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1.
各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案. 相似文献
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本文基于VTI介质拟声波方程,利用散射积分原理,在Born近似下导出了速度与各向异性参数的敏感核函数,同时结合作者前期研究提出的矩阵分解算法实现了一种新的VTI介质多参数全波形反演方法.矩阵分解算法通过对核函数-向量乘进行具有明确物理含义的向量-标量乘分解累加运算实现目标函数一阶方向或二阶方向的直接求取,从而避免了庞大核函数矩阵与Hessian矩阵的存储,该方法同时可以大大降低常规全波形反演在计算二阶方向时的庞大计算量.为了克服不同参数对波场影响程度的不同,本文利用作者前期在VTI介质射线走时层析成像研究中提出的分步反演策略实现了多参数联合全波形反演.理论模型实验表明,本文提出的基于Born敏感核函数的各向异性矩阵分解全波形反演方法可以获得较好的多参数反演结果. 相似文献
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总结了牛顿类地震反演方法中Hessian算子的作用,对其在地震反演成像中的数学物理含义进行了分析.Hessian算子是误差泛函对模型参数的二阶导数,反映了误差泛函对模型变化的二次型特征.分析声波方程下的Hessian算子的格林函数表达形式,发现其表达了整个观测系统和子波频带等因素对地震数据空间到模型空间投影过程的影响.提出了两种分别适用于最小二乘偏移和全波形反演的Hessian算子简化格式.平面波Hessian算子应用于最小二乘偏移能够得到相对保真的成像结果,改善了地震偏移成像的精度.地下偏移距Hessian算子应用于全波形反演能够加快反演迭代的计算效率.最后,对Hessian算子在地震反演成像中的价值进行了讨论和评价. 相似文献
4.
速度、密度之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得.本文将截断高斯-牛顿法用于声介质速度、密度双参数全波形反演,通过考虑近似Hessian矩阵中反映速度、密度相互作用的非主对角块元素,有效解决了多参数全波形反演中速度、密度之间的耦合问题,在不采用反演策略的情况下,仍能够获得精度较高的速度、密度反演结果.常规的截断牛顿类全波形反演通常利用一阶伴随状态法求取目标函数对模型参数的梯度,利用二阶伴随状态法或有限差分法求解Hessian-向量乘,在每一步内循环迭代过程中需要额外求解两次正演问题,计算量较大.本文基于Born近似,将梯度计算中的核函数-向量乘表示为具有明确物理意义的向量-标量乘的累加运算,同时将Hessian-向量乘转化为两次核函数-向量乘,无需额外求解正演问题,有效降低了计算量.数值实验证明了本文提出的方法的有效性. 相似文献
5.
本文基于球谐展开群速度表达式计算走时关于各向异性参数的Fréchet核函数,利用共轭梯度法对两种参数化方法进行了VTI介质中多参数联合反演方法研究.经过理论分析和数值试验发现,与经典的Thomsen参数化方法相比,垂直慢度、水平慢度与动校正慢度的参数化方式更有利于VTI介质多参数联合走时层析反演.为了克服走时对ε参数的不敏感性,我们采用了两步法进行双参数反演,理论模型试验反演得到了与垂直速度精度相当的ε参数.可以将两步法扩展到三步法以同时反演各向异性介质中的三个参数,数值试验展示了该策略的应用潜力. 相似文献
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对于非常规油气开发,水力压裂监控的效果取决于对微地震事件的分析、解释。准确的微地震震源位置是关乎施工成败的重要因素。微地震震源位置的准确性与多个参数相关,其不仅依赖于微地震事件的激发时间,同时也依赖于储层介质参数信息,因此进行微地震震源位置、震源时间、储层介质参数的联合反演尤为重要。页岩气储层通常表现出较强的各向异性,VTI介质可对其进行较好的近似描述。基于VTI介质波动方程,本文提出了同时反演微地震震源位置、震源时间以及VTI介质各向异性参数的联合反演方法。数值算例结果表明,该联合反演方法可以通过迭代反演同时得到高精度的微地震震源位置、震源激发时间以及VTI介质各向异性参数信息。 相似文献
