截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法

摘要

本发明涉及一种截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法。该方法首先在低频段内，用截断时窗反演策略进行全波形反演，得到的反演结果作为初始模型用于中频段反演。然后将中频段的反演结果作为初始模型，用于常规时间域全波形反演并得到最终反演结果。截断时窗反演策略节约了大量正演时间。低通滤波多尺度反演策略，可将地震数据分为不同频段进行反演。将截断时窗与低通滤波组合使用，可在缺失低频和强高斯噪声干扰情况下，得到较好的反演结果。模型测试结果表明，该组合策略在提高计算效率的同时缓解了周跳现象，且截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法在反演精度、计算效率、低频依赖、抗噪能力等方面优于常规时间域全波形反演。

主权项

一种截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法，其特征在于，包括以下步骤：a、安装MATLAB2013a软件，并安装MATLAB语言编写的地震数据处理软件Crews工具包；b、对采集的地震数据进行预处理，并将观测记录和观测系统输入计算机，进行时间域全波形反演；c、从观测记录中估计震源子波，该估计得到的震源子波用于正演模拟；d、建立线性递增初始模型，该速度模型作为反演的起始值，通过计算模型的更新方向，实现由初始模型逐渐向真实模型逼近的过程；e、根据最小二乘法原理构建目标函数：其中v表示P波速度，d_obs为采集的观测记录，d_cal在速度模型通过正演得到的正演记录，在求目标函数的梯度过程中，对目标函数两端的P波速度v求导，得到梯度表达式：$\frac{\partial E\left(v\right)}{\partial v}=-\frac{2}{v^3}\underset{s}{\Sigma }\underset{r}{\Sigma }\frac{{\partial }^2{p}_f}{\partial t^2}*p_b$其中p_b表示由伴随震源f_s向地下传播得到的波场，p_f表示正演模拟波场，s表示震源的数目，r表示检波器的数目；f、选取截断时窗的时间长度，截取观测记录前部分地震信号，并记录截断时窗长度，该截断时窗的时间长度作为正演模拟的时间长度；g、按照声波方程的动力学规律，利用输入的观测系统、估计得到的震源子波和初始速度模型进行地震波场正演，存储正传波场数据和正演记录；根据要求设定截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法相关参数，包括模型大小nz×nx，网格距dx,dz，正演模拟时窗长度It，时间采样间隔dt，雷克子波主频f₀，巴特沃斯滤波器的截断频率f_cut，每个超随机震源的最大迭代次数iter max，更新梯度最小值gtol，目标函数精度tol，反演结果的最大值v max和最小值v min；h、对截断时窗内的观测记录和正演记录同时进行低通滤波，确保用相同的低通滤波器处理数据，滤波之后，得到处理观测记录和处理正演记录；i、将处理观测记录和处理正演记录做差，得到残差数据；j、将残差数据作为伴随震源，用反传算子作用于伴随震源上，得到模型空间的残差反传波场；k、正传波场与反传残差波场做互相关，得到模型更新梯度；l、用超记忆梯度优化算法计算模型更新方向，并通过Wolfe收敛准则寻找合适的步长；m、判断是否满足终止条件，若满足则输出截断时窗的低通滤波多尺度全波形反演方法的反演结果；若不满足终止条件，将反演结果作为下一个循环的初始模型，返回d步骤；n、将m步骤输出结果作为常规时间域全波形反演的初始速度模型，然后进行常规时间域全波形反演，迭代200次之后输出最终反演结果。