交叉梯度算法在地震和非地震數據聯合反演中的應用及研究.pdf

1、在勘探地球物理學中，聯合反演的應用越來越廣泛。不同數據的聯合，比如地震走時數據，地震波形數據，電磁數據，重力，雷達數據等，為人們對地下介質的分析提供了更多的結構信息，有利于提供更準確的礦藏、圈閉或儲層的位置。同時，多參數的反演提供了地下結構的不同性質，降低地震解釋的非唯一性。目前已經發(fā)展的聯合反演主要分兩種，一種是依據物質的不同表征參數之間的物理關系公式實現聯合反演，另一種是依據物質的不同表征參數在結構上的一致性進行聯合反演。分別介紹了

2、兩種聯合反演的發(fā)展歷程及應用，然后詳細講述了交叉梯度算子在聯合反演中對模型結構的約束。本文主要利用地震數據和非地震數據采用交叉梯度算子實現多參量的聯合反演。
　　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雜地下結構。聲波全波形反演可以反演出縱波速度，但不能描述橫波轉換等彈性特征，也不利于提供更詳細的儲層信息。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，因此利用彈性波進行波形反演能夠為我

3、們提供更詳細更準確的地下結構分布。由于近地表存在風化層、低速層等復雜結構，不利于深部成像，因此在深部反演之前去除近地表結構的影響或者通過反演得到精確的近地表結構變得非常重要。另外，近地表地區(qū)地質疏松，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在地震波傳播過程中的影響，因此反演出的速度結構和真實結構有一定偏差，也不利于深部成像。我們模擬了近地表結構，正演計算波形，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用交叉梯度對模型的約束聯合反演出近地表的QP和QS的結構。在實際勘探地震中，介質的速度不能精確得知，而衰減參數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合反演尤為重要。利用彈性波的初至波和面波應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大量的計算時間，因此我們沿二維測線進行一維彈性波正演模擬，應用二維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。這種偽二維聯合反演方法的計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構，但不能處理復雜的地質結構，比如速度或衰減變化大的斷層結構。通過理論模型測試和實際數據測試，可以利用此方法得到可靠的速度模型和衰減模

6、型。
　　地震走時數據能夠反映地下速度結構的分布，但地表接收的數據難以對低速層成像，而且反演出的速度結構相對比較光滑，缺乏細節(jié)信息。航空電磁數據能夠反演出地下電阻率的分布，電磁數據的采集方式簡便，采集密度大，可以對大片區(qū)域進行細節(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。兩種數據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，將航空電磁數據和地震走時數據聯合起來同時反演電阻率和速度。由

7、于三維電磁反演計算成本高，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，聯合反演了三維電阻率結構和速度結構。通過理論模型測試證明，相比于單一數據的反演，聯合反演的算法可以提供更準確的近地表速度模型。將聯合地震數據和電磁數據反演的算法應用到一組實際數據中，然后分別利用單獨的走時反演得到的速度結構和聯合反演得到的速度結構計算靜校正量，繼而進行疊加處理。處理結果顯示基于聯