[发明专利]一种频率域全波形反演地震速度建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建模方法，特别是关于一种频率域全波形反演地震速度建模方法。

背景技术

由于全波形反演的实现是一个多次迭代优化的过程，从而需要进行大量基于波动方程的波场正演模拟运算，因此计算成本过大是制约该方法应用和发展的重要因素，如何压缩计算成本和提高算法效率一直是国内外关于全波形反演研究的前沿性课题。提高全波形反演计算效率主要有两个途径，一是高效率的优化算法，二是对原始数据的压缩。其中，使用收敛速度较快的优化算法虽然能够减少反演中的迭代次数，例如高斯牛顿法或牛顿法，但是这些方法由于在计算海森矩阵或近似海森矩阵时要投入较大的计算成本，因此对整体的计算效率提升并不明显。而对原始数据空间有效的压缩不仅可以减少方法对存储量的要求，还可以降低迭代中波场正演模拟的计算成本，因此该手段是提高反演效率较为直接有效的途径。特别是将全波形反演问题引入到频率域中，利用几个离散频率从低到高依次反演，不仅在很大程度上压缩了原始数据（时间域）的大小，而且频率域波场正演模拟在多震源情况下能够体现更为高效的计算性能。因此，频率域全波形反演被大多数人认可和研究，然而在反演过程中对应不同的频率尺度所反映出的特性不同，所以该方法还有很多潜力尚未开发。

关于如何降低原始数据空间的大小，目前常用的方法有炮集抽稀方法、频率域正反演以及震源编码技术。对原始数据的压缩必然会导致反演所用信息量的减少，从而降低了反演结果的精度。因此在计算效率和计算精度中是否具有较好的折衷是评价各个方法在应用中的关键因素。对原始资料进行炮集抽稀虽然可以较为直接地压缩原始数据，但是原始信息的损失比例和效率的提升比是相同的，从而导致了反演结果分辨率的降低。因此，在使用该方法之前需要进行分辨率估计或者地下照明度预测等，除非原始资料的冗余度较大（炮间距或道间距非常小），不然该方法并不适合用于全波形反演。

将震源编码技术应用到全波形反演中，通过将多个独立炮集编码组合为超级炮集，降低了原始数据的大小，同时也减少了参与正演的震源个数。但该方法受串扰噪声影响较大，反演结果的分辨率不足，另外该方法受环境噪声的影响也较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够联合各种方法，高效率的频率域全波形反演地震速度建模方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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。

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。

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：

Δh≤vminMminfifreq,Δh=2N·ΔS---(1)]]>