[发明专利]基于角度分解与波场分离的弹性波全波形反演方法

说明书

本发明公开了基于角度分解与波场分离的弹性波全波形反演方法，具体为：1、采集得到多分量观测数据；2、计算频率域地震数据；3、构建矩形网格地质模型；4、给定目标函数；5、给定用于反演的频率分量；6、对于第一个频率分量，对地震数据进行分解；7、给定用于反演的散射角范围；8、对目标函数进行优化；9、对地震数据进行分解得到无角度信息的纵波波场和横波波场；10、分别利用纵波波场和横波波场对目标函数进行优化，得到纵波速度和横波速度；11、对于其他频率分量，重复步骤9和步骤10，直到获得最终反演结果。本发明方法能够有效的避免弹性波全波形反演中的局部极值问题和多参数串扰问题。

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于角度分解与波场分离的弹性波全波形反演方法。

背景技术

石油和天然气是事关国家经济发展及国家安全的重要战略资源，随着石油工业的发展和勘探开发的不断深入，从构造勘探阶段逐渐走向岩性勘探阶段，勘探难度逐渐加大。为了顺应这种要求，全波形反演迅速发展起来，并成为当今地球物理界的研究热点。全波形反演是进行地层参数估计的有效方法，不但能够为地震成像提供高分辨率高精度的速度模型，而且具有同时反演各种不同参数的能力。然而全波形反演的推广应用也受到一些问题的影响。首先，全波形反演对初始模型的依赖性极强。作为一个高度非线性问题，全波形反演通常采用迭代优化算法进行求解，而迭代的顺利进行需要一个足够准确的初始模型，即大尺度背景介质参数。大尺度的背景介质与地震数据中的低频分量相对应，然而低频分量在地震信号的采集过程中往往是缺失的，这就导致全波形反演容易陷入局部极值。近年来，学者们发展了不同的方法来克服局部极值问题，如拉普拉斯-傅里叶域全波形反演方法，包络反演方法，波场积分方法等通过某种非线性变换制造出低频信息进而用于反演。层析成像全波形反演方法通过在扩展域对问题进行求解从而得到大尺度背景介质。自适应全波形反演方法将波场匹配问题转化成一个滤波器系数的优化问题来对反演问题进行求解。上述方法均在一定程度上缓解了全波形反演中的局部极值问题。

目前，全波形反演在声波领域得到了较为广泛的发展。声波全波形反演在实现上相对来说较为简单，然而声波近似只考虑了波场的纵波分量而忽略了波场的横波分量。与之相比，采用弹性波动方程能够更加准确得刻画波场的传播特征，有利于更加精确得了解地层介质信息，因此研究弹性波全波形反演具有重要意义。然而在弹性介质情况下，存在多种波场的相互耦合，导致多参数反演的相互串扰问题，为弹性全波形反演带来困难。学者们研究了不同的方法来解决弹性波反演中的参数串扰问题，如交替反演，分级反演，利用Hessian矩阵进行解耦等。

对于弹性波全波形反演，在缺失低频的情况下，如何同时有效解决局部极值问题和多参数串扰问题是提高弹性波全波形反演的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于角度分解和波场分离的弹性波全波形反演方法，该方法通过采用慢度域的局部分解变换，能够同时实现波场在角度上的分解和不同波场模式的分离，从而达到同时克服反演的局部极值问题和多参数串扰问题的效果。

本发明所采用的技术方案是，基于角度分解与波场分离的弹性波全波形反演方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、设置炮点和检波点，采集得到多分量观测数据其中t表示时间变量；x_r,x_s分别表示检波点和炮点的位置；为包含x分量和z分量的多分量波场向量：

步骤2、根据傅里叶变换计算频率域地震数据u(ω,x_r；x_s)，其中ω表示频率变量；u(ω,x_r；x_s)仍然包含两个分量：u(ω,x_r；x_s)＝[u_x(ω,x_r；x_s),u_z(ω,x_r；x_s)]；