地震波层析成像反演方法及其研究综述

地震波形反演与成像技术研究地震是自然界中一种常见而又具有毁灭性的现象，对于地震波形的反演与成像技术的研究，有助于我们更好地理解地震的发生机理以及预测地震活动。

本文将介绍地震波形反演与成像技术的研究内容和应用，旨在探讨其在地震科学领域中的重要意义。

一、地震波形反演技术地震波形反演技术是指通过测定和分析地震波传播过程中的振动波形，来获取地下介质的结构和物性参数的方法。

这项技术在地震勘探、地震震源研究、地下构造研究以及地震灾害评估等方面都有着广泛的应用。

1.地震波一维反演地震波一维反演是指通过解析地震波在单一纵向剖面上的振动波形，来获取地下介质的速度结构和各向异性参数等信息。

这项技术在地震探测和勘探中起到了至关重要的作用，可以帮助人们确定石油和矿产资源的分布情况，也有助于开展地震灾害评估与防治工作。

2.地震波二维反演地震波二维反演是指通过多道地震记录的波形数据，结合已知的地震波传播理论及其他约束条件，来重建地下介质的速度结构和波阻抗分布的方法。

相较于一维反演，二维反演能够提供更全面、更精细的地下结构信息，对于地震地质研究和勘探定位等方面都具有重要的意义。

二、地震波形成像技术地震波形成像技术是指将地震波信号转化为图像，通过图像来描述地下介质的分布和特征，以及地震源的定位和强度等参数。

这项技术在地震监测和地震预防工作中扮演着重要角色。

1.地震波形叠加成像地震波形叠加成像是将多道地震记录的波形数据进行叠加处理，从而增强地震信号的强度和清晰度，以便更准确地解释地下结构和特征。

通过波形叠加成像技术，我们可以观察到地下构造中的异常变化、隐蔽断层等信息，有助于我们对地震活动的分析和预测。

2.地震层析成像地震层析成像是一种通过分析地震记录波形的波速变化，来重建地下介质速度结构的方法。

这项技术可以提供更高分辨率的地下结构图像，有助于地震地质研究和资源勘探工作。

同时，地震层析成像还可以用于定位地震震源，并对地震灾害进行评估和预测。

地震反演技术解析地震是地球内部强烈能量释放的一种自然现象，经常给人类造成严重的损失。

为了提前预警和减轻地震带来的影响，科学家们不断研究并发展地震反演技术，通过分析地震波传播过程，从而推断地球内部的物质性质和结构。

在本文中，我们将对地震反演技术进行详细解析。

一、地震反演的基本原理地震反演技术是通过分析地震波在地球内部传播的方式来推断地下的物质组成和结构。

它的基本原理是利用地震波在不同介质中传播速度的变化，推断地下结构的差异性。

地震波在不同介质中的传播速度受到介质密度、弹性模量和损耗等因素的影响。

通过测量地震波的传播速度和到达时间，科学家可以对地下结构进行反演。

二、地震波的测量方法地震波的测量是地震反演技术的基础。

常用的地震波测量方法包括接收地震波的地震仪、利用爆炸物或震源人工产生的地震波、以及记录地震波传播路径上的速度和振幅等。

这些测量数据会成为地震反演的基础输入。

三、地震波的模拟与正演为了研究地震波在地球内部的传播规律，科学家们利用计算机模拟和数值方法进行地震波的正演。

正演模拟可以根据地震波的源和介质参数，计算出地震波在地下的传播路径、速度和振幅等。

通过与实际观测数据进行对比，可以验证地震模型的准确性。

四、地震波的反演方法为了从地震观测数据中推断地下结构，科学家们发展了多种地震波反演方法。

其中，最常用的方法包括走时反演、频率反演、波动方程反演等。

走时反演是基于地震波到达时间的变化来进行反演。

通过测量地震波的传播时间和地震波速度模型，可以推断地下结构的速度分布。

频率反演是基于地震波信号频率的变化来进行反演。

通过分析地震波信号的频谱特征，可以推断地下结构的频率响应和介质的频率衰减特性。

波动方程反演是一种基于波动方程的直接反演方法。

通过求解波动方程，建立地震波传播的物理模型，进而推断地下结构的物质组成和弹性参数。

五、地震反演技术的应用地震反演技术在地球物理勘探、地球内部结构研究、地震灾害预警等领域都有广泛的应用。

地震反演技术简介在上世纪70~80年代，地震反演作为地球物理学的一个重要进展得到了广泛的赞扬，获得广泛应用；地震反演技术能够帮助解释人员确定地层单元而不仅仅是通过反射波确定地层单元的边界，而且能直接进行深度域成图。

在一个竞争的市场环境中，开发出了很多不同的反演算法，在基本递归反演方法的基础上不断取得进进展，一下简要介绍几种基本的地震反演方法。

主要分三大类：1、基于地震数据的声波阻抗反演：其结果有两种：相对阻抗反演（常说的道积分）与绝对阻抗反演。

主要算法有：递归反演（早期的地震反演算法）与约束稀疏脉冲反演（优化的地震反演算法）。

这种反演受初始模型的影响小，忠实于地震数据，反映储层的横向变化可靠；但分辨率有限，无法识别10米以下的薄砂层。

2、基于模型的测井属性反演：此种反演可以得到多种测井属性的反演结果，分辨率较高（可识别2-6米的薄层砂岩）；但受初始模型的影响严重，存在多解性，只有井数多（工区内至少有10口以上的井，分布合理，且要求反演的属性与阻抗相关），才能得到较好的结果。

3、基于地质统计的随机模拟与随机反演：此种算法可以进行各种测井属性的模拟与岩性模拟，分辨率高（可识别2-6米的薄层砂岩），能较好的反映储层的非均质性，受初始模型的影响小，在井点处忠实于井数据，在井间忠实于地震数据的横向变化，最终得到多个等概率的随机模拟结果；但要求工区内至少有6-7口井，且分布较合理，才能得到好的模拟结果。

道积分道积分技术出现，为广大少井无井地区岩性及油气预测提供了新的途径，它能得到类似于虚速度测井的新方法，其结果对应于地层的波阻抗，它最大优点是不像虚速度测井那样依赖于井的资料和地球物理学家的经验。

尽管道积分剖面不能像GLOG波阻抗剖面那样反映地层绝对速度，而只能反映其相对速度大小，但是它反映出的层位与GLOG剖面是一样的，甚至在反映的细节上还比它多，对薄层识别也非常有利，因此道积分剖面能用于岩性和油气层解释。

地球物理学研究中的反演方法地球物理学研究是一门涉及地球内部结构和物质组成的学科，从事这项研究需要掌握一定的物理知识和专业技能，而反演方法则是地球物理学研究的重要工具之一。

