基于多尺度带极性直接包络的强散射介质反演方法研究

At present, oil and gas exploration targets have gradually shifted from simple structural areas to complex structural areas. Complex structural areas are often strong scattering media with strong contrast structures. Full waveform inversion can provides a high-fidelity velocity model for the imaging of subsurface structure. Full waveform inversion is a strong nonlinear inverse problem that is strongly dependent on the initial model, which is more severe for strong scattering media. This project intends to carry out research work on the velocity inversion problem of strong scattering media. Firstly, the amplitude and polarity demodulation are used to obtain the signed envelope of seismic data, and the objective function based on multiscale signed envelope is constructed. The convexity of the objective function is enhanced to reduce the strong nonlinearity of full waveform inversion; the direct envelope Fréchet derivative for strong scattering conditions is derived, which makes full use of the linear relationship between multiscale signed envelope and media parameters to ensure the convergence of inversion under strong scattering conditions; then the reflection waveform inversion strategies are introduced to improve the deep part illumination quality of the strong scattering media. Finally, a reflection waveform inversion method based on multiscale signed direct envelope is proposed to build a high-quality velocity model for strong scattering media, which provides powerful theoretical support for oil and gas reservoir exploration in strong scattering media.

目前油气勘探目标已逐渐从简单构造区域转向复杂构造区域。复杂构造区域往往是含有强反差构造的强散射介质。全波形反演可为地下介质的偏移成像提供高质量的速度模型。全波形反演是一强非线性反问题，高度依赖于初始模型，对于强散射介质，该问题则更为严重。本项目拟对强散射介质的速度反演问题展开研究，首先利用振幅和极性解调求取地震数据带极性包络，构造出基于多尺度带极性包络的目标函数，通过增强目标函数凸性来降低全波形反演的强非线性；推导出适用于强散射条件的直接包络Fréchet导数，充分利用多尺度带极性包络与地下介质参数良好的线性关系，保证反演在强散射条件下的收敛性；引入反射波形反演策略提高强散射介质的深部照明质量；最后提出基于多尺度带极性直接包络的反射波形反演方法，可对强散射介质进行高质量的速度建模，为复杂构造区域的油气藏勘探提供有力的理论支撑。

油气资源至今依然是保障国家经济和社会快速发展不可或缺的战略物资。随着油气资源大规模的开采，常规的易开采储量大的常规油气藏资源已经接近枯竭，目前勘探区域已经逐渐转向了复杂构造区域。这些复杂构造区域大多是含有尺度巨大，结构复杂的盐体、逆冲推覆体等速度与背景介质存在显著速度差异的强反差构造的强散射介质。全波形反演是目前最具有研究前景的地下介质速度建模技术，但全波形反演是一强非线性反问题，在缺失精确初始模型的情况下极易陷入局部极值。本项目针对全波形反演在强散射介质速度建模上遇到的问题，主要开展了包括构建强凸性目标函数，研究适应于强散射条件的敏感核算子，改善强散射介质的深部照明质量以及算法实施优化策略共四个方面的研究，并取得了以下进展：首先利用振幅和极性解调求取地震数据带极性包络，构造出基于多尺度带极性包络的目标函数，通过增强目标函数凸性来降低全波形反演的强非线性；推导出适用于强散射条件的直接包络Fréchet导数，充分利用多尺度带极性包络与地下介质参数良好的线性关系，保证反演在强散射条件下的收敛性；引入反射波形反演策略提高强散射介质的深部照明质量，并采取两步法实现多尺度带极性直接包络的反射波形反演算法，在增强对强散射介质深部照明质量的同时兼顾了计算效率；将稀疏约束反褶积与包络结合，提出基于包络的稀疏约束反褶积的全频带地震数据的重构算法，提高了重构数据的精度，提出了基于重建全频带地震数据的全波形反演算法，并推广到了弹性波反演中，进一步提高强散射介质速度建模的精度，为复杂构造区域的油气藏勘探提供有力的理论支撑。在项目研究过程中，发表国际SCI期刊论文12篇（其中一篇为ESI高被引论文），会议论文1篇，协助或独立培养研究生8人（其中5人已毕业），参加学术会议5次。本项目按照项目研究计划，完成了项目预期研究内容，获得了较好的预期效果，达到甚至超过了预期的研究目标。