[发明专利]一种使用归一化震源的时频域全波形反演方法及装置

说明书

本发明公开了一种使用归一化震源的时频域全波形反演方法及装置，震源为从已知子波中提取的多个单频信号并将其振幅归一化处理，在时间域完成所提取的多个归一化单频震源的波场模拟；并采用了相敏检测法对正传波场和反传波场分别进行解耦，从而解耦得出波场的振幅和相位信息，以消除反演过程中常规带限子波振幅谱对各个频率幅度的限制，然后根据波场的振幅和相位信息及梯度计算表达式，计算得到速度场模型参数的梯度，有利于获得准确的速度场模型参数的更新方向，从而达到在反演中多个频率同时反演的目的。本发明能够减弱常规反演中子波振幅谱对单频信号振幅的限制，消除反演中的子波效应，实现谱白化的反演结果，最终能够得到高精度的反演结果。

技术领域

本发明涉及一种使用归一化震源的时频域全波形反演方法及装置，属于地震勘探速度建模技术领域。

背景技术

随着石油勘探向深层及超深层转移，深部目标层高陡复杂构造的高精度成像问题已成为当前制约石油勘探和开发迫在眉睫的瓶颈。速度建模是实现复杂构造成像的灵魂，而诸如速度层析反演等传统速度建模技术虽在过去的数十年中取得了巨大的成功，但已无法满足高分辨率地震成像的需求。因此，亟需发展新一代速度建模技术，以满足复杂构造成像的需求。

目前，全波形反演(Full Waveform Inversion，FWI)是公认的最具潜力的新一代速度建模技术，在准确的初始模型下能够恢复出高分辨率的速度模型，可用于提高深层目标层偏移成像的质量，具有广阔的应用前景和潜在的经济效益。全波形反演以层析反演或者速度分析结果为初始模型，可实现高分辨率的速度建模，结合保幅的偏移成像方法，获得高质量的成像剖面，为地质解释提供支撑和依据，因此全波形反演成为近些年来的研究热点之一。

时间域全波形反演是目前主流的反演方法，目前使用一种带限地震子波，通过数值模拟来同时实现某一频带数据的匹配。但是，由于数据模拟的需要，子波所包含的频率有着一定的振幅分布，也就是只有主频附近的频率更新占优，无法保证更多的低频信息的更新；同时，在计算梯度时又无法解耦并归一化频率特征，所以全波形反演存在着子波效应，会在构造界面出现错误更新的现象，从而在一定程度上降低了反演精度；即使采用了多尺度方法，这种子波效应也会伴随整个反演，从而在结构的强对比度边界处导致过度更新。

因此，如何提供一种能够消除现有技术存在的子波振幅谱对反演结果的影响是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种使用归一化震源的时频域全波形反演方法及装置，使用与子波相同的相位信息和归一化的振幅多个单频子波，在时间域完成此类单频信号对应波场的模拟，使用波场解耦手段实现多频波场解耦，从而消除反演中的子波效应，有效提高反演精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种使用归一化震源的时频域全波形反演方法，具体步骤为：

A、采用已知的观测系统接收震源激发后反馈的观测数据；建立速度场模型(该速度场模型从现有中选择一个)，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、所述震源为从已知子波中提取相位信息并使用归一化的振幅多个单频子波，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及其反传波场；

D、先确定目标函数关于速度场模型参数的梯度计算表达式，然后采用相敏检测法对震源的正传波场和虚拟震源的反传波场分别进行解耦，从而解耦得出波场的振幅和相位信息；然后根据波场的振幅和相位信息及梯度计算表达式，计算得到速度场模型参数的梯度；

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。