反演方法是指根据测量得到的地球物理数据，推算出地球内部结构和物质组成的过程，是一种重要的物理数学分析手段。

在地球物理学研究中，常用的反演方法包括地震层析成像、电磁场反演、地磁场反演、重力反演等。

本文将就地球物理学研究中的反演方法进行阐述。

一、地震层析成像方法地震层析成像方法是一种通过地震波传播路径来推断地球的三维结构的方法。

地震波可以沿着曲折的路径穿过地球中的各种物质，而当地震波沿着不同的路径传播时，它们会受到不同的影响，如反射、折射、散射、压缩等，根据这些影响就可以推断地球内部横截面的结构。

地震层析成像方法主要包括射线追踪、全波形反演和双向波路径方法等。

二、电磁场反演方法电磁场反演方法是一种通过测量地球表面或近表面电磁场的变化来推断地下物质电导率的分布状况的方法。

电磁场反演方法主要包括电阻率层析成像、磁化率层析成像、电场、磁场重力反演等。

三、地磁场反演方法地磁场反演方法是一种通过测量地球表面或近表面磁场的变化来推断地下物质磁性的分布状况的方法。

地磁场反演方法主要包括磁性层析成像、重力反演等。

四、重力反演方法重力反演方法是一种通过测量地球表面或近表面重力值的变化来推断地下物质密度分布状况的方法。

重力反演方法主要包括引力异常反演、引力梯度反演、重力谱反演等。

总之，地球物理学研究中的反演方法是一个复杂的科学体系，需要将物理学、数学、计算机科学等多个学科融合在一起，才能够高效地推算出地球内部结构的分布情况。

虽然反演方法在地球物理学研究中起到了重要的作用，但是它也存在一定的局限性。

例如测量误差、相位问题、非唯一性等问题都会影响到反演结果的准确性。

因此，在进行地球物理学研究的过程中，需要结合多种反演方法，将不同的地球物理数据综合起来，才能获得更加准确和完整的地球内部结构信息，为地球科学研究提供更加可靠的数据支撑。