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从含Thomsen各向异性参数的qP波相速度表示式出发,建立并求解三维VTI介质中的频散方程,得到三维VTI介质中的相移算子,进而将以相移算子为基础的最优分裂Fourier方法推广到三维VTI介质,发展了一个三维VTI介质的深度偏移方法.文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致,将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中.文中提出的偏移算法对相移法引入了高阶校正项来补偿介质横向变化的影响,使该方法可应用于横向非均匀VTI介质的陡角度成像,文中给出的偏移脉冲响应很好地证明了这一点. 相似文献
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海洋勘探环境可以抽象为下伏固体与上覆流体相互耦合的介质，本文针对流-固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的多参数（速度和密度）全波形反演方法.本文采用弹性波一阶位移-应力方程作为过渡层耦合声波压力方程与弹性波位移方程来模拟耦合环境，相比于传统的交错网格建模方法或者构建连续性条件，本文提出的方法在正演精度和稳定性上凸显出很大优势，极大降低了计算内存.反演策略对多参数全波形反演至关重要，由于不同参数之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得，因此本文将非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演分为两个步骤完成：第一步利用变密度声波方程结合推导出的密度梯度算子进行纵波速度和密度的双参数反演；第二步根据链式法则求取横波速度的梯度，结合第一步的反演结果使用流-固边界耦合方程反演横波速度.最后通过与声波动方程数值模拟结果对比证明正演算法的准确性；上覆流体的Marmousi-2模型的数值试验测试说明反演方法的有效性和适应性. 相似文献
9.
基于二维VTI介质拟声波程函方程，应用射线扰动理论建立了该方程控制下的数据空间各参数对于模型空间各个参数之间的线性关系，从而获得二维VTI介质拟声波程函方程的各向异性立体层析核函数.考虑到拟声波近似程函方程中η参数与ε和δ存在强烈耦合，本文首先探讨椭圆各向异性情形，为二维拟声波程函方程椭圆各向异性立体层析算法奠定了理论基础.同时也为日后推广到非椭圆各向异性情况提供了一种获得高质量初始模型的可靠途径.理论数据算例证实了Fréchet核函数求取的正确性以及在此基础上设计的工作流程实现两参数反演的可行性. 相似文献
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在VTI介质中,由于引入了各向异性参数使得多分量多参数地震反演问题的非线性程度显著增加,因此采用传统的权重加权法构建单目标函数进行反演得到的反演结果往往并不理想.本文以反射率法为基础,结合快速非支配排序遗传算法研究了一种VTI介质的多分量叠前联合反演方法.该方法以反射率法为正演方程,应用互相关原理构建PP波和PSV波的多目标函数,进而采用快速非支配排序遗传算法全局寻优获得VTI介质的厚度、纵横波速度、密度和各向异性参数等多个参数.在正演的过程中,反射率法可以考虑几何扩散、吸收衰减、透射损失、多次波以及纵横波旅行时不匹配等地震波传播效应,更能精确地描述地震波在地下地层中的真实传播情况;在反演的过程中,快速非支配排序遗传算法可以在不引入权重系数的条件下同时优化多个目标函数,获得联合反演问题的Pareto最优解,既不添加权重系数影响又充分利用多分量地震数据.模型测试结果验证了该反演方法的有效性和可行性. 相似文献
11.
