交叉梯度算法在地震和非地震數(shù)據(jù)聯(lián)合反演中的應(yīng)用及研究.pdf

1、在勘探地球物理學(xué)中，聯(lián)合反演的應(yīng)用越來越廣泛。不同數(shù)據(jù)的聯(lián)合，比如地震走時數(shù)據(jù)，地震波形數(shù)據(jù)，電磁數(shù)據(jù)，重力，雷達(dá)數(shù)據(jù)等，為人們對地下介質(zhì)的分析提供了更多的結(jié)構(gòu)信息，有利于提供更準(zhǔn)確的礦藏、圈閉或儲層的位置。同時，多參數(shù)的反演提供了地下結(jié)構(gòu)的不同性質(zhì)，降低地震解釋的非唯一性。目前已經(jīng)發(fā)展的聯(lián)合反演主要分兩種，一種是依據(jù)物質(zhì)的不同表征參數(shù)之間的物理關(guān)系公式實(shí)現(xiàn)聯(lián)合反演，另一種是依據(jù)物質(zhì)的不同表征參數(shù)在結(jié)構(gòu)上的一致性進(jìn)行聯(lián)合反演。分別介紹了

2、兩種聯(lián)合反演的發(fā)展歷程及應(yīng)用，然后詳細(xì)講述了交叉梯度算子在聯(lián)合反演中對模型結(jié)構(gòu)的約束。本文主要利用地震數(shù)據(jù)和非地震數(shù)據(jù)采用交叉梯度算子實(shí)現(xiàn)多參量的聯(lián)合反演。
　　全波形反演在地震勘探中越來越重要，通過波形可以反演出高分辨率的復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)。聲波全波形反演可以反演出縱波速度，但不能描述橫波轉(zhuǎn)換等彈性特征，也不利于提供更詳細(xì)的儲層信息。而彈性波全波形反演可以提供縱波速度、橫波速度、衰減、密度等彈性參數(shù)，因此利用彈性波進(jìn)行波形反演能夠?yàn)槲?/p>

3、們提供更詳細(xì)更準(zhǔn)確的地下結(jié)構(gòu)分布。由于近地表存在風(fēng)化層、低速層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不利于深部成像，因此在深部反演之前去除近地表結(jié)構(gòu)的影響或者通過反演得到精確的近地表結(jié)構(gòu)變得非常重要。另外，近地表地區(qū)地質(zhì)疏松，地震波衰減明顯，而傳統(tǒng)的全波形反演沒有考慮衰減參數(shù)在地震波傳播過程中的影響，因此反演出的速度結(jié)構(gòu)和真實(shí)結(jié)構(gòu)有一定偏差，也不利于深部成像。我們模擬了近地表結(jié)構(gòu)，正演計(jì)算波形，通過對比可知較小的Q值對波形振幅、相位和走時都有影響，因此可以利用地

4、表接收的波形信息反演能夠反映衰減程度的Q值。近地表的初至波攜帶P波信息，面波攜帶S波信息，因此，考慮利用初至波和面波在速度已知的情況下應(yīng)用交叉梯度對模型的約束聯(lián)合反演出近地表的QP和QS的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際勘探地震中，介質(zhì)的速度不能精確得知，而衰減參數(shù)和地震波速度在傳播過程中通過波動方程耦合在一起，共同作用，因此速度和衰減的聯(lián)合反演尤為重要。利用彈性波的初至波和面波應(yīng)用了四參量的交叉梯度算子同時反演縱波速度、橫波速度、QP和QS四個參量。二維

5、彈性波波動方程的全波形正演和反演需要耗費(fèi)大量的計(jì)算時間，因此我們沿二維測線進(jìn)行一維彈性波正演模擬，應(yīng)用二維Tikhonov正則化，形成二維雅克比矩陣，然后通過共軛梯度法同時反演出二維的速度和衰減模型。這種偽二維聯(lián)合反演方法的計(jì)算效率比真正的二維彈性波波形反演有顯著的提高，可以解決具有微小起伏或異常的層狀結(jié)構(gòu)，但不能處理復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，比如速度或衰減變化大的斷層結(jié)構(gòu)。通過理論模型測試和實(shí)際數(shù)據(jù)測試，可以利用此方法得到可靠的速度模型和衰減模

6、型。
　　地震走時數(shù)據(jù)能夠反映地下速度結(jié)構(gòu)的分布，但地表接收的數(shù)據(jù)難以對低速層成像，而且反演出的速度結(jié)構(gòu)相對比較光滑，缺乏細(xì)節(jié)信息。航空電磁數(shù)據(jù)能夠反演出地下電阻率的分布，電磁數(shù)據(jù)的采集方式簡便，采集密度大，可以對大片區(qū)域進(jìn)行細(xì)節(jié)成像，而且對高電阻率和低電阻率區(qū)域都能成像，但是垂向分辨率低。兩種數(shù)據(jù)對近地表的探測深度具有一致性，因此為了給地球物理解釋提供更豐富有效的信息，將航空電磁數(shù)據(jù)和地震走時數(shù)據(jù)聯(lián)合起來同時反演電阻率和速度。由

7、于三維電磁反演計(jì)算成本高，因此利用一維電磁正演和三維初至波走時正演，應(yīng)用三維Tikhonov正則化，形成三維雅克比矩陣，然后在交叉梯度的作用下，聯(lián)合反演了三維電阻率結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)。通過理論模型測試證明，相比于單一數(shù)據(jù)的反演，聯(lián)合反演的算法可以提供更準(zhǔn)確的近地表速度模型。將聯(lián)合地震數(shù)據(jù)和電磁數(shù)據(jù)反演的算法應(yīng)用到一組實(shí)際數(shù)據(jù)中，然后分別利用單獨(dú)的走時反演得到的速度結(jié)構(gòu)和聯(lián)合反演得到的速度結(jié)構(gòu)計(jì)算靜校正量，繼而進(jìn)行疊加處理。處理結(jié)果顯示基于聯(lián)