地震反演方法概述地震反演是地球物理学中一种重要的方法，它通过分析地震波的传播和干涉现象，来推断地球内部结构和性质的手段。

地震反演方法广泛应用于地球内部结构研究、油气勘探和地震监测等领域。

本文将对几种常见的地震反演方法进行概述，并介绍其原理和应用。

一、层析成像法层析成像法是一种常见且较为简单的地震反演方法。

它基于地震波在地下传播的散射和衍射现象，通过收集地震记录并运用数学模型进行重构，来获得地下结构的图像。

层析成像法通常分为正演和反演两个步骤。

在正演过程中，我们根据地下介质密度、速度等参数，通过数值模拟计算地震波的传播路径和特征。

而在反演过程中，我们则根据实际观测的地震记录，通过优化算法来调整模型参数，以使计算结果与观测结果尽可能匹配。

通过多次迭代，最终得到地下结构的层析图像。

层析成像法在地球物理勘探、地震监测和地质调查中得到了广泛的应用。

它可以提供地下埋藏物、地质构造和油气储层的信息，对于资源勘探和环境灾害预测都具有重要意义。

二、全波形反演法全波形反演法是一种较为复杂但是精确度较高的地震反演方法。

它利用地震波传播的全部信息，即全波形数据，来获取地下介质的详细结构和性质。

全波形反演法需要对地下介质的密度、速度和衰减等参数进行高精度的估计。

全波形反演法的原理是通过对比模拟的地震波与实际观测波形之间的差异，来优化反演模型参数。

反演过程中，我们需要利用正演模拟得到的地震记录与实际观测记录之间的残差进行匹配，从而获取最优的地下介质参数。

全波形反演法在油气勘探、地球内部结构研究和地震灾害监测等方面具有重要应用价值。

它对于解决复杂地下介质中的高分辨率问题以及水下地质灾害预测等领域具有重要意义。

三、统计反演法统计反演法是一种基于概率统计理论的地震反演方法。

它通过对大量地震记录的分析与统计，来获得地下介质的统计属性和模型参数。

统计反演法在解决地球内部介质的不确定性和非均匀性方面具有独特优势。

统计反演法利用统计学的方法，构建许多模型样本，通过与实际观测数据的比较，从而推断地下介质的分布和性质。

地震波反演及其应用研究地震波反演是指通过观测到的地震波传播数据，来推断地下介质模型的物理属性。

在地球科学研究中，地震波反演被广泛应用于勘探油气、地震灾害预测、地球内部结构、板块构造等领域。

一、地震波反演原理地震波反演的基本原理是正演与反演。

正演是指通过已知的地下介质模型，模拟计算地震波在该模型中的传播情况。

反演是指通过观测到的地震波数据，来推断地下介质的模型参数。

在反演过程中，需要将多个正演计算结果与观测数据进行匹配，以找到最优的地下介质模型参数。

地震波传播的基本理论是弹性波理论。

在地震波传播的过程中，地震波可以被分为纵波和横波两种。

纵波是指波动方向与能量传播方向相同的波，既能在固体、液体和气体中传播，也能通过地球内核而传播。

横波是指波动方向与能量传播方向垂直的波，只能在固体介质中传播，在地球内核中不能传播。

地震波反演的目标是推断地质体的物理参数，比如密度、速度、衰减系数等。

在反演过程中，需要根据地震波传播模型，建立数学模型和算法，来推断地下介质的物理属性。

基于弹性波理论和反向算法，可以得到不同深度、不同分辨率的地下介质物理模型。

二、地震波反演方法地震波反演方法包括正演计算、反演算法、优化策略三个主要部分。

正演计算是指基于地质模型，计算地震波在该模型中的传播情况，用来生成合成地震波数据。

反演算法是指基于观测到的地震波数据，推断地质模型的物理参数。

优化策略是指在反演过程中，通过不断调整参数，以达到最小化目标函数的目的。

地震波反演方法可以分为初值反演、定常反演、逆时偏移等几种主要方法。

初值反演是指根据经验或调查数据，给定地下结构的初值，在初值的基础上不断寻找最优解的过程。

定常反演是指假设地下介质的物理参数随深度变化不大，采用多尺度反演方法进行反演。

逆时偏移是目前应用最广泛、效果最好的一种地震波反演方法。

它利用前向计算和后向传播的原理，将正演计算结果投影到地球表面，通过不断调整模型参数和反转梯度的方法，来寻求最优模型。

地震波形指示反演方法原理及其应用地震波形反演是地震学中一种重要的方法，它通过解析地震记录中的波形特征，推导出地下结构的物理属性。

地震波形反演方法可以分为多种类型，包括位移反演、速度反演和密度反演等，每种方法都有其特定的原理和应用。

位移反演是一种常用的地震波形反演方法。

其原理是通过将地震数据与已知源函数卷积，然后与观测数据进行比较，进而得到地下介质的位移分布。

位移反演方法的应用广泛，可以用于研究地下介质的构造和动力学特性，并可用于勘探石油、矿产等资源。

速度反演是另一种常见的地震波形反演方法。

速度反演基于反射地震波数据，通过匹配数据与模拟波形之间的差异，来推导出地下介质的速度分布。

速度反演方法在地震勘探中应用广泛，可以用于研究地层的速度变化，并进一步确定油气储层的位置和性质等。

密度反演是地震波形反演的另一种重要方法。

该方法通过解析地震波波形的振幅和相位信息，推导出地下介质的密度分布。

密度反演方法在地震勘探中被广泛应用，可以用于研究地下介质的密度变化，进而推断出地层的物性和油气圈闭等重要信息。

此外，还有其他地震波形反演方法，如走时反演、频散反演和波形反演等。

走时反演基于地震波到达时间的变化，推导出地下介质的速度分布。

频散反演则通过解析地震波在频率域上的特征，推导出地下介质的频散特性。

波形反演是一种基于全波形数据的反演方法，该方法可以更准确地描述地震波的传播，并推导出地下介质的细节结构。

地震波形反演方法在地震学中具有重要的应用价值。

通过反演地震波形，可以揭示出地下介质的物理特性和结构信息，如岩石速度、密度、衰减等。

这些信息对于地质勘探、地震风险评估、地球内部结构研究等都具有重要的意义。

此外，地震波形反演方法还可以应用于地震监测和地震预测等领域，为地震灾害的预防和减灾提供有力支持。

总之，地震波形反演方法通过解析地震波记录，推导出地下介质的物理属性，具有重要的原理和应用。

不同的反演方法对应不同的原理和应用范围，可以揭示出地下介质的位移、速度、密度等重要信息，为地质勘探、地震监测和地震预测等领域提供决策依据。

地震层析成像方法试验报告一、实验目的通过地震层析成像方法，对地下结构进行成像分析，找出异常地质体，并初步判断其性质。

通过此实验，了解地震层析成像方法的原理和应用。

二、实验原理三、实验装置1.地震仪：用于记录地震波信号。

2.地震源：用于产生地震波信号。

3.接收器阵列：用于接收地震波信号。

4.数据采集系统：用于采集地震波信号。

5.计算机：用于处理地震数据和进行成像分析。

四、实验步骤1.地震数据采集：将地震仪、地震源和接收器阵列布置在地表上。

地震源向地下发送地震波信号，接收器阵列接收地震波信号，并将信号传输给数据采集系统。

2.数据处理：将采集到的地震波信号经数据采集系统传输至计算机，在计算机上进行数据处理，包括时域滤波、频域滤波、去除噪声等。

3.数据反演：通过反演算法，根据地震波信号的振幅、速度和入射角等参数，计算地下结构的像。

4.成像分析：根据反演结果，对地下结构进行分析和解释。

找出可能存在的异常地质体，并初步判断其性质，如矿产资源、地下水资源等。

五、实验结果通过对采集的地震数据进行处理和反演，得到了地下结构的成像结果。

在成像结果中，我们观察到了一处异常地质体，其形状呈现规则的圆柱状，直径约为10米，深度约为50米。

根据地质情况，我们初步判断该异常地质体可能是地下水资源。

六、实验结论通过地震层析成像方法对地下结构进行成像分析，我们成功地找出了一处异常地质体，并初步判断其性质为地下水资源。

这表明地震层析成像方法在地质勘探中具有很大的潜力和应用价值。

七、实验总结本次实验通过地震层析成像方法进行地下结构成像分析，提高了我们对地下结构的认识。

同时，也发现了地震层析成像方法在地质勘探中的应用前景。

在今后的研究和实践中，我们应进一步改进地震层析成像方法，提高成像效果，为地质勘探和资源开发提供更准确的数据和信息。

地震波速度反射层析成像技术地震波速度反射层析成像技术是一种非侵入式地球物理勘探方法，通过分析地震波在不同介质中的传播速度变化，可以对地下构造进行成像。

这项技术在地质勘探、地下工程及地震灾害评估等领域有着广泛的应用。

地震波速度反射层析成像技术的基本原理是利用地震波在地下不同介质中传播速度不同的特性，通过接收地震波的反射信号，来推断地下结构的分布情况。

地震波在地下传播时，会遇到不同地层的变化，从而发生反射和折射。

通过接收地震仪记录的强度和时间信息，可以计算出地震波经过的路径和速度。

为了获得地震波速度反射层析成像技术的成像结果，需要进行一系列的数据处理工作。

首先，需要对采集到的地震数据进行预处理，包括去除噪声、补偿衰减等。

接着，通过对地震数据进行叠加处理，得到地震记录的剖面图像。

然后，利用地震波传播速度与地下介质的关系，进行反演计算，得到地下构造的速度分布情况。

最后，通过图像渲染和解释，可将地下结构呈现出来。

地震波速度反射层析成像技术在石油勘探中有着重要的应用。

通过对地下速度结构的揭示，可以进行油气储层的预测和定位。

同时，可以对油气井的选择和开发提供参考。

此外，地震波速度反射层析成像技术还可以帮助解决其他地下工程问题，如隧道、地铁的建设和设计。

通过对地下速度分布的了解，可以减少盲目施工带来的风险，提高工程的安全性和效率。

地震波速度反射层析成像技术在地震灾害评估中也扮演着重要的角色。

地震影响的程度与地下构造有着密切的关系。

通过对地震数据的处理和解释，可以确定地震波传播的路径和振幅变化，进而预测地震灾害的危险性。

这对于制定防灾减灾策略和保护人们的生命财产至关重要。

然而，地震波速度反射层析成像技术也面临一些挑战和限制。

首先，由于地下介质的复杂性，地震波往往会发生多次反射和折射，从而导致数据的解释困难。

其次，地震波传播速度会受到地下介质中其他因素的影响，如饱和度、温度等，这也给成像结果的准确性带来了一定的不确定性。

地震反射层析成像技术原理简述地震反射层析成像技术是一种利用地震波在地下岩石中的反射和折射特性来获取地下地质信息的方法。

该技术广泛应用于石油勘探、地下铁路和隧道工程等领域，具有重要的科学研究和实践应用价值。

本文将对地震反射层析成像技术的原理进行简述。

地震反射层析成像技术的原理基于地下岩石中的地震波传播机制。

当地震波传播到地下岩石界面时，一部分地震波会被反射回来，而另一部分地震波则会继续向前传播。

通过记录地震波的反射和折射信息，我们可以获得地下岩石的反射系数分布、速度结构等重要地质信息。

在进行地震反射层析成像之前，首先需要进行地震勘探。

地震勘探通常通过在地表放置多个地震探测器（地震检波器）和地震源来记录地震波的传播情况。

地震源可以是重锤敲击地表、炮击或者震源车辆等。

通过地震检波器记录地震波的传播时间和振幅，我们可以获得地震记录，进而进行后续的分析和处理。

地震反射层析成像技术的核心原理是利用波动方程数值模拟和反演方法来恢复地下介质的物理参数。

根据地震波在地下岩石中的传播速度和波形特征，我们可以计算得到地震记录的时间与地下结构的关系，然后利用数学方法将地震记录与地下模型拟合，最终得到地下介质的成像结果。

