭梯度方法求取更新方向，根据得到的梯度对速度场模型参数进行迭代更新，直至数据残差达到设定阈值或迭代更新次数达到预设值，停止迭代更新确定速度场模型参数，此时采用该参数的速度场模型进行全波形反演。

2.根据权利要求1所述的一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法，其特征在于，所述步骤B中的目标函数采用最小化位于检波点X_r的观测数据d^obs(X_r,Ω,t)和模拟数据u(X_r,Ω,t；m)的残差，具体为：

其中，_x表示计算区域，m(x)表示计算区域x处的速度场模型参数；X_r为检波点的位置信息；Ω表示角频率，t表示时间；m表示速度场模型参数，u(X_r,Ω,t；m)表示在当前速度场模型参数m下获得的模拟数据。

3.根据权利要求1所述的一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法，其特征在于，所述步骤A中的震源为同时源模拟波场：

给定一系列位于X_s的单频随机信号s(X_s,Ω)，则震源能表达为：

其中，X_s为震源位置信息，n_s表示一个震源内编码信号的个数；是表示震源编码信号中第i个信号的位置；Ω＝(ω₁,ω₂,…,ω_n)，ω_i表示编码信号中第i个信号的角频率。

4.根据权利要求3所述的一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法，其特征在于，所述步骤C中震源的正传波场由求解模拟方程得到，具体模拟方程为：

其中，x表示计算区域，X_s震源位置信息，L[·]是声波正演模拟算子；

震源对应的虚拟震源为：

根据确定的虚拟震源，获取伴随方程，所述伴随方程为：

其中，表示伴随算子，u′(x,Ω,t；m)表示反传波场；

求解伴随方程，获得虚拟震源的反传波场。

5.一种实现权利要求1至4任一项所述振幅、相位信息可调节的全波形反演方法的反演装置，其特征在于，包括：

目标函数构建模块，用于基于观测数据和模拟数据，构建表征所述观测数据与所述模拟数据之间数据残差的目标函数；

正传波场获取模块，用于获取震源的正传波场；

反传波场获取模块，用于获取虚拟震源的反传波场；

梯度计算模块，用于根据正传波场、反传波场和目标函数关于速度场模型参数的相位反演、全波场反演梯度计算表达式，计算速度场模型参数的梯度；

迭代更新模块，用于根据计算获得的梯度对当前速度场模型参数进行迭代更新，直至所述数据残差达到设定阈值或者迭代更新次数达到预设值，确定速度场模型参数。