In full waveform inversion (FWI), Hessian information of the misfit function is of vital importance for accelerating the convergence of the inversion; however, it usually is not feasible to directly calculate the Hessian matrix and its inverse. Although the limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (L-BFGS) or Hessian-free inexact Newton (HFN) methods are able to use approximate Hessian information, the information they collect is limited. The two methods can be interlaced because they are able to provide Hessian information for each other; however, the performance of the hybrid iterative method is dependent on the effective switch between the two methods. We have designed a new scheme to realize the dynamic switch between the two methods based on the decrease ratio (DR) of the misfit function (objective function), and we propose a modified hybrid iterative optimization method. In the new scheme, we compare the DR of the two methods for a given computational cost, and choose the method with a faster DR. Using these steps, the modified method always implements the most efficient method. The results of Marmousi and over thrust model testings indicate that the convergence with our modified method is significantly faster than that in the L-BFGS method with no loss of inversion quality. Moreover, our modified outperforms the enriched method by a little speedup of the convergence. It also exhibits better efficiency than the HFN method. 相似文献
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基于混叠震源和频率组编码的频率域自适应全波形反演(英文) 总被引：1，自引：0，他引：1
全波形反演是一种高精度的地震成像方法,可以对地下介质物性参数模型进行准确的重构。然而在实际应用中,尤其是在三维复杂介质反演中,计算成本太大是该方法的一个重要缺陷。将混叠震源技术引入到频率域全波形反演中可以大幅度地降低计算成本,提高反演效率。但是使用震源编码技术也带来了两个问题:一方面,参与编码的各个震源之间会产生"串扰噪声",导致反演结果中出现假象;另一方面,基于震源编码的频率域全波形反演方法周围噪声较为敏感,使该方法对含噪数据反演质量较差。本文引入一种频率组编码方法来压制"串扰噪声",并基于震源编码技术提出一种频率域自适应全波形反演方法,通过一个与频率相关的自适应选择机制,将常规频率域全波形反演方法和基于震源编码的全波形反演方法联合起来,在保证反演质量的同时也最大程度地提高了反演效率。 相似文献
13.
Emil Blias 《Geophysical Prospecting》2012,60(6):1054-1067
This paper presents a new explicit method for the estimation of layered vertical transverse isotropic (VTI) anisotropic parameters from walkaway VSP data. This method is based on Dix‐type normal moveout (NMO) inversion. To estimate interval anisotropic parameters above a receiver array, the method uses time arrivals of surface‐related double‐reflected downgoing waves. A three‐term NMO approximation function is used to estimate NMO velocity and a non‐hyperbolic parameter. Assuming the vertical velocity is known from zero‐offset VSP data, Dix‐type inversion is applied to estimate the layered Thomsen anisotropic parameters ?, δ above the receivers array. Model results show reasonable accuracy for estimates through Dix‐type inversion. Results also show that in many cases we can neglect the influence of the velocity gradient on anisotropy estimates. First breaks are used to estimate anisotropic parameters within the walkaway receiver interval. Analytical uncertainty analysis is performed to NMO parameter estimates. Its conclusions are confirmed by modelling. 相似文献
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常规Alkhalifah动校正公式精度低，不能精确描述各向异性介质长偏移距地震反射同相轴的时距关系.本文以提高VTI介质长偏移距地震资料动校正公式的精度为目标，在分析VTI介质常规动校正方程的基础上，根据误差最小原理建立优化校正系数图版，实现对常规动校正公式大偏移距误差的修正，建立最优化校正Alkhalifah动校正方程,实现了对VTI介质长偏移距地震资料常规动校正方程的改进.之后由Fomel群速度公式导出高精度VTI模型长偏移距时距函数，提出了高精度VTI介质长偏移距地震资料动校正方程.将以上的动校正方程用于各向异性参数反演，模型计算表明最优化校正Alkhalifah动校正方程的反演精度是常规长偏移距动校正方程反演精度的2～4倍，高精度动校正方程的反演精度是常规动校正方程反演精度的2～8倍. 相似文献
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Full waveform inversion and the truncated Newton method: quantitative imaging of complex subsurface structures 总被引：2，自引：0，他引：2