地震反射层析成像技术的计算过程可以分为两个步骤：正演和反演。

正演是指通过已知的地下模型和介质参数，利用波动方程和数值计算方法模拟地震波的传播过程，生成地震记录。

反演是指将观测到的地震记录与理论模型之间的差异最小化，通过多次迭代计算，调整地下模型，使得地震记录与模拟结果达到最佳匹配。

在进行地震反射层析成像技术时，还需要考虑一些常见的问题和挑战。

首先，地震波的传播路径较长，会受到地下介质的吸收和散射效应，导致地震波衰减和形变。

其次，地下介质的复杂性也会对成像结果产生影响，例如地层界面的多次反射、折射和散射，以及地层非均匀性等。

因此，在进行地震反射层析成像时，需要采用合适的方法来处理这些干扰因素，从而提高成像结果的准确性。

地震波阻抗反演方法综述地震波阻抗反演方法可以分为直接方法和间接方法。

直接方法是指直接根据地震波观测数据反演地下结构的方法，常见的直接方法有全波形反演。

间接方法是指通过建立模型和计算地震波传播路径来反演地下结构的方法，常见的间接方法有层析成像、正则化反演和遗传算法等。

全波形反演是一种直接方法，它利用完整的地震波观测数据来反演地下结构。

全波形反演的核心是通过比较实际观测数据和模拟数据的差异来优化模型参数。

全波形反演可以获取高分辨率的地下结构信息，但由于计算复杂度高、非线性程度强等因素，全波形反演面临着一些挑战。

层析成像是一种常用的间接方法，它通过在空间上离散化模型并计算地震波在传播路径上的传播时间与振幅的差异来重建地下结构。

层析成像的原理是建立了地震波传播路径上的散射模型，通过优化模型参数使计算值与实际观测值吻合。

层析成像具有分辨率高、计算效率高等优点，适用于复杂地质环境的反演。

正则化反演是一种常用的间接方法，它通过在反演过程中引入先验信息来约束模型的解。

正则化反演的核心是将反演问题构建成最优化问题，并添加正则化项以保证解的稳定性。

常见的正则化方法有Tikhonov正则化、L1正则化和全变差正则化等。

正则化反演可以提高反演结果的稳定性，但其分辨率相对较低。

遗传算法是一种通过模拟进化过程来求解最优问题的优化方法。

在地震波阻抗反演中，遗传算法可通过定义模型参数的染色体编码、适应度函数以及遗传操作等步骤来最优解。

遗传算法能够全局，适用于非线性、多峰反演问题，但也存在计算复杂度高、空间维度大等问题。

除了上述的方法，还有一些其他地震波阻抗反演方法，如基于人工神经网络的反演、基于模糊数学的反演等。

这些方法各有特点，适用于不同的反演问题。

地震波阻抗反演方法在地球物理勘探、地震灾害预测等领域有着广泛的应用。

不同的反演方法具有不同的优点和缺点，需要根据具体问题的需求选择合适的方法。

未来地震波阻抗反演方法的发展方向将是提高反演的分辨率和稳定性，减少计算复杂度，开展多物理场的耦合反演研究。

基于波动方程的地震波形反演与成像方法研究地震波形反演与成像是地球物理学中重要的领域，它通过分析地震波形数据来研究地下的地质结构和介质参数。

这项研究对于地质勘探、地震灾害预测、地震工程以及地球内部结构的理解具有重要意义。

基于波动方程的地震波形反演与成像方法可以提供更准确的地下模型和地震源的参数。

1. 地震波形反演方法地震波形反演是通过分析地震波形数据，推测地下的地质结构和介质参数。

波形反演方法有许多种，其中最常用的是基于波动方程的全波形反演方法。

全波形反演方法通过求解正问题和反问题来估计地下介质模型。

正问题是根据已知的地下介质模型和地震源参数，计算出模拟地震波数据。

反问题是根据观测到的地震波数据，反推估计出地下介质模型参数。

全波形反演方法是一种迭代方法，通过多次迭代求解正问题和反问题来逐步优化地下模型的估计值。

在正问题的求解中，需要使用波动方程模拟地震波传播过程。

波动方程是描述地震波传播的基本方程，它是一个偏微分方程，可以通过数值方法（如有限差分法、有限元法等）进行求解。

在反问题的求解中，需要使用优化算法进行参数估计，最常用的方法包括共轭梯度法、拟牛顿法等。

2. 地震波形成像方法地震波形成像是通过分析地震波形数据，进行地下介质的成像。

它与波形反演方法类似，但是波形成像方法更注重于地下结构的成像，而不太关注参数估计。

波形成像方法有许多种，常用的方法包括偏移成像、反射成像和散射成像。

偏移成像是一种常用的波形成像方法，它利用地震波的走时信息来定位地下结构。

在偏移成像中，首先需要进行资料处理，包括去噪、去除仪器响应等。

然后根据速度模型对地震波数据进行偏移处理，得到反射面在地下的位置。

偏移成像的优点是处理速度快，适用于大规模数据。

但是它对速度模型的准确性要求较高。

反射成像是一种基于地震波反射的成像方法。

它通过分析地震波在地下发生反射的位置和特征，来推测地下的反射面。

反射成像常用的方法有叠前偏移和叠后偏移等。

地球深部内部结构解析方法综述地球作为我们居住的星球，其内部结构一直以来都是地球科学领域的研究重点之一。

深入了解地球深部内部结构对于探索地球演化历史、地震发生机制和资源勘探具有重要意义。

本文将综述地球深部内部结构解析的方法。

一、地震波解析地震波解析是研究地球深部内部结构最主要的方法之一。

地震波在地球内部传播时会受到不同介质的影响而发生折射、反射、散射等现象，通过观测和分析地震记录可以推断出地球的内部结构。

地震波解析方法主要包括地震波速度的测定、地震波传播路径的确定以及地震震源机制的研究等。

1. 地震波速度测定地震波速度是地震波传播的基本特征之一，通过测定地震波在地球内部的传播速度可以推断地球各层的物理性质和界面结构。

常用的地震波速度测定方法包括走时分析、层析成像和反演等。

走时分析是通过分析地震记录中的波形和到时差来测定地震波速度，层析成像则是通过对地震记录进行逆时偏移处理得到地震波传播路径，再进行逆推得到地震波速度分布。

反演方法则使用数学模型和计算机算法，将地震波传播过程建模，通过对地震波传播路径和速度结构的反演来推断地球内部的物理性质。

2. 地震波传播路径确定地震波传播路径的确定是地球深部内部结构解析的关键环节之一。

通过分析地震波的射线路径和传播记录，可以推测出地震波穿过的不同介质的分界面和界面反射、折射的情况。

传统的方法包括走时测定、地震相位和分布的观测等。

近年来，随着地震台网的建设和可利用数据的增多，越来越多的研究者开始使用地震事件的走时信息，在地震波传播路径确定中应用倒时移算法等更为精确的方法来提高解析精度。

3. 地震震源机制研究地震震源机制研究是通过分析地震波在地球内部的传播过程，来推断地震的发生机制和地球内部的构造特征。

通过确定地震波的震源位置和能量释放方式，可以推测出地震的破裂特征、断层走向等重要信息。

常用的地震震源机制研究方法包括波形反演、矩张量解析和震源机制倒退等。

这些方法通过分析地震记录中的波形变化、能量分布等信息，来推测地震的震源机制。

