一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法及设备技术

本发明专利技术公开一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法、系统及设备，其中，方法包括步骤：给定初始模型，通过弹性波方程正演计算得到模拟信号，所述初始模型包括纵波速度模型，横波速度模型和密度模型；根据所述模拟信号和输入信号计算得到伴随源；通过声波方程计算反传波场和正传波场，并将所述反传波场和所述正传波场进行互相关，得到用于模型更新的梯度项；根据所述梯度项对速度模型进行更新，直至最小二乘形式的目标函数收敛，输出反演成像结果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法及设备


[0001]本专利技术涉及地球物理勘探
，特别涉及一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法及设备。

技术介绍

[0002]地震勘探属于地球物理勘探领域，其探测结果具有较高的分辨率和可靠性，被广泛应用于石油勘探、矿产勘察、工程勘探和自然灾害防护等领域。地震波全波形反演技术是地震勘探领域中一种高精度反演方法，能有效刻画地下地质构造的细节，具有反演精度高和计算成本大的特点。近年来，随着计算计算力的整体提升，计算成本下降，全波形反演技术被逐渐应用于各类实际勘探工作中。
[0003]全波形反演方法的实现流程大致可分为以下几个步骤：
[0004]1)、给出初始模型，计算模拟信号，利用模拟信号和输入信号计算伴随源；
[0005]2)、将伴随源作为震源信号反传，得到反传波场，反传波场与正传波场做互相关，得到用于更新模型的梯度项；
[0006]3)、选择梯度类最优化方案(如最速下降法、共轭梯度法等)，更新模型直至收敛。
[0007]在实际地震勘探中，输入信号一般由位于地表的检波器观测得到。常见的单分量检波器接收的信号属于单分量弹性波信号(垂向速度分量)。多分量检波器由于成本问题，目前尚未被广泛应用。弹性波信号中含有较强的面波信息，这部分信息在基于体波的全波形反演中被视为一种强干扰信号，不利于反演。
[0008]目前，应用于实际勘探领域的全波形反演方法大多都基于声波方程。基于弹性波方程的方法由于计算成本太大，而达不到实际生产的需求。在得到观测信号后，一般需要将信号进行一系列预处理，例如归一化、去噪、面波压制等，提升信号的信噪比的同时使其更接近于声波信号，方便后续利用声波方程进行反演。目前常见的声波全波形反演方案还存在以下不足：
[0009]1)、实际观测信号属于弹性波信号，利用声波进行近似存在一定误差；
[0010]2)、观测信号含有面波信号，声波信号则不含面波信息；这部分缺失的面波信息会导致反演时两个信号间波形(面波、直达波、反射波等)的能量对比关系存在差异，难以正确恢复信号的幅值信息。
[0011]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0012]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法及设备，旨在解决现有地下结构成像方法存在计算成本大以及反演结果的准确性和精度不足的问题。
[0013]本专利技术的技术方案如下：
[0014]一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，包括步骤：
[0015]给定初始模型，通过弹性波方程正演计算得到模拟信号，所述初始模型包括纵波速度模型，横波速度模型和密度模型；
[0016]根据所述模拟信号和输入信号计算得到伴随源；
[0017]通过声波方程计算反传波场和正传波场，并将所述反传波场和所述正传波场进行互相关，得到用于模型更新的梯度项；
[0018]根据所述梯度项对所述初始模型进行更新，直至最小二乘形式的目标函数收敛，输出反演成像结果。
[0019]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，通过弹性波方程正演计算得到模拟信号的步骤包括：
[0020]在弹性波方程的应力项上加载子波震源信号，对波场传播进行数值模拟，记录检波器位置处弹性波场的垂向速度分量，所述垂向速度分量等价于模拟信号。
[0021]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，所述弹性波方程为：
[0022][0023]其中，v
x
(x,t)表示t时刻位于空间位置x处的粒子在x方向上的振动速度；ρ(x)为介质密度；τ
xx
(x,t)和τ
zz
(x,t)分别表示水平和垂向的正应力项；τ
xz
(x,t)为切应力项；λ和μ为拉梅常数，可通过模型的纵波速度(V
p
)、横波速度(V
s
)和密度ρ，按公式μ＝ρV
s2
和计算得到；f(x
s
,t)为外加的震源项；v
z
(x,t)为弹性波的垂向速度分量。
[0024]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，根据所述模拟信号和输入信号计算得到伴随源的步骤为：