Full waveform inversion is a powerful tool for quantitative seismic imaging from wide‐azimuth seismic data. The method is based on the minimization of the misfit between observed and simulated data. This amounts to the solution of a large‐scale nonlinear minimization problem. The inverse Hessian operator plays a crucial role in this reconstruction process. Accounting accurately for the effect of this operator within the minimization scheme should correct for illumination deficits, restore the amplitude of the subsurface parameters, and help to remove artefacts generated by energetic multiple reflections. Conventional minimization methods (nonlinear conjugate gradient, quasi‐Newton methods) only roughly approximate the effect of this operator. In this study, we are interested in the truncated Newton minimization method. These methods are based on the computation of the model update through a matrix‐free conjugate gradient solution of the Newton linear system. We present a feasible implementation of this method for the full waveform inversion problem, based on a second‐order adjoint state formulation for the computation of Hessian‐vector products. We compare this method with conventional methods within the context of 2D acoustic frequency full waveform inversion for the reconstruction of P‐wave velocity models. Two test cases are investigated. The first is the synthetic BP 2004 model, representative of the Gulf of Mexico geology with high velocity contrasts associated with the presence of salt structures. The second is a 2D real data‐set from the Valhall oil field in North sea. Although, from a computational cost point of view, the truncated Newton method appears to be more expensive than conventional optimization algorithms, the results emphasize its increased robustness. A better reconstruction of the P‐wave velocity model is provided when energetic multiple reflections make it difficult to interpret the seismic data. A better trade‐off between regularization and resolution is obtained when noise contamination of the data requires one to regularize the solution of the inverse problem. 相似文献
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本文提出解调包络方法来重构地震记录中缺失的低频信号,同时该方法能够降低全波形反演的非线性程度;提出伴随状态震源函数反演方法来得到精确的震源函数,并推导了梯度计算公式;解调包络方法结合低通滤波技术,实现了从低频到高频的多尺度反演策略,有效缓解了全波形反演的周波跳跃问题.数值算例证明了解调包络、伴随状态震源函数反演方法和低通滤波多尺度反演策略的可行性及优越性.震源函数反演精度测试结果表明:即使观测记录在缺失低频信息的情况下,也能反演得到精确的震源函数.缺失低频测试和抗噪能力测试结果表明:即使地震数据中缺失9Hz以下的低频信号或者信噪比极低的情况下,利用反演得到的精确震源函数进行解调包络多尺度全波形反演,同样可以得到高精度的全波形反演结果.与Hilbert包络全波形反演对比结果表明:解调包络在重构低频和降低伴随震源主频方面具有一定优势. 相似文献
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We use residual moveouts measured along continuous full azimuth reflection angle gathers, in order to obtain effective horizontal transversely isotropic model parameters. The angle gathers are generated through a special angle domain imaging system, for a wide range of reflection angles and full range of phase velocity azimuths. The estimation of the effective model parameters is performed in two stages. First, the background horizontal transversely isotropic (HTI)/vertical transversely isotropic (VTI) layered model is used, along with the values of reflection angles, for converting the measured residual moveouts (or traveltime errors) into azimuthally dependent normal moveout (NMO) velocities. Then we apply a digital Fourier transform to convert the NMO velocities into azimuthal wavenumber domain, in order to obtain the effective HTI model parameters: vertical time, vertical compression velocity, Thomsen parameter delta and the azimuth of the medium axis of symmetry. The method also provides a reliability criterion of the HTI assumption. The criterion shows whether the medium possesses the HTI type of symmetry, or whether the azimuthal dependence of the residual traveltime indicates to a more complex azimuthal anisotropy. The effective model used in this approach is defined for a 1D structure with a set of HTI, VTI and isotropic layers (with at least one HTI layer). We describe and analyse the reduction of a multi‐layer structure into an equivalent effective HTI model. The equivalent model yields the same NMO velocity and the same offset azimuth on the Earth's surface as the original layered structure, for any azimuth of the phase velocity. The effective model approximates the kinematics of an HTI/VTI layered structure using only a few parameters. Under the hyperbolic approximation, the proposed effective model is exact. 相似文献