地震全波形反演⽅法研究综述_杨午阳第２８卷第２期２０１３年４⽉（页码：０７６６－０７７６）地　球　物　理　学　进　展ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２８，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１３杨午阳，王西⽂，雍学善，等．地震全波形反演⽅法研究综述．地球物理学进展，２０１３，２８（２）：０７６６－０７７６，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２２５．ＹＡＮＧ　Ｗｕ－ｙａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｘｉ－ｗｅｎ，ＹＯＮＧ　Ｘｕｅ－ｓｈａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｆｕｌｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎＧｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０１３，２８（２）：０７６６－０７７６，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２２５．地震全波形反演⽅法研究综述杨午阳１，２，　王西⽂１，　雍学善１，　陈启燕１（１．中国⽯油勘探开发研究院西北分院，兰州７３００２０；　２．中国⽯油⼤学（北京））摘　要　近年来，随着计算机硬件⽔平的提⾼，地震全波形反演技术研究快速发展，并有效的推进了油⽓勘探．本综述主要对当前地震全波形反演主要存在反演⾮唯⼀性、噪声敏感性、初始模型强依赖、易陷⼊局部极值、计算量⼤等问题进⾏调研，重点介绍了地震全波形反演⽅法在时间域，频率域和Ｌａｐｌａｃｅ域内的各种改进和优化的策略，为全波形反演⽅法研究提供参考．关键词　全波形反演，逆时偏移，反传播算⼦，Ｌａｐｌａｃｅ域ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２２５中图分类号　Ｐ６３１⽂献标识码　Ａ收稿⽇期　２０１２－０７－１０；　修回⽇期　２０１２－０９－２０．投稿⽹址　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ作者简介　杨午阳，男，１９６９年⽣，博⼠，主要研究⽅向为地震波传播、储层预测⽅法及地学软件开发．现在中国⽯油勘探开发研究院西北分院⼯作．（Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｗｕｙａｎｇ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ）Ｔｈｅ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｆｕｌｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄＹＡＮＧ　Ｗｕ－ｙａｎｇ１，２，　ＷＡＮＧ　Ｘｉ－ｗｅｎ１，　ＹＯＮＧ　Ｘｕｅ－ｓｈａｎ１，　ＣＨＥＮ　Ｑｉ－ｙａｎ１（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ－Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｎｏｎ－ｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｉｔｓ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｔｏ　ｎｏｉｓｅ，ｄｅｐｅｎｄ　ｏｎｌｙ　ｓｔｒｏｎｇｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｅａｓｉｌｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｌ　ｍｉｎｉｍｕｍａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　７８ｔｈ　ＳＥＧ　ＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇ，ｗｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　ａｎｄ　Ｌａｐｌａｃｅ　ｄｏｍａｉｎ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗａｖｅｆｏｒｍｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｆｕｌｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｒｅｖｅｒｓｅ　ｔｉｍｅ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ｂａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｏｒ，ｌａｐｌａｃｅ　ｄｏｍａｉｎ０　引　⾔地球物理学的基本⽅法是通过研究各种地球物理场的特征来揭⽰地球内部复杂的结构和构造．地球物理反演问题就是根据各种地球物理观测数据推测地球内部的结构形态及物质成分，定量计算各种相关的地球物理参数．过去⼏⼗年中，反演理论在全球地球物理界获得了⼴泛应⽤．在许多情况下，反演提⾼了常规地震分辨率，并不同程度地改善了储层参数的研究条件，获得优化的数据体，提⾼对资源的评价能⼒，更好地为油⽥开发研究勾绘出可开采区，提出有利的井位建议，因此⼈们对地震反演技术研究的兴趣不断增长．地震反演已成为油⽥勘探开发研究中的常规技术，⽽且正在成为储层特征定量研究中的关键环节．⽬前，油⽓勘探所⾯对的勘探⽬标不仅地表地质条件复杂，⽽且地下构造也复杂，如⼭前⾼陡构造等．⾯对复杂的勘探⽬标，如何提⾼反演精度，进⽽获取定量储层表征参数，就显得尤为重要．全波形反演⽅法利⽤叠前地震波场的运动学和动⼒学信息重建地层结构，具有揭⽰复杂地质背景下构造与储层物性的潜⼒．全波形反演既可在时间　２期杨午阳，等：地震全波形反演⽅法研究综述域也可在频率域实现，频率域相对于时间域反演具有计算⾼效、数据选择灵活等优势．近五年来全波形反演技术在反演频率选择策略、⽬标函数设置⽅式、震源⼦波处理⽅式、梯度预处理⽅法、初始模型建⽴、效率优化等⽅⾯取得了进展．从Ｔａｒａｎｔｏｌａ提出基于⼴义最⼩⼆乘反演理论的时间域全波形反演⽅法［１－６］，ＦＷＩ技术已⽇益成为改善成像效果，提⾼速度模型建⽴的主要⼿段，为区域深部构造及演化分析、浅表层环境调查、宏观速度场建模与成像、岩性参数反演提供了新的有⼒⼯具．越来越多的学者开展了许多开拓性的研究⼯作，声波ＦＷＩ已经成为⾼端成像市场上的主要⼯具，弹性波ＦＷＩ、提⾼计算效率、提⾼算法的可靠性、低频分量处理、边界条件设定、推进实⽤化、初始模型建⽴等已经成为当前重要的研究热点．伴随着计算机技术的发展，全波形反演技术正逐步从理论研究⾛向实⽤，特别是在海洋资料中，见到了很好的应⽤效果，展现了该技术良好的应⽤前景．本⽂仅仅通过对近年来该领域国内外进展的调研，内容也不尽全⾯，只是管中窥豹．如需详细了解，可参阅近年来ＳＥＧ、ＥＡＧＥ、Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ等有关论⽂［１－５０］．１　全波形反演技术研究进展１．１　初始模型建⽴策略ＦＷＩ越来越多的被应⽤于⾼精度３Ｄ速度模型建⽴，并取得了许多令⼈振奋的结果，但直到⽬前ＦＷＩ还不是⼀种特别稳健和可靠的⽅法．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．Ｎｉｋｈｉｌ　Ｓｈａｈ等［３６］⼈就初始模型精度对ＦＷＩ反演结果的影响进⾏了分析认为：１）初始模型需要很好的精度；２）随着反演迭代达到全局最⼩或者最终累计误差最⼩，周波跃迁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，如图１所⽰．Ｗ．Ｗｅｉｂｕｌｌ等⼈［３７］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．Ｂｉｎ　Ｇｏｎｇ等［７］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．从理论上讲，全波形反演可利⽤逆时偏移产⽣的成像结果近似来更新速度模型，事实上，由于反演和偏移的⽬标在不同的频带，反演使⽤了⼤量低频的信息来更新背景速度，⽽偏移使⽤⾼频信息来勾画地下构造的⽐较精确的边界．