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劉伊克等-Geophysics:地震多次波全波形反演
2020-07-30 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  地震波是探測地球結構組成及深部資源最為有效的手段。不同的地下結構,地表觀察到的走時信息可能相同,但其振幅反映的地球介質的動力學信息不會相同。地震全波形反演不但考慮地震波走時信息,更重要的是考慮地震波的振幅信息,因此在勘探地震學、區域地震學和全球地球物理的研究中得到迅速發展。 

  傳統的全波形反演(FWI)試圖通過最小化目標函數來找到最佳模型,目標函數被定義為模型預測的數據與觀察到的數據在幅度和相位上的差異。原則上,FWI應適合所有類型地震波,包括直達波、繞射波、回折波、折射波、透射波、反射波、多次波。但是,當初始模型與真實模型相距甚遠時,FWI將難以匹配大部分波形。不同波形耦合在一起,尤其當地震數據存在多次波時,目標函數很難收斂。多次波在地下傳播路徑長,可以傳播到反射波無法到達的區域,攜帶了比反射波更加豐富地下信息。為此,中國科學院地質與地球物理研究所劉伊克研究員、何彬博士生與Yingcai Zheng教授共同合作,將地震多次波分解為不同階數,通過建立多次波的目標函數,從而實現了地震多次波的全波形反演(圖1,圖2)。 

1 地震多次波傳播路徑,M1, M2M3表示不同階的多次波,P是反射波。X1X2多次波產生的crosstalk假地層界面

2 地震多次波全波形反演原理示意圖,Xp是反射波反演速度高波數位置,Xm是多次波反演的速度高波數位置,△vz是多次波反演的背景速度擾動量  

  具體的研究思路如下:將地震反射波看作虛震源向下激發,可形成不同階的多次波。1階多次波在波傳播過程形成2階多次波,以此類推,n階多次波形成的震源形成(n+1)階多次波。通過高階多次波與低一階多次波自適應相減,就可以分解出任何一階獨立的多次波。本文僅用32炮地震數據實現全波形多次波反演(圖3為其中的1炮多次波數據),通過對背景速度(速度長波長修正量)和高波數速度(短波長修正量)進行反演,結果表明可以得到較準確的多次波全波形反演結果(圖4)。該項研究可以廣泛地應用在油氣勘探、地震成像、儲層精細預測,也可用于探測地殼地幔結構、大洋中脊和俯沖帶分布等全球地球物理和地震學的研究中。

3 地震多次波炮集

4 地震多次波全波形反演(沒有反射波數據)

  研究成果發表于GeophysicsLiu Y, He B, Zheng Y. Controlled-order multiple waveform inversion[J]. Geophysics, 2020, 85(3): R243-R250. DOI: 10.1190/geo2019-0658.1)(原文鏈接。相關成果2019年在SEG年會上宣讀獲得第89SEG年會最佳墻報獎Best Poster Paper Presented at the 2019 SEG Annual Meeting Award)。 

 
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