基于加权的局部互相关时频域相位反演方法技术

本发明专利技术提供一种基于加权的局部互相关时频域相位反演方法，是将地震数据的时频域相位信息引入到互相关目标函数中，将其称为基于加权的局部互相关时频域相位反演方法。通过相位信息的引入缓解了全波形反演对初始速度模型的依赖。同时在时频域目标函数中加入权重因子，能够很好地增强抗噪声能力和反演的稳定性。在低频段的加权的局部互相关时频域相位反演方法中，可以得到一个良好的初始速度模型，然后将其用于高频带加权的局部互相关时频域相位反演方法中，最终可以得到高分辨率反演结果。在同时缺失低频分量和强高斯背景噪声的测试中表明，基于加权的局部互相关时频域相位反演方法具有较强的抗噪能力和不依赖初始速度模型等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于加权的局部互相关时频域相位反演方法
本专利技术涉及一种地球物理勘探方法，尤其是利用地震数据时频域相位信息来构建速度模型反演的目标函数，并利用时频域模拟数据的振幅信息来对相位目标函数进行能量校正，消除反演过程中不稳定因素以及波形匹配错位等问题的局部互相关时频域相位反演方法。
技术介绍
：全波形反演是一个最小二乘优化问题，通过不断缩小观测数据与模拟数据的残差来对事先设定初始速度模型进行更新，最终实现高精度反演的目的。与许多现有的反演方法相比，在理论上，全波形反演方法是获得地下速度模型最准确方法的算法之一。然而，即使全波形反演具有高分辨率的巨大优势，但是仍受很多不利因素的制约，如缺失低频分量、强非线性目标函数和不准确的初始模型。由于这些原因，全波形反演的目标函数常常收敛到局部极小点，并在实际数据测试中出现严重的周波跳跃问题。为了克服这些障碍，许多研究人员从以下几个方面进行了尝试：波形匹配、走时反演和相位反演。为了扩大模拟数据和观测数据之间的波形可匹配范围，已经进行了深入的研究，并提出了许多新的方法。Bunks等人(1995.Multiscaleseismicwaveforminversion.Geophysics,60(5):1457-1473)通过滤波的方法将地震数据的高频分量与低频分量分开，实现了先反演宏观速模型构造再反演细节速度模型构造。然而，地震数据中的低频分量非常微弱，并且总是受到噪声的污染(Crossholeseismicwaveformtomography–I.Strategyforrealdataapplication.GeophysicalJournaloftheRoyalAstronomicalSociety,2006,167(1):1224-1236)。更重要的是，超低频震源造价高昂，而且通常在地震勘探中不可用。因此，当地震数据中没有低频分量时，多尺度策略不能很好地恢复速度模型的宏观构造。地震包络方法(2014,Seismicenvelopeinversionandmodulationsignalmodel:Geophysics79WA13-WA24.)通过使用非线性希尔伯特变换能够从原始地震数据中提取低频分量。胡等人(Adaptivemulti-stepFullWaveformInversionbasedonWaveformModeDecomposition.JournalofAppliedGeophysics,2017,139:195-210.)提出了一种波形模态分解的方法来解调出超低频分量，并且在推导伴随震源过程中不使用链式法则。这样能使得超低频分量很好地保存在了伴随源中。还有很多基于目标函数的创新方法来扩展波形可匹配的范围，如累加能量范数(Accumulatedenergynormforfullwaveforminversionofmarinedata.JournalofAppliedGeophysics,2017,147.)，最优运输目标函数(OptimalTransportforSeismicFullWaveformInversion[J].2016,14(8).)，二阶时间积分波场目标函数(Fullwaveforminversionofthesecond-ordertimeintegralwavefield.ChineseJournalofGeophysics,2016,59(6).)和归一化积分法(Thenormalizedintegrationmethod:analternativetofullwaveforminversion.2012.)。地震波走时信息与地下速度值呈线性关系(Computerizedgeophysicaltomography.ProceedingsoftheIEEE,1979,67(7):1065-1073.)。因此，走时层析成像不存在周波跳跃问题，该类方法通是常基于射线追踪理论和高频假设来反演速度模型的。然而，根据前人的研究成果显示，走时信息仅能够反映背景速度模型。当速度模型的构造复杂时，走时层析成像方法的模型分辨率有限。Luo等人，(Wave-equationtraveltimeinversion.Geophysics,1991,56(5):645-653.)