⽆论怎样，基于逆时偏移的全波形反演获得低频成像不再需要炮集的低频信息且具有很⾼的保真度，实际处理中由于噪声和模型假象，⾼保真度很难达到．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ＰＣ　Ｃｌｕｓｔｅｒ、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Ｓｈｅｎ　Ｗａｎｇ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Ｓｔａｔｏｉｌ　３ＤＦＷＩ模型数据试算，取得了良好的效果．⾸尔⼤学的Ｓｅｕｎｇｗｏｏ　Ｃｈｏｉ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７６７地球物理学进展　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ　２８卷图１　初始模型对反演结果的影响．ａ、ｂ、ｃ（左）为初始模型⽐较精确时反演结果，ａ、ｂ、ｃ（右）为初始模型精度较差时反演结果，ｄ为精确模型Ｆｉｇ．１　Ｐｒｏｏｆ　ｏｆ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｎ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　２Ｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｄａｔａｓｅｔ．Ｌｅｆｔ　ｐａｎｅｌｓ　ｓｈｏｗ　ＦＷＩ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　ｆｒｏｍａｎ　ａｄｅｑｕａｔｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ；ｒｉｇｈｔ　ｐａｎｅｌｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｐｌｏｔｓ　ｗｈｅｎ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ａｎ　ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ａｃｃｕｒａｔｅｓｔａｒｔｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ．（ａ）Ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌｓ．（ｂ）Ｐｈａｓｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｒｕｅ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　ｄａｔａ　ａｓ　ａｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｔ　ａｎｄ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ．（ｃ）Ｆｉｎａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ＦＷＩ．（ｄ）Ｔｒｕｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ图２　⼀个模型数据收敛对⽐：常规梯度算法（红⾊），反褶积梯度算法（蓝⾊）Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ＦＷＩ　ｉｎｖｅｒｔｉｎｇ２．５Ｈｚ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｇｒａｄｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ（ｒｅｄ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｇｒａｄｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ（ｂｌｕｅ）图３　左：恢复的纵波速度切⽚，右为横波速度切⽚，浅层（２５０⽶）下覆河道显⽰清晰该切⽚约在⽔下２５０ｍ深度，⾯积约１０×１２ｋｍＦｉｇ．３　Ａ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｅｐｔｈ　ｓｌｉｃｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｅｄｐ－ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｓｈｏｗｉｎｇ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｂｕｒｉｅｄ　ｇｌａｃｉａｌｃｈａｎｎｅｌｓ．Ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　２５０ｍｂｅｌｏｗ　ｔｈｅ　ｓｅａｂｅｄ，ａｎｄ　ｉｓａｂｏｕｔ　１０×１２ｋｍ．Ｌｅｆｔ：Ｐ　Ｖｅｉｌｃｉｔｙ；Ｒｉｇｈｔ：Ｓ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ８６７　２期杨午阳，等：地震全波形反演⽅法研究综述减少边界效应⼤有裨益．受ＲＴＭ互相关成像条件的启发，Ｔｏｔａｌ的Ｆｕｃｈｕｎ　Ｇａｏ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，如图２所⽰．图４　（ａ）⽆Ｑ补偿的深度偏移结果；（ｂ）Ｑ补偿的深度偏移结果Ｆｉｇ．４　（ａ）Ｎｏ　Ｑ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ；（ｂ）Ｑ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ１．３　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［１３］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，Ｍｉｋｅ　Ｗａｒｎｅｒ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，如图３所⽰．９６７地球物理学进展　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ　２８卷　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图５　粘弹性波形反演和声波波形反演结果对⽐（ａ）反演初始速度模型；（ｂ）粘弹性波形反演速度模型；（ｃ）声波波形反演速度模型．Ｆｉｇ．５　Ａ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｆｏｒ　ｖｉｓｃｏａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ（ａ）Ｔｈｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎｓ；（ｂ）Ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｒｏｍ　ｖｉｓｃｏａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ；（ｃ）Ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｒｏｍ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ．