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全波形反演中非精确线性搜索方法研究

Applied Geophysics 2023年第4期20卷 374-384,668页

作者：马晓娜徐善辉柯沛张洪涛中国地震局地球物理研究所北京100081 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司新兴物探开发处涿州072751 辽宁工程勘察设计院辽宁锦州121000

全波形反演是一个非线性数据拟合过程,以反演迭代的方式来获取地下高精度模型参数。其中,更新步长的选取影响整个反演过程的计算效率和反演结果的精度。非精确线性搜索方法是求取更新步长的有效方法,其不要求目标函数达到精确最小,利用... 详细信息

全波形反演是一个非线性数据拟合过程,以反演迭代的方式来获取地下高精度模型参数。其中,更新步长的选取影响整个反演过程的计算效率和反演结果的精度。非精确线性搜索方法是求取更新步长的有效方法,其不要求目标函数达到精确最小,利用判断条件和初始步长得到合适的更新量即可,不依赖目标函数的形式,具有较大发展潜力。本文首先对数学上求解最优化问题中经典的Armijo判断条件、Wolfe判断条件以及Goldstein判断条件在地震数据全波形反演中的应用效果展开研究。Overthrust模型测试证明Armijo判断条件和Goldstein判断条件收敛性相似,计算效率高,对全波形反演具有更好的适用性。同时,在全波形反演中使用Adaptive Barzilai-Borwein(ABB)方法,充分利用模型参数变化量和梯度变化量自适应地计算初始步长。此外,本文对ABB初始步长计算方法中的阈值展开研究,探索适用于全波形反演方法的阈值范围。模型测试验证了ABB初始步长计算方法的有效性,且其阈值小于0.5时全波形反演效果最好。

关键词：全波形反演非精确线性搜索判断条件 ABB初始步长阈值

全波形反演中非精确线性搜索方法研究（英文）

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Applied Geophysics 2023年第4期 374-384+668页

作者：马晓娜徐善辉柯沛张洪涛中国地震局地球物理研究所中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司新兴物探开发处辽宁工程勘察设计院

全波形反演是一个非线性数据拟合过程，以反演迭代的方式来获取地下高精度模型参数。其中，更新步长的选取影响整个反演过程的计算效率和反演结果的精度。非精确线性搜索方法是求取更新步长的有效方法，其不要求目标函数达到精确最小，... 详细信息

全波形反演是一个非线性数据拟合过程，以反演迭代的方式来获取地下高精度模型参数。其中，更新步长的选取影响整个反演过程的计算效率和反演结果的精度。非精确线性搜索方法是求取更新步长的有效方法，其不要求目标函数达到精确最小，利用判断条件和初始步长得到合适的更新量即可，不依赖目标函数的形式，具有较大发展潜力。本文首先对数学上求解最优化问题中经典的Armijo判断条件、Wolfe判断条件以及Goldstein判断条件在地震数据全波形反演中的应用效果展开研究。Overthrust模型测试证明Armijo判断条件和Goldstein判断条件收敛性相似，计算效率高，对全波形反演具有更好的适用性。同时，在全波形反演中使用Adaptive Barzilai-Borwein (ABB)方法，充分利用模型参数变化量和梯度变化量自适应地计算初始步长。此外，本文对ABB初始步长计算方法中的阈值展开研究，探索适用于全波形反演方法的阈值范围。模型测试验证了ABB初始步长计算方法的有效性，且其阈值小于0.5时全波形反演效果最好。

关键词：全波形反演非精确线性搜索判断条件 ABB初始步长阈值

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基于垂直构造梯度优化的全波形反演方法

地球物理学报 2022年第4期65卷 1425-1438页

作者：张灵莉任玉晓刘斌王凯许新骥陈磊山东大学岩土与结构工程中心济南250061 山东大学齐鲁交通学院济南250002 山东大学数据科学研究院济南250100 山东高速集团有限公司济南250102

伴随状态法是全波形反演的主流梯度计算方法,该方法对水平构造反演效果较好,但是不易反演垂直构造.对此,本文以有效反演垂直构造为目标,提出了一种基于垂直构造梯度优化的全波形反演方法.首先基于波场传播特征,分析了伴随状态法在垂直... 详细信息

