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地質地球所研究實現地震多次波全波形反演

2020-09-18 地質與地球物理研究所
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  地震波是探測地球結構組成及深部資源最爲有效的手段。不同的地下結構,地表觀察到的走時信息可能相同,但其振幅反映的地球介質的動力學信息不會相同。地震全波形反演不但考慮地震波走時信息,而且要考慮地震波的振幅信息,因此在勘探地震學、區域地震學和全球地球物理研究中得到迅速發展。
  传统的全波形反演(FWI)试图通过最小化目标函数来找到最佳模型,目标函数被定义为模型预测的数据与观察到的数据在幅度和相位上的差异。原则上,FWI应适合所有类型地震波,包括直达波、绕射波、回折波、折射波、透射波、反射波、多次波。但是,当初始模型与真实模型相距甚远时,FWI将难以匹配大部分波形。不同波形耦合在一起,尤其当地震数据存在多次波时,目标函数很难收敛。多次波在地下传播路径长,可以传播到反射波无法到达的区域,携带了比反射波更加丰富的地下信息。为此,中国科学院地質與地球物理研究所研究员刘伊克、博士生何彬与教授Yingcai Zheng合作,将地震多次波分解为不同阶数,通过建立多次波的目标函数,从而实现了地震多次波的全波形反演(图1,图2)。

  研究人員將地震反射波看作虛震源向下激發,可形成不同階的多次波。1階多次波在波傳播過程形成2階多次波,以此類推,n階多次波形成的震源形成(n+1)階多次波。通過高階多次波與低一階多次波自適應相減,就可以分解出任何一階獨立的多次波。該研究僅用32炮地震數據實現全波形多次波反演(圖3爲其中的1炮多次波數據),通過對背景速度(速度長波長修正量)和高波數速度(短波長修正量)進行反演,結果表明可以得到較准確的多次波全波形反演結果(圖4)。該項研究可以廣泛應用在油氣勘探、地震成像、儲層精細預測,也可用于探測地殼地幔結構、大洋中脊和俯沖帶分布等全球地球物理和地震學研究中。

  相關研究成果發表在Geophysics上。

  論文链接

图1 地震多次波传播路径,M1, M2,M3表示不同阶的多次波,P是反射波。X1,X2多次波产生的crosstalk假地层界面

图2 地震多次波全波形反演原理示意图,Xp是反射波反演速度高波数位置,Xm是多次波反演的速度高波数位置,△vz是多次波反演的背景速度扰动量 

图3 地震多次波炮集

图4 地震多次波全波形反演(没有反射波数据)

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