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，如图４所⽰．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０７７　２期杨午阳，等：地震全波形反演⽅法研究综述通过正向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Ｂｅｎ　Ｖｅｉｔｃｈ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Ｊｉａｎｙｏｎｇ　Ｂａｉ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著的特点是我们能够中⼼⽹格上⽽不是利⽤跳跃⽹格实现波场延拓，这样可以⼤⼤降低计算量和降低内存消耗，该⽅法可很好的实现振幅衰减补偿、相位漂移等，如图５所⽰．１．４　联合反演和成像ＦＷＩ的应⽤可拓展到诸多领域，如成像⽅法和波形反演联合各向异性速度模型估算、深度域反演、层析全波形反演ＴＦＷＩ、ＦＷＩ和ＭＶＡ联合双⽬标优化等⽅⾯，并取得了重要进展，笔者认为这是今后ＦＷＩ技术⾛向实⽤化的重要领域．新⼀代的地震偏移成像⽅法应该将多次散射作为重要信息考虑，除此之外还应将速度估算等包括到偏移当中，这种独⼀⽆⼆的组合将使得地质家能够获得更⾼精度的油藏模型、更多的储层细节及减少不确定性．荷兰Ｄｅｆｌｔ⼤学的Ａ．Ｊ．Ｂｅｒｋｈｏｕｔ等⼈提出了联合偏移反演⽅法ＪＭＩ，ＪＭＩ由递归全波形偏移ＦＷＭ和宽带ＦＷＩ组合形成，这样可在获得⾼精度成像结果的同时也获得⾼精度的速度模型，如图６所⽰．层析全波形反演ＴＦＷＩ兼备了层析和ＦＷＩ的优势，展⽰了在该领域的⼜⼀个发展⽅向．共成像点道集ＡＤＧＩＧ中的剩余动校正量可潜在的应⽤于速度分析和ＡＶＡ分析中．由于透射等传播损失以及临界⾓反射引起的相位漂移等因素的影响，常规的ＡＶＡ分析通常在深层并不能获得理想的效果，朱新发等⼈将相位漂移等因素考虑到⾓度域共成像点道集ＡＤＧＩＧ中，通过对⽬的层ＡＤＧＩＧ道集中的ＡＶＡ振幅和ＰＶＡ相位分析，得出ＰＶＡ⽐ＡＶＡ更适合进⾏反演．２　频率域全波形反演算法的优化策略继时间域全波形反演之后，反演问题在频率域也得到实现［１６－１８］．频率域全波形反演有如下特点：１）频率选择上，只需要处理部分频率，但需要⼤偏移距数据；２）频率域⽅法包含了衰减的处理，⽽且⽐较⼩的频率可较好的压制随机噪声；３）频率域可进⾏炮集的ＬＵ分解处理；但难以实现并⾏，耗时；４）频率域⽅法占内存较⼤．２．１　声波全波形反演在频率域的改进策略当模型⽐较复杂时，全波形反演的⽬标函数有许多局部极⼩值，通过初始速度得到⼀个初始模型，可能仅仅获得了局部极⼩值⽽不是全局极⼩值解．最早研究［１９－２３］都是将观测到的波场速度和模型参数之间⽤线性关系来考虑，这种⽅法仅仅在初始速度模型很接近于全局最⼩时才有意义，取⽽代之的是发展了将全波形反演⽅法应⽤到⼀组频率中．Ｂｕｎｋｓ等［２４］提出⼀种在时间域的多⽹格⽅法，按尺度分解反演问题，这种⽅法从⼀组低频开始，在反演的过程中逐渐包含⾼频信息，前⼀阶段反演出的速度模型作为下⼀步的初始模型．由于波场数据与模型参数之间在低频段⽐在⾼频段更具有线性关系，获得全局最⼩值可能性增⼤．因此，Ｓｉｒｇｕｅ　ａｎｄ　Ｐｒａｔｔ［１９］提出了在频率域进⾏频率选择策略，即全波形反演在被选择的三个频率下实现，根据炮检距距离，从低频到⾼频进⾏反演．但是，此⽅法初始速度模型是从射线追踪旅⾏时反演中获得的，很接近全局最⼩值，⽽且由于它仅仅选择⼏个频率，故具有较低的稳定性．这两种⽅法的主要差别在于，第⼀种⽅法重复使⽤前⼀阶段的所有频率，⽽第⼆种⽅法使⽤⼏组频率，彼此不相互重叠．为了⽐较两种⽅法的策略，Ｈｏｂｕｍ　Ｃｈｏ等［２５］将两种策略应⽤到对数全波形反演中，两种⽅法都取得了⽐较好的结果，第⼆种效果要略有优势，⽽且从计算效率上考虑，第⼆种更适合应⽤到反演处理中．１７７地球物理学进展　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ　２８卷图６　⼀个ＪＭＩ的算例Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＪＭＩ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｈｏｗｉｎｇｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｍａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ２．２　基于逆时传播算⼦的频率域全波形反演ＦＷＩ反演⾄关重要的问题是合成记录中要获得每⼀个反射点的尽可能精度接近于实际炮记录的图７　（ａ）层析反演速度模型；（ｂ）Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移共成像点道集；（ｃ）Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移结果；（ｄ）ＦＷＩ反演速度模型；（ｅ）Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移共成像点道集；（ｆ）Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移结果．Ｆｉｇ．７　Ｏｎｅ　ｉｎｌｉｎｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｂｅｆｏｒｅ　ＦＷＩ（ａ），ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｉｍａｇｉｎｇｇａｔｈｅｒｓ　ｏｆ　Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｏｄｅｌ（ｂ），ｔｈｅ　ｍｉｇｒａｔｅｄ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｏｄｅｌ；（ｃ），ｏｎｅ　ｉｎｌｉｎｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ａｆｔｅｒ　ＦＷＩ（ｄ）ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｇａｔｈｅｒｓ　ｏｆ　Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＦＷＩ　ｍｏｄｅｌ（ｅ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｇｒａｔｅｄ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＦＷＩ　ｉｎｖｅｒｔｅｄ　ｍｏｄｅｌ（ｆ）．时间和振幅，为了获得⾼精度模型，ＦＷＩ要求地震数据具有可靠的振幅和极⾼的信噪⽐，在实际中很难达到；⽽且由于密度模型在反演中是未知的，ＦＷＩ仅能正确处理垂向速度⽐产⽣的折射．因此，为防⽌噪声泄露，对地震数据的预处理是必须的．为解决上述问题，Ｌａｉｌｌｙ（１９８３）［２７］和Ｔａｒａｎｔｏｌａ［６］将反传播算法引⼊到时间域地震反演，为全波形反演⽅法的改进作出很⼤的贡献．许多研究者也想将此算⼦引⼊到频率域全波形反演中，Ｐｒａｔｔ等［１６］实现了将反传播算法应⽤到频率域全波形反演中，反传播算法中⽆需直接计算偏微分波场，计算量将⼤幅减少．ＹｕＺｈａｎｇ等［２６］提出在逆时概念下进⾏全波形反演：反传播地震数据和震源匹配．