[发明专利]一种频率域全波形反演地震速度建模方法

权利要求书

1.一种频率域全波形反演地震速度建模方法，包括以下步骤： 

1）获取原始地震炮集记录、震源子波信息和反演所用的初始模型； 

2）分析步骤1）获得的信息，基于正演算法和优化算法，确定基本的反演参数和从低频到高频的全波形反演框架； 

3）对不同的频率，计算获得最合适的频域正反演模型网格； 

4）在低频反演时采用主成分分析方法，压缩参与反演的数据维度； 

5）判断对应不同频率的投影矩阵维度是否满足阈值转换标准，当满足该转换标准时，进入下一步，否则回到步骤4）； 

6）引入震源编码方法，并利用随机相位编码方法压制串扰噪声； 

7）判定是否满足迭代截止条件，如果满足迭代截止条件，则进入下一步；否则回到步骤6）； 

8）如果没有完成所有频率的反演，则回到步骤3），直至完成所有频率的反演，获得最后的速度模型，输出速度模型。 

2.如权利要求1所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤2）中，所述正演算法采用基于混合网格的有限差分方法，所述优化算法采用共轭梯度法。 

3.如权利要求1所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤3）中，对不同的频率采用下面公式求其所对应的最适网格间距Δh： 

式中，v_min为介质最小速度，M_min为一个波长所包含网格的最少个数，由正演算法的精度控制，f_ifreq为反演对应频率，ifreq为反演频率的索引，Δs为炮间距，N为整数。 

4.如权利要求2所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤3）中，对不同的频率采用下面公式求其所对应的最适网格间距Δh： 

式中，v_min为介质最小速度，M_min为一个波长所包含网格的最少个数，由正演算法的精度控制，f_ifreq为反演对应频率，ifreq为反演频率的索引，Δs为炮间距，N为整数。 

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：所述步骤4）中，在使用主成分分析时，首先对频率域波场残差矩阵进 行奇异值分解，然后通过积累能量分析和主能量成分提取确定一个投影矩阵，进而将原始数据投影至低维空间上，实现对原始数据的压缩；主成分分析方法的表达式为： 

式中，δD为波场残差矩阵，L和R分别表示左、右奇异值向量矩阵，R^H为R的共轭转置，X为对角奇异值（σ_i）矩阵，i为奇异值矩阵的维度索引，χ为控制投影矩阵维度k的阈值参数，R^k为投影矩阵，D_obs和S分别表示观测数据以及原始震源矩阵。 

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤5）中，所述阈值转换标准的表达式为： 

k(f_ifreq)＜μM,         （3） 

式中，k(f_ifreq)表示对应频率f_ifreq得到的投影矩阵维度，M表示原始震源矩阵维度，μ为预设的最小压缩比的倒数，即控制转换标准的阈值。 

7.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤6中，所述随机相位震源编码方法是通过将多个独立震源编码组合成为一个“超级炮”，同时在迭代过程中随机生成编码序列来压制震源组合所产生的串扰噪声，震源编码的表达式为： 

式中，表示“超级炮”，表示单位向量，n_s表示参与编码的震源个数，j＝1,2...,n_s表示参与编码的震源索引，α_j表示相位编码序列。 

8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种频率域全波形反演地震速度建模方法，其特征在于：其中步骤7）中，所述迭代截止条件公式为： 

式中，ψ_k表示对应第k次迭代的目标函数，ε为预设的迭代停止阈值，n_k(f_ifreq)表示对应频率f_ifreq的迭代次数，N_max为预设的最大迭代次数。