[发明专利]基于振幅增量编码的时间域全波形反演方法

说明书

本发明提出了一种基于振幅增量编码的时间域全波形反演方法，通过将模拟数据和观测数据的每一个采样点进行振幅增量编码并加上振幅极性作为约束，从而选择出相同时间点具有不同振幅增量的数据；编码后，构造一个置零矩阵，将该矩阵乘以模拟数据从而将导致周期跳跃的数据设置为零，进而减小这部分数据对梯度的影响；一部分数据置零后，原数据的振幅信息被破坏；为减小反演对振幅信息的依赖，突出相位信息的作用，采用全局互相关目标函数。该方法相比于传统方法区别只在于对模拟数据和观测数据的编码计算和置零计算，而编码计算只是简单地矩阵加减乘除，并不会明显增加全波形反演的计算时间，该方法在计算效率上相比于传统全波形反演并没有降低。

技术领域

本发明涉及一种地震勘探成像方法，特别涉及一种基于振幅增量编码的时间域全波形反演方法。

背景技术

随着国家经济建设对石油和矿产资源需求的日益增加，矿山开采和石油探勘的重心逐渐向深部转移，并努力查明第二深度空间的矿产资源情况，这就对地震反演成像精度提出了更高的要求。针对这个问题，用主动源全波形反演方法来构建该目标区域的地震波速度场是目前效果很好的一种解决方法。全波形反演方法在恢复地下速度场的过程中充分利用了地震波的运动学和动力学信息，其具有复杂构造成像精度高等优点，能够很好地适应高精度地下介质反演成像的需求。全波形反演方法充分利用地震波场的各个波形到达检波器的走时信息，以及振幅和相位的信息来获得高精度的模型参数，同时在反演的过程中通过对应的目标函数来不断地缩小模拟数据和观测数据之间的差距，进而使得观测数据与模拟数据最相似。但是，全波形反演刚提出时，由于其计算量需求巨大，同时当年计算机的硬件水平较低，很难支撑方法对计算量的需求。随后，Pratt等提出可以在频率域构建全波形反演目标函数，并在频率域进行正演模拟和利用伴随法求梯度，同时还指出仅仅利用几个离散频率的地震数据就可以获得与时间域全波形反演的反演结果等同的效果。此外，在频率域全波形反演的过程中，多炮地震数据对应着一个相同的阻抗矩阵，可将多炮地震数据同时正演模拟和反向传播，很大程度地提高了全波形反演对应的计算效率。

目前，全波形反演方法仍然极度依赖地震数据的低频分量。然而，低频分量在地震数据中又是很难获取到的，使得全波形反演方法在实际应用的过程中存在着诸多问题。因此，如何缓解全波形反演的周期跳跃问题来获得一个高精度的速度模型，成为当前推动深层高精度反演成像发展亟需解决的问题。

为了缓解周期跳跃现象，可采用波形校正技术使得观测数据与模拟数据波形更为相似，从源头上减小二者的差异，并随着迭代的更新使模拟数据不断地向观测数据靠近。Warner和Guasch提出自适应全波形反演方法(AFWI)，该方法主要利用维纳滤波来对地震数据的相位变化进行校正，数值试验结果证明了该方法在缓解周期跳跃方面的可行性和有效性。同样为了将观测数据与模拟数据的波形校正归位，杨贺龙等将地震数据变换到频率域然后对整道的地震数据进行时差或者是相位校正，减小波形相位相差大于半个周期的影响。Zhu和Fomel在自适应匹配滤波处理的基础上指出经过相位校正的波形信息在目标函数具有平滑二次泛函的优势。根据这种思路随后发展了一批将模拟数据作数据预处理的方法，并将处理以后的波形信息用到FWI中的方法。另一类方法是对观测波场和模拟波场进行一些运算和变换产生人造低频信息，这些产生的低频信息与缺失的真实低频信息的振幅相位大致吻合，可以代替缺失的低频信息应用到全波形反演中，如Wu(2014)和Chi(2014)提出了基于希尔伯特变换的包络全波形反演方法，Hu(2014)提出了基于拍音理论的低频信息重构方法等。但是，上述方法存在依赖于其他技术手段的辅助及计算稳定性较差的问题，在计算效率或者反演结果上都有一些不足之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振幅增量编码的时间域全波形反演方法，以克服全波形反演中存在的周期跳跃的缺点，且该方法不增加额外计算量。

本发明的目是通过以下技术方案实现的：

一种基于振幅增量编码的时间域全波形反演方法，包括以下步骤：