和Zhou等人(Acousticwave-equationtraveltimeandwaveforminversionofcrossholeseismicdata.Geophysics,1995,60(3):765-773.)提出了波动方程走时反演方法来连接全波形反演和走时反演之间的鸿沟。然而，将该方法用于复杂的速度模型时，如Marmousi速度模型，波动方程走时反演得到的速度模型仍不能满足常规全波形反演对初始模型要求。之后，Luo等人(Full-traveltimeinversion[J].Geophysics,2016,81(5):R261-R274.)又提出了全走时反演方法来解决复杂模型的反演问题，并且不需要精确的初始速度模型或超低频的地震数据。胡等人(Single-frequencywaveform-basedmultiscalewave-equationtraveltimeinversion[C]//SegTechnicalProgramExpanded.2017:1692-1696)将时域单频波形与波动方程旅行时反演相结合，并从低频分量到高频分量逐级进行反演，最终可以得到较好的结果。地震数据中的相位特征与走时信息密切相关，其与振幅信息相比具有与模型构造更好的线性关系(Theoreticalbackgroundforcontinental-andglobal-scalefull-waveforminversioninthetime–frequencydomain.GeophysicalJournaloftheRoyalAstronomicalSociety,2008,175(2):665-685.)。因此可以通过分离相位和振幅信息来设计更多的线性反演方法。迄今为止已经提出了许多关于纯相位信息的目标函数。如：Fichtner等人提出了一种时频域相位反演方法；等人(Misfitfunctionsforfullwaveforminversionbasedoninstantaneousphaseandenvelopemeasurements.GeophysicalJournalInternational,2011,185(2):845-870.)提出了基于希尔伯特变换的瞬时相位反演方法；Choi等人(Frequency-domainwaveforminversionusingthephasederivative.GeophysicalJournalInternational,2013,195(3):1904-1916.)在频域或拉普拉斯傅立叶域中使用了相位信息，反演结果表明相位信息是地震反演的较好选择。同时归一化互相关目标函数(Applicationofmulti‐sourcewaveforminversiontomarinestreamerdatausingtheg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加权的局部互相关时频域相位反演方法，包括以下步骤：a、将地震数据导入到计算机中，利用地震数据处理软件对其进行预处理，并准备进行加权的局部互相关时频域相位反演；本专利技术利用在真实速度模型上正演模拟产生的地震数据代替实际野外采集的地震数据来进行数值测试；b、建立线性递增初始速度模型，该初始速度模型作为反演的起始值；c、将观测系统、震源子波和线性递增初始速度模型输入到基于加权的局部互相关时频域相位反演算法中，并进行波动方程正演模拟，得到模拟数据，并存储正传波场；d、对观测数据和模拟数据同时进行低通滤波，滤除地震数据中高频分量；e、对观测数据和模拟数据逐道进行Gabor变换得到时频域的观测数据和模拟数据；f、构建基于加权的局部互相关时频域相位反演方法的目标函数：

【技术特征摘要】
1.一种基于加权的局部互相关时频域相位反演方法，包括以下步骤：a、将地震数据导入到计算机中，利用地震数据处理软件对其进行预处理，并准备进行加权的局部互相关时频域相位反演；本发明利用在真实速度模型上正演模拟产生的地震数据代替实际野外采集的地震数据来进行数值测试；b、建立线性递增初始速度模型，该初始速度模型作为反演的起始值；c、将观测系统、震源子波和线性递增初始速度模型输入到基于加权的局部互相关时频域相位反演算法中，并进行波动方程正演模拟，得到模拟数据，并存储正传波场；d、对观测数据和模拟数据同时进行低通滤波，滤除地震数据中高频分量；e、对观测数据和模拟数据逐道进行Gabor变换得到时频域的观测数据和模拟数据；f、构建基于加权的局部互相关时频域相位反演方法的目标函数：其中表示Wu表示权重因子，并设定表示观测数据，表示模拟数据在时频域的相位，表示高斯窗函数的中心时刻，表示局部角频率，并且满足g、目标函数的偏导数：并利用链式法则将目标函数的偏导...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇，韩立国，蔡中正，封强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22