[发明专利]一种敏感核函数优化的全波形反演速度建模方法

说明书

本发明公开了一种敏感核函数优化的全波形反演速度建模方法，涉及勘探地球物理领域。反演方法在迭代早期增大正向散射角信息，用于恢复模型低波数部分，随着迭代次数的增大逐渐增强反向散射角信息，用于构建模型中的中高波数部分。该反演流程既能够自然减弱反演的非线性，避免陷入局部极值，又可以降低多尺度反演的计算成本，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及勘探地球物理领域，具体涉及一种敏感核函数优化的全波形反演速度建模方法。

背景技术

速度建模是地震数据处理中至关重要的一步，建模的精度直接决定了后续偏移成像处理的质量。常规速度建模方法包括偏移速度分析和射线层析反演，由于这些方法使用地震波旅行时信息，所估计的速度模型主要是低波数部分，而中、高波数部分缺失，因此很难获得全波数段高分辨率速度模型。为了解决这一难题，全波形反演应运而生，其使用地震全波场信息(旅行时、振幅、多次波、散射波等)，利用合成数据拟合观测数据来估计地下岩石属性参数，属于一种非线性参数反演方法。该方法能够获得低、中、高全波数速度信息，反演结果可对地下复杂构造形态进行高精度地刻画和描述。

全波形反演属于一种非线性反演方法，可使用全局或局部优化算法进行求解。由于全局优化算法计算成本太高，通常采用局部梯度优化算法进行求解。但在实际应用中，受不规则数据采集、有限偏移距、环境噪声干扰以及低频信号缺失等因素影响，全波形反演的非线性变得极为复杂，常规梯度算法很容易发生周期跳跃问题，进而陷入局部极小值，获得错误的反演结果。多尺度反演策略是解决局部极值的一个常用方法，即从低频到高频依次进行反演，逐步恢复低波数、中波数和高波数速度信息。成功实现多尺度全波形反演的一个基本要求是野外观测数据含有低频信号(通常要求最低频率为2～3Hz)，但常规检波器的最低频率往往大于等于5Hz，因此对于常规检波器采集的地震数据，直接应用全波形反演仍具有较大挑战性，急需研发一种适用于常规数据采集的稳定全波形反演方法。

发明内容

本发明提出了一种敏感核函数优化的全波形反演速度建模方法，在迭代早期增大正向散射角信息，用于恢复模型低波数部分，随着迭代次数的增大逐渐增强反向散射角信息，用于构建模型中的中高波数部分。

本发明具体采用如下技术方案：

一种敏感核函数优化的全波形反演速度建模方法，包括以下步骤：

(1)获取输入数据，输入数据包括初始纵波速度模型v₀(x)、初始密度模型ρ₀(x)、震源函数子波f(t)、野外观测数据d_obs(x_r,t)、预设最大迭代次数N_iter和数据冗余误差ε，其中x_r为检波点位置；

(2)使用纵波速度模型v_i(x)和初始纵波密度模型ρ₀(x)，计算纵波阻抗模型z_i(x)＝ρ₀v_i(x)，其中i＝[0,1,2...N_iter]为迭代次数，当i＝0，v_i(x)使用输入的初始速度模型v₀(x)；

(3)使用震源子波f(t)和阻抗模型，通过求解声波波动方程，计算正向延拓的压强波场p(x,t)和合成数据d_syn(x_r,t)＝p(x_r,t)δ(x-x_r)，声波波动方程为式(1)所示：

x为地下模型空间的位置坐标，x_s为震源位置，为空间梯度算子，为散度算子，δ(x)为狄拉克δ函数，为二阶时间导数；

(4)使用合成数据d_syn(x_r,t)和野外观测数据d_obs(x_r,t)，计算数据残差，计算式为式(2)所示：