为简化反演问题，使反演⽐较有稳定，并提出应⽤全波形反演到τ－ｐ变换后的数据，在波的传播过程中提⾼有效的照明孔径，基于反传播的全波形反演对地震数据的噪声和振幅误差敏感性降低，地震⼦波也可以很好的被处理，特别是由于相位信息已知，震源匹配问题将⼤⼤简化，减少计算量．２．３　频率域对数全波形反演Ｓｈｉｎ和Ｍｉｎ［２８］提出了利⽤对数波场作为⽬标函数进⾏全波形反演的新算法，⽬的是发展⼀种⽐２７７　２期杨午阳，等：地震全波形反演⽅法研究综述图８　（ａ）初始模型ＲＴＭ；（ｂ）折射ＦＷＩ模型ＲＴＭ；（ｃ）常规反射ＦＷＩ模型ＲＴＭ；（ｄ）ＩＧＦＷＩ模型ＲＴＭＦｉｇ．８　ＲＴＭ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｏｄｅｌ（ａ），ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ　ＦＷＩ　ｍｏｄｅｌ（ｂ），ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎＦＷＩ　ｍｏｄｅｌ（ｃ），ａｎｄ　ｉｍａｇｅ－ｇｕｉｄｅｄ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ＦＷＩ　ｍｏｄｅｌ（ｄ）图９　ＲＴＭ利⽤初始模型（ａ），ＲＴＭ利⽤ＳＲＦＦＷＩ模型（ｂ），速度扰动（ｃ）Ｆｉｇ．９　Ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＲＦＷＩ　ｔｏ　ａ　２ＤＧｕｌｆ　ｏｆ　Ｍｅｘｉｃｏ　ｄａｔａｓｅｔ．（ａ）ＲＴＭ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｏｄｅｌ；（ｂ）ＲＴＭ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｉｎｖｅｒｔｅｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ；（ｃ）ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ３７７地球物理学进展　ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ　２８卷　传统⽅法更稳定的地震反演⽅法．但是，在反演的初始模型不接近真实速度构造时，对数波场的全波形反演并没有克服⽬标函数解收敛于局部极⼩值．在传统的频率域全波形反演⽅法中，最⼩平⽅值的波场对反演结果影响很⼩．但是，对数全波形反演的⽬标函数对⼀些⼩值⾮常敏感，会引起梯度⽅向的数值不稳定．因为，这些⼩值可能会增加⽬标函数的⾮线性．Ｙｏｕｎｇｓｅｏ　Ｋｉｍ等［２８］提出对对数波场进⾏滤波，来提⾼梯度⽅向上的稳定性，进⽽提⾼算法收敛于全局最⼩值．远偏移距道或者后⾄地震波等数据，能谱值很⼩的值很多，对于这些数据，对数⽬标函数的解收敛于全局最⼩值⾮常难，可通过滤波祛除这些最⼩平⽅谱的⼩值来减少局部极⼩值的数⽬．虽然初始模型不接近真实的速度模型，但滤波的结果提⾼了初始模型收敛于全局极⼩值可能．由滤波技术获得反演的速度模型代替没有滤波的反演初始模型时，会提⾼反演的收敛性．另外，Ｙｏｕｎｇｓｅｏ　Ｋｉｍ等还指出如果将滤波反演应⽤到其他的⽬标函数中，也能获得⽐较理想的反演结果．３　Ｌａｐｌａｃｅ域全波形反演反演⼀个最基本的问题－⾮唯⼀性问题，只有解决了这个问题，才可以进⼀步延伸到３Ｄ弹性反演算法的解决．Ｓｈｉｎ和Ｃｈａ’ｓ［３２］最近研究在Ｌａｐｌａｃｅ域进⾏全波形反演，解决⾮唯⼀性问题．虽然Ｌａｐｌａｃｅ域全波形反演不能得到像频率域⼀样⾼的分辨率的成像，但是它能取得长波长的速度构造，甚⾄从没有低频分量的数据中．因此，Ｌａｐｌａｃｅ域反演能反演出⾼速度差的模型，这是从局部离散的频率域反演中所得不到的．Ｓｕｋｊｏｏｎ　Ｐｙｕｎ等［３３］使⽤迭代解法发展了Ｌａｐｌａｃｅ域的３Ｄ弹性波反演，与直接求解不同，此⽅法可以适⽤于⼤尺度３Ｄ地震全波形反演．假定震源是垂向激发的，最好的策略是使⽤垂向位移来构建⽬标函数，能够估计⾼分辨率全波形反演和速度偏移的初始速度模型．针对深海环境，Ｄｏｎｇｋｗｅｏｎ　Ｌｅｅ等［３４］提出⼀种使⽤直达波剥离⽅法的Ｌａｐｌａｃｅ域全波形反演，⽅程由没有直达波的震源估计⽽得，与⼀般的对数正态的Ｌａｐｌａｃｅ域全波形反演反演相⽐，更适合应⽤到深海环境中．４　ＦＷＩ在实际数据中的应⽤ＦＷＩ真正要在陆地地震资料中得到应⽤，还需要较为漫长的过程，⽬前能够看到的⼤多是该⽅法在海洋资料中的应⽤，下⾯给出⼏个ＦＷＩ应⽤的实际例⼦，供⼤家参考．Ｖａｌｈａｌｌ例⼦是ＦＷＩ在３Ｄ数据中应⽤的典型例⼦，该例⼦描述了⽓云下⾯的构造，⽽这些⽓云的存在使得成像结果模糊，另外由于多次波的存在是⼀个棘⼿问题．Ｈｅｓｓ⽯油的Ｆａｑｉ　Ｌｉｕ等⼈利⽤３Ｄ声波时间域ＦＷＩ取得了很好的效果，算例中采⽤ＦＷＩ反演的速度模型，⽐⽤射线层析⽅法的到的速度模型获得了更加精确的成像结果，如图７所⽰．ＣＷＰ的Ｙｏｎｇ　Ｍａ等⼈将成像导向的ＦＷＩ（ＩＧＦＷＩ）应⽤到２Ｄ海底拖缆数据（ＯＢＣ）中，在该实例中，他们先利⽤折射数据更新模型的低频分量，然后利⽤反射数据反演⾼频细节，在反射数据处理阶段，没有加⼊构造数据的约束，从获得的结果来看，似乎获得了再现了真实的地质场景，如图８所⽰．在折射波或低频分量存在时，ＦＷＩ⽅法已经被成功的应⽤于浅层速度模型的建⽴，为了克服对低频分量的依赖，Ｓｈｅｎｇ　Ｘｕ等⼈提出了⼀种能够在缺少低频信息时也能够实现速度模型的更新的⽅法ＳＲＦＷＩ，他们的基本想法是在模型更新时对长波场和短波场分量能够分别更新．通过对Ｆｒéｃｈｅｔ导数和梯度理论的研究，给出了采⽤这种策略为何能够提⾼分辨率，该⽅法的核⼼和Ｃｈａｖｅｎｔ等⼈（１９９４）给出的旅⾏时层析⽅法类似．通过对墨西哥湾２Ｄ拖缆数据的测试，取得了理想的效果，如图９所⽰．５　结　论通过地球物理和应⽤数学，全波形反演技术被⼴泛的应⽤于地下成像技术研究，但是由于反演问题的⾮唯⼀性，对噪声的敏感性和计算机的限制，全局极值的收敛等问题，⾄今没有应⽤到实际资料处理中，近年来，根据地震全波形反演在不同的域（时间域，频率域，Ｌａｐｌａｃｅ域）对反演算法做了不同的改进．在时间域，通过与逆时偏移相结合，提⾼初始速度模型精度，⽤声波近似弹性波减少计算量，与随机反演相结合提⾼分辨率；在频率域上，通过改进频率选择策略，提⾼反演效果；逆时偏移算⼦引⼊减少计算量；对数波场滤波，来提⾼梯度⽅向上的稳定性，提⾼算法收敛于全局最⼩值；与有限元⽅法结合，解决双介质不规则界⾯下的成像问题．在Ｌａｐｌａｃｅ域进⾏全波形反演，解决⾮唯⼀性问题等等．针对不同的问题，各种⽅法的改进都取得了⼀定的效果，但依然没有从根本克服反演问题．随着地球物理处理技４７７。

地震层析成像方法综述
雷栋;胡祥云
【期刊名称】《地震研究》
【年(卷),期】2006(29)4
【摘要】对各种地震层析成像方法进行了分类比较.以层析成像技术各个部分的各种方法为重点,分别阐述了地震层析成像技术的4个主要方面(模型的参数化、正演计算、反演及图像重建、反演结果的评价)具体方法的发展现状和进展,并对地震层析成像技术未来的发展方向做了展望.
【总页数】9页(P418-426)
【作者】雷栋;胡祥云
【作者单位】南方石油勘探开发公司,广州,510240;中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉,430074;中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉,430074【正文语种】中文
【中图分类】P315.3+1
【相关文献】
1.地震层析成像方法在青藏高原东北缘的研究进展 [J], 丁子腾
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