伴随状态法是全波形反演的主流梯度计算方法,该方法对水平构造反演效果较好,但是不易反演垂直构造.对此,本文以有效反演垂直构造为目标,提出了一种基于垂直构造梯度优化的全波形反演方法.首先基于波场传播特征,分析了伴随状态法在垂直构造梯度计算方面的局限性.在此基础上,通过构建模拟数据和观测数据之间残差逆传波场的自相关项,实现了垂直构造位置处的梯度补偿;并将其以自相关梯度项能量最大值为归一准则与伴随状态法所得梯度相结合,以保证在有效反演垂直构造的同时兼顾水平构造反演效果.单层、双层阶梯模型测试表明本方法可以有效反演垂直构造,同时提升水平构造反演效果;局部Marmousi模型测试证明了本方法同样可以改善倾斜构造的反演效果.

关键词：全波形反演伴随状态法梯度垂直构造残差逆传波场自相关

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基于双对角通量校正的多尺度全波形反演

石油地球物理勘探 2022年第5期57卷 1120-1128,I0006页

作者：杨瑞冬黄建平杨振杰慕鑫茹王兆忠杨珊珊中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 山东省第一地质矿产勘查院山东济南250100 中国石油塔里木油田分公司新疆库尔勒841000

油气勘探的不断深入使地震勘探面临的问题越来越复杂。全波形反演(FWI)以其高精度优势成为一种极具潜力的速度建模方法,但其反演效果很大程度上受初始模型精度和炮记录频带范围的影响。在实际地震数据处理中,初始速度模型的精度往往不高... 详细信息

油气勘探的不断深入使地震勘探面临的问题越来越复杂。全波形反演(FWI)以其高精度优势成为一种极具潜力的速度建模方法,但其反演效果很大程度上受初始模型精度和炮记录频带范围的影响。在实际地震数据处理中,初始速度模型的精度往往不高,而精确的初始速度模型又是防止FWI陷入局部极值的关键,因此降低FWI对初始模型的依赖性至关重要。为此,提出一种基于双对角通量校正的多尺度FWI方法,利用通量校正运输技术对二维时间域声波方程进行校正,获得不同频率成分的校正波场,并据此推导出FWI梯度及步长计算公式,使用低频~高频的校正波场进行多尺度反演。为了验证该方法的有效性,利用改进Marmousi模型进行模拟测试。结果表明,该方法有效地拓展了波场的中低频成分,降低了FWI对初始模型的依赖性。

关键词：全波形反演声波方程多尺度通量校正运输

鄂尔多斯西南缘及邻区三维速度结构全波形反演

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地球物理学报 2022年第6期65卷 2074-2089页

作者：李俊毅侯卫生郭飚沈旭章郑文俊中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

鄂尔多斯地块西南缘作为青藏高原东北缘扩张的最前端,获取其高精度三维速度结构对揭示地块间物质转移和相互作用机制有着重要的研究意义.本文收集并整理了677个流动台站上记录到的8个4.7级以上地震事件的数据,采用基于伴随谱元的全波形... 详细信息

鄂尔多斯地块西南缘作为青藏高原东北缘扩张的最前端,获取其高精度三维速度结构对揭示地块间物质转移和相互作用机制有着重要的研究意义.本文收集并整理了677个流动台站上记录到的8个4.7级以上地震事件的数据,采用基于伴随谱元的全波形反演方法,获得了研究区内0~60 km的三维速度结构.模型成像结果表明,在鄂尔多斯地块低速沉积层下方的地壳相较于同一深度的地壳速度结构呈明显高速,上地幔速度结构连续.华南地块内部速度结构表现为古老克拉通稳定的岩石结构,但北部地壳并不具备相似特征.相较鄂尔多斯地块和华南地块,阿拉善地块内部壳幔速度结构要复杂得多.在北纬38°以北,鄂尔多斯地块内部部分地壳速度结构呈高速,上地幔呈低速,而地块南部地壳速度结构则具有相反的特征.地块内部的20 km处存在不连续分布的低速体表明,鄂尔多斯地块稳定克拉通的岩石结构发生了一定改变.此外,研究区内断裂附近对应有显著速度结构异常,这也为研究区深入开展深浅构造耦合研究提供有力的地震学成像约束.