[0025]将所述模拟信号与输入信号进行相减，得到伴随源，所述输入信号是指实际工作中由检波器观测到的地震信号，或是在给定一个假设的真实模型条件下，通过正演计算所得到的信号。
[0026]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，通过声波方程计算反传波场和正传波场的步骤包括：
[0027]假设弹性波方程中横波速度为零V
s
＝0，且两个正应力项相等τ
xx
(x,t)＝τ
zz
(x,t)＝P(x,t)，推出声波方程为：
[0028][0029]将子波震源作为正传波场的震源，由0时刻计算到T时刻，按时间正传计算得到正传波场；
[0030]将所述伴随源作为反传波场的震源，由T时刻计算到0时刻，按时间反传计算得到反传波场。
[0031]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，将所述反传波场和所述正传波场进行互相关，得到用于模型更新的梯度项的步骤包括：
[0032]将同一时刻t的正传波场和反传波场相乘，累加0到T所有时刻波场相乘的结果，得到用于模型更新的梯度项。
[0033]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，根据所述梯度项对初始模型进行更新，直至最小二乘形式的目标函数收敛，输出反演成像结果的步骤包括：
[0034]基于所述梯度项，采用梯度类最优化方法对初始模型进行更新，每次更新后所述最小二乘形式的目标函数的值会下降，若迭代若干次后，所述目标函数值相对前一次迭代不再下降，则判定此时迭代收敛，终止迭代程序，得到更新模型；
[0035]根据所述更新模型输出反演成像结果。
[0036]所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其中，所述最小二乘形式的目标函数：其中，J为目标函数；u为模拟信号；d为输入信号；x
r
为第r个检波器的空间位置，r＝1,2,3
…
N；m为参数模型；t为信号某一时刻的时间，t∈[0,T]，目标函数越小，模拟信号越接近于观测信号，此时生成模拟信号的模型接近于实际地质模型。
[0037]一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现本专利技术所述地下结构弹性波正演声波反演成像方法中的步骤。
[0038]一种地下结构弹性波正演声波反演成像设备，其中，包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
[0039]所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；
[0040]所述处理器执行所述计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其特征在于，包括步骤：给定初始模型，通过弹性波方程正演计算得到模拟信号，所述初始模型包括纵波速度模型，横波速度模型和密度模型；根据所述模拟信号和输入信号计算得到伴随源；通过声波方程计算反传波场和正传波场，并将所述反传波场和所述正传波场进行互相关，得到用于模型更新的梯度项；根据所述梯度项对所述初始模型进行更新，直至最小二乘形式的目标函数收敛，输出反演成像结果。2.根据权利要求1所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其特征在于，通过弹性波方程正演计算得到模拟信号的步骤包括：在弹性波方程的应力项上加载子波震源信号，对波场传播进行数值模拟，记录检波器位置处弹性波场的垂向速度分量，所述垂向速度分量等价于模拟信号。3.根据权利要求2所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其特征在于，所述弹性波方程为：其中，v
x
(x,t)表示t时刻位于空间位置x处的粒子在x方向上的振动速度；ρ(x)为介质密度；τ
xx
(x,t)和τ
zz
(x,t)分别表示水平和垂向的正应力项；τ
xz
(x,t)为切应力项；λ和μ为拉梅常数，可通过模型的纵波速度(V
p
)、横波速度(V
s
)和密度ρ，按公式μ＝ρV
s2
和计算得到；f(x
s
,t)为外加的震源项；v
z
(x,t)为弹性波的垂向速度分量。4.根据权利要求1所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其特征在于，根据所述模拟信号和输入信号计算得到伴随源的步骤为：将所述模拟信号与输入信号进行相减，得到伴随源，所述输入信号是指实际工作中由检波器观测到的地震信号，或是在给定一个假设的真实模型条件下，通过正演计算所得到的信号。5.根据权利要求1所述的地下结构弹性波正演声波反演成像方法，其特征在于，通过声波方程计算反传波场和正传波场的步骤包括：假设弹性波方程中横波速度为零V
s
＝0，且两个正应力项相等τ
xx
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，崔宁城，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：