是引起迭代陷入局部极小的根本原因,由于地震数据是一种振动数据,因此周波跃迁普遍存在;
3)成功的3D地震数据全波形反演需要低频分量和初始速度模型很好的耦合?
FWI反演中对初始模型的定义有很多争议,通常认为,在FWI反演中,初始速度模型的选择对于最终的反演结果并不敏感,只需要提供一个平滑?粗略的模型即可?
W.Weibull等人研究了FWI初始速度模型,认为地震数据的FWI反演求解问题是强非线性问题,通常采用基于波恩近似的梯度有关的算法求解,这类算法通常假定在每一个迭代步长上与速度有关的误差函数的导数能够用线性近似精确表达,这就要求初始速度模型能够尽量接近真实模型以避免周波跳跃,周波跳跃不能用波恩近似来描述.因此,建议采用波动方程来代替射线层析方法获得较精确的光滑初始模型?
实践证明,逆时偏移是提高成像质量的有效手
段,其挑战主要表现在成像算法?高精度的速度模型?计算效率等方面.BinGong等提出了时间域基于逆时偏移3D全波形反演算子,该算子具有良好的计算效率,可减少反演结果对初始模型的依赖.最新的研究结果表明,一个成功的全波形反演应该在考虑振幅信息的同时,考虑旅行时信息.
1.2计算效率及优化策略
巨大的计算量一直是FWI技术能否推广应用的瓶颈之一,随着PCCluster?GPU等计算机技术的发展,FWI技术发展也看到了曙光.有关FWI计算效率及优化策略主要集中在两个方面:1)与FWI算法相关的优化策略;2)与高性能计算机技术相关的优化策略.本文主要从算法策略介绍有关优化策略.
Purdue大学的ShenWang等人提出了基于大型并行结构的multi-frontal规划3D频率域全波形反演方法,该方法利用高斯-牛顿类型的优化算法计算经过震源照明后归一化的梯度,通过大规模并行结构的multi-frontal规划方法直接求解时间-调谐波场,每次迭代时需要分解大型的刚度稀疏矩阵,并在每一个迭代步长上采用优化策略,这种方法的关键在于将复杂的矩阵解法直接应用到FWI当中.通过2DSEAM模型数据和Statoil3DFWI模型数据试算,取得了良好的效果?
首尔大学的SeungwooChoi等人在综合分析不同类型边界条件的基础上,提出使用对数网格求解频率域弹性模型和全波形反演问题,由于网格间隔随距离呈对数关系增加,因此网格的数量将较常规方法大大减少,这对求解和提高FWI计算效率和减少边界效应大有裨益.受RTM互相关成像条件的启发,Total的FuchunGao等人提出了基于反褶积梯度的FWI反演方法,该方法以消耗部分照明为代价,相比常规的梯度算法具有很好的聚焦收敛速度.该方法应用反褶积类型的RTM成像条件而不是相关成像条件产生古典的梯度方向,该方法对应于梯度的先验条件,并在利用高斯-牛顿近似的海赛矩阵对角线上增加一个调节因子,这样做可以较大幅度的提升计算效率,模型数据测试表明可提高
计算效率近三分之一?
1.3弹性波FWI与Q补偿
提高成像精度,获取地下精确岩性和流体特征,是油气勘探永恒的话题,在过去的十几年里,SatishSingh等已经发展了一套1D和2D的全弹性波场反演,近年来TGS?PGS?ION等大石油公司在弹性波FWI及考虑Q补偿?地层吸收和衰减等效应的FWI技术研究领域投入了众多研发力量,体现了产业界对FWI技术研发的真正需求和最新方向?
将3D弹性波FWI应用于实际资料,是地球物理工作者的梦想.英国帝国理工大学的LluísGuasch,MikeWarner等人将3D弹性波FWI技术应用于北海3D多分量OBC数据和3DMarmousiII模型,取得了理想效果,并第一次分析了3D弹性波FWI方法的有效性,认为该方法仅仅利用单分量数据就能够很好的恢复P波和S波速度模型,提高下覆构造的成像精度,并很好的解决各向异性影响?
Q因子对油气岩性等有良好的指示.粘弹性方程因其可以很好的考虑介质吸收等因素的影响从而实现地层吸收反射透射等损失对高频信息的恢复具有重要 意 义41 .PGS的A.A.Valenciano等人提出了考虑层析Q估计和偏移补偿的粘声波
成像与Q估计方法该方法首先利用一个积分层析方程将Q因子和利用地震数据计算的谱比联系在一起然后利用共轭梯度算法求解三维规划问题获得精确的Q模型Q模型随后可以和VTI或TTI各向异
性介质模型结合在成像期间实现以模型导向的Q补偿和各向异性补偿.模型数据试算和来自北海的VTI野外数据证明了该方法提取了精确的Q模型将其应用到偏移中取得了良好的补偿效果.如何估算精确的Q因子模型是Q补偿和反Q滤波等技 术 实 现 中 的 关 键 环 节CREWS的PengCheng等人提出了基于匹配滤波的Q估算方法该方法实现了在低信噪比无VSP数据等条件下估算Q模型的难题通过浅层和深层两个窄带时窗的频谱对比计算两个时窗内的最小相位等价子波然后通过正向Q滤波直接搜索Q范围其求解过程可归结为一个局部极小问题.频率域的层析反演方法已经被应用在共成像道集CIGs上以实现对与频变有关的能量衰减.TGS的Yang He和Jun Cai等人提出了频率域Q层析反演方法根据在CIGs上中心频率的不同可以估算与频变有关的衰减?
弹性波FWI是当前最主要的研究课题,相对声波FWI而言,弹性波FWI的应用受到诸多限制,而声波FWI已经高端成像市场上的主要工具,这部分原因可归结为弹性FWI有限差分模型计算时的巨大计算消耗.Chamman(2010)年提出了一种被后人
称为CHR的模型方法,通过该方法可以对声波有限差分进行弹性效应校正,这种校正相对声波有限差分要较多的计算时间,但比使用全弹性波模拟可节省更多的时间.在CHR的基础上,斯伦贝谢剑桥研究中心的BenVeitch等人导出了与校正模拟有关的逆时模型方程和成像条件,这就是伴随态的CHR校正方法cAdS.ION的JianyongBai等人提出了基于粘弹性声波方程的衰减补偿波形反演方法,粘弹性声波方程的显