关键词：全波形反演三维速度结构波形拟合鄂尔多斯西南缘

黏弹性VTI介质微地震正演模拟与震源机制全波形反演

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地球物理学报 2022年第1期65卷 301-319页

作者：唐杰刘英昌韩盛元孙成禹中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性... 详细信息

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减和速度各向异性会导致震源机制反演结果的误差.本文提出了一种考虑地层各向异性吸收衰减作用的震源机制全波形反演方法,对于黏弹性VTI介质,采用GPU并行的伪谱法计算合成地震记录,通过全波形反演方法匹配合成波形和记录波形,借助优化算法获得震源机制矩张量反演结果.本文通过实验测试验证了该方法的有效性,分析了震源区各向异性速度和衰减参数、噪声以及观测系统等对于微地震震源机制各分量及成分反演结果的影响,研究表明考虑模型中的黏弹性各向异性对于获得可靠的震源机制反演结果非常重要.

关键词：微地震震源机制全波形反演矩张量衰减各向异性衰减补偿

全波形反演与断控层析反演联合速度建模——以南海东部A油田为例

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中国海上油气 2020年第5期32卷 107-113页

作者：李黎沈水荣吴意明张永江王要森董政刘振刘南中海石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳518054

南海东部大部分断控油藏存在断层阴影带构造成像畸变问题。以A油田速度建模为例,利用该油田的构造和井信息建立了地质模型,通过模型正演研究认为,折射波加反射波的全波形反演对本区中浅层(<1900 m)断裂阴影带成像较为适用,但对中深层适... 详细信息

南海东部大部分断控油藏存在断层阴影带构造成像畸变问题。以A油田速度建模为例,利用该油田的构造和井信息建立了地质模型,通过模型正演研究认为,折射波加反射波的全波形反演对本区中浅层(全波形反演与断控层析反演技术相结合建立高精度速度模型的方法,在高分辨率全波形速度模型的基础上,开展断控层析反演更新中深层速度模型,从而进一步解决了断层两侧速度突变问题,弥补了传统层析成像技术难以描述断层两侧速度突变的缺陷。实际地震资料应用效果表明,本文建模方法建立的速度模型与地下真实情况匹配较好,有效地改善了断层阴影带下盘构造成像畸变现象,可提高构造研究精度。

关键词：全波形反演断控层析反演断裂阴影带正演模拟

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究

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煤田地质与勘探 2023年第7期51卷 162-173页

作者：李宇王靖岐管建博闫英伟长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054 南方科技大学地球与空间科学学院广东深圳518055

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待... 详细信息

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数据反演的横波速度模型显示了一个4 m×3 m的人工空洞,与实际位置和尺寸相符,证明了该方法在浅地表空洞探测方面的可行性和有效性。

关键词：瑞雷波全波形反演空洞探测低速异常剪切波速

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全波形反演在缝洞型储层速度建模中的应用

地球物理学报 2016年第7期59卷 2713-2725页

作者：崔永福彭更新吴国忱尚帅郭念民赵锐锐中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院新疆库尔勒841000

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地... 详细信息

速度是地震偏移成像准确与否的关键所在.全波形反演综合利用地震波场运动学和动力学信息,能够得到相比传统速度建模方法更高频的成分.全波形反演的理论比较成熟,但实际应用成功的例子相对较少,特别是对于陆上地震资料.塔里木盆地地震地质条件复杂,为了实现缝洞型储层的准确成像,本文开展了针对目标靶区的全波形反演精细速度建场研究.采用一种时间域分层多尺度全波形反演流程:首先通过层析成像建立初始速度模型;其次利用折射波反演浅层速度模型;最后利用反射波反演中深层速度模型.偏移成像结果表明基于全波形反演的速度建模技术能有效改善火成岩下伏构造的成像精度,显示了全波形反演在常规陆上采集资料的应用潜力.

关键词：全波形反演陆上数据速度建场缝洞型储层火成岩