[发明专利]一种改进的SIRT法射线走时层析成像方法

说明书

本发明涉及一种改进的SIRT法射线走时层析成像方法，包括以下步骤：1)对原始地震数据进行预处理；2)在预处理后的地震数据炮记录上进行初至拾取，获得初至走时；3)根据地下先验信息建立初始表层速度模型，并设定反演参数；4)根据拾取的初至走时和初始表层速度模型采用改进的SIRT法进行地震走时层析成像，获得最终表层速度模型。与传统SIRT法层析技术相比，本发明具有内存占用小、反演精度高、易于并行等优点。

技术领域

本发明涉及地震走时层析成像技术领域，尤其是涉及一种改进的SIRT法射线走时层析成像方法。

背景技术

地震走时层析的目的是找到一个使理论合成走时与观测走时之差在某种意义下达到极小的“最佳”模型(Woodward et al.,2008；Zhu et al.,1992)。目前基于线性反演思想的方法主要有两种实现方式：

第一种是传统的求解层析方程组的方法，这种方法求解的方程组系数矩阵规模庞大，且非常稀疏，病态严重，需要采用正则化来保证反演的正确性与稳定性(崔岩等，2015)，因此反演精度严重依赖于方程组的求解方法，常用的求解大型稀疏病态方程组的方法包括反投影法(BPT)、代数重建法(ART)、联合迭代重建法(SIRT)、最小二乘QR分解法(LSQR)等，其中SIRT法以其兼顾计算效率与反演精度的优点而成为主流解法。

第二种是基于局部最优化思想，通过对目标函数的局部线性化近似获得速度的修改方向，然后通过迭代实现该非线性反演问题的线性化求解。但无论哪种实现方式，线性反演方法的主要缺点是对初始模型依赖性强，当初始模型选择不合适时，很容易陷入局部极值。

在第二种方法中，每一次迭代中速度修改方向的计算是关键。利用伴随状态法(谢春等,2014；李勇德等,2017)或改进的散射积分法(Liu et al.,2015；李勇德等，2016)可以获得速度的修改方向。前者利用地震波的一次正传和数据残差的一次反传即可获得目标函数的梯度，无需存储大型矩阵，但其预条件在射线走时层析成像中不易实现。后者通过显式地计算核函数，并与走时残差向量相乘实现梯度的计算，通过核函数元素的平方和累加实现预条件。具有内存占用小、反演精度高、便于预条件等优点。但局部最优化方法将模型更新量表达为方向与步长的相乘，而步长的计算经验性比较强，缺乏统一的表达式或计算方法，导致收敛不稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改进的SIRT法射线走时层析成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改进的SIRT法射线走时层析成像方法，包括以下步骤：

1)对原始地震数据进行预处理；

2)在预处理后的地震数据炮记录上进行初至拾取，获得初至走时；

3)根据地下先验信息建立初始表层速度模型，并设定反演参数；

4)根据拾取的初至走时和初始表层速度模型采用改进的SIRT法进行地震走时层析成像，获得最终表层速度模型。

所述的步骤1)中，预处理具体内包括非破坏走时的去噪和反褶积处理。

所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)在当前表层速度模型上进行射线追踪获取理论合成的初至走时以及射线路径；

42)判断理论合成的初至走时与拾取的初至走时是否匹配，若是，则将当前表层速度模型作为最终表层速度模型，若否，则执行以下步骤；

43)逐个读取每一个炮检对所对应的射线路径，并与该路径对应的走时残差相乘；

44)计算得到改进的SIRT法模型更新公式中的变量值；