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地質地球所研究提出一種最小二乘全走時反演法用于淺層地震速度建模

  

  據不完全統計,目前我國陸上尚未探明的油氣資源66%集中在山地複雜構造中,利用地震勘探手段發現並探明這些資源對于保障國家能源供給和能源安全意義重大。然而,由于山地地表地形起伏劇烈、地下構造高陡複雜及地下地層速度埋深縱橫向變化大等因素,使精確地震成像成爲了極大的挑戰。 

  淺層地下速度結構的分辨率是影響深部高精度成像的重要因素。傳統初至走時層析成像方法以高效、穩定性好等優點,在工業上被廣泛應用于淺層速度的反演中。然而該方法有基于無限高頻假設的理論缺陷,在解決複雜模型問題時存在諸多困難,且反演的分辨率不高。近幾年,地震全波形反演方法發展迅速,全波形反演同時考慮走時和振幅信息能極大地提高地震反演的分辨率。傳統全波形反演方法的成功十分依賴良好的初始速度或豐富的低頻成分,但在實際地震資料的采集和處理中,通常難以滿足以上要求。 

  基于以上問題,中科院地質與地球物理研究所油氣資源研究院重點實驗室易佳博士及其導師劉伊克研究員提出了一種最小二乘全走時反演方法,用于複雜起伏地表條件下的高分辨率淺層地震速度的重建工作:(1)將譜元法地震波正演模擬技術引入到起伏地表的速度反演中,有效防止虛假散射波的産生,爲反演提供高精度的地震波場;(2)通過構建旅行時加權的波場自相關和互相關差的 L2 範數的目標函數,來克服傳統互相關目標函數分辨率損失的問題;(3)依據全走時反演理論,計算目標函數的梯度,爲反演叠代提供正確的更新方向。該方法只需提供任意常速度的初始模型,且在低頻成分缺失情況下,也能成功重建一個較好的淺層速度模型,然後提供給全波形反演,最終獲得一個高分辨率複雜起伏地表淺層速度結構(圖1)。該研究成果可爲地震資料處理中的起伏地表的靜校正、直接自起伏地表的偏移,以及深度偏移等提供參考。 

1  (a) 任意常速度初始模型;(b) 用于起伏地表条件下谱元法正演的非规则四边形网格剖分示意圖;(c) 利用所提最小二乘全走時反演方法結合全波形反演所得的高分辨率複雜淺地表速度結構

  研究成果發表于Geophysics。(Yi J, Liu Y, Yang Z, et al. A least-squares correlation-based full traveltime inversion for shallow subsurface velocity reconstruction[J]. Geophysics, 2019, 84(4): R613-R624. DOI: 10.1190/geo2018-0581.1)(原文鏈接