中国石油东方地球物理公司物探技术研究中心-中国地球物理学会

拾取初至信息初始速度模型利用程函方程计算时间场求取旅行时残差是退出循环收敛否反向追踪射线路径Frechet求导矩阵求取反演方程得到更新量更新模型 图1 常规层析反演方法流程图 3）显式的存储Frechet求导矩阵，占用大量的内存，使其在高密度等大数据量工区的应用受到限制。 针对常规层析反演方法在复杂地表区域出现的问题进行针对性的研究是该项目的主要指导性思路，更加具体的工作思路如下所示： 1）针对缺少空变初始模型建立方法的问题，进行空变初始模型反演方法的研究。在对近地表速度分布进一步简化的基础上，可建立初至信息与模型速度信息的理论映射关系，通过这种映射关系构建一种空间横向变化的、快速的、可靠的初始模型建立方法； 2）针对反向追踪射线路径精度不够以及Frechet矩阵占用大量内存的问题，开展基于伴随状态法（Adjoint-State）的层析反演方法研究。由于借助Adjoint-State方法求取模型更新量，不再需要进行射线路径的求取，同时也避免了Frechet矩阵的存储，提高了反演方法的精度及对大数据量的适应性。 3）针对反演方法共存的多解性问题，通过在反演过程中加入近地表约束来增加反演的稳定性。 4）为了进一步提高计算效率，适应实际生产需求，在反演过程中采取变网格，来对反演进行进一步提速。

— 5 —

项目的主要发展重点可大体分为两个方向： 1）基于初至旅行时层析反演方法的研究； 2）GeoEast系统平台下层析反演相关软件模块的开发。 其中又可对其进行进一步细化： 1）基于初至旅行时层析反演方法的研究 方法的研究主要集中在如何通过方法上的改进来提高层析反演的效率、精度等，主要包括以下几个方面： ① 空间横向变化的初始模型建立方法研究； ② 基于快速匹配方法的初至旅行时计算方法研究； 项 ③ 基于伴随状态法的初至旅行时层析方法研究； 目 ④ 近地表调查信息约束的层析反演方法研究； ⑤ 基于空间变网格的加速方法研究。 发 展 2）GeoEast系统平台下层析软件开发 重 软件的开发主要集中在如何有效的将所研究的方法、算法集成到GeoEast系统平台，进行形成能够应用于实际生产的软件模块，主要包括以下几个方面： 点 ① GeoEast平台下初始建模模块的开发； ② GeoEast平台下基于分布式并行应用程序编程框架的层析反演模块开发； ③ GeoEast平台下输入初至与层析反演结果质量控制相关模块的开发。 — 6 —

该项目紧跟实际生产过程中的技术问题，利用初至波所携带的旅行时信息，基于地震射线理论以及地球物理反演理论，开发一套集初始模型建立、层析速度反演的近地表速度建模相关的方法、技术，并形成相应的软件模块。 目标和任务： ①了解不同近地表条件下地震波场的主要特征、初至中存在的主要波型； ②开发完成快速的近地表初始速度建模方法及软件模块； ③开发精度及计算效率均能够满足实际生产需求的射线追踪正演算法； ④开发完成满足实际生产要求的层析速度建模方法及软件模块，并形成相应的技术流程。 项 主要研究内容： 目 方 ①空间横向变化的初始模型建立方法研究； ②基于快速匹配（FMM）方法的初至旅行时计算方法研究； ③基于伴随状态方法（Adjoint-State）的初至旅行时反演方法研究，其中案 还包括基于变网格的计算效率提高、近地表调查数据约束。 设 计 实施步骤： ① 收集不同地区的地震数据，根据不同的近地表条件进行分类并进行归纳、分析，对不同近地表条件下的地震波场传播规律有一清晰的认识； ② 对近地表建模、初至波分析、射线追踪正演等相关文献进行大量调研，并结合调研结果对初至波场进行进一步的分析； ③在①与②的基础上，对近地表速度模型进行进一步的简化，建立初至信息与近地表速度的理论映射关系，进而形成一种不需要迭代反演、计算效率极高、空间横向变化的初始模型建立方法及软件模块； ④根据实际生产对精度及效率的要求，结合文献调研的结果，基于Fast Marching方法或者其改进算法开发符合实际生产需求的射线追踪正演算法； ⑤在①、②、④的基础上，充分分析不同反演算法的优缺点并结合实际生产在反演精度、计算效率等方面的要求，基于Adjoint-State方法开发完成层析建模技术与软件；

— 7 —

⑥在⑤的基础上，通过采用在反演的初期采用大网格、后期采用小网格的变网格技术进一步提高反演方法的计算效率； ⑦在⑤、⑥的基础上，在反演的过程中加入近地表调查数据的约束，以进一步提高反演的稳定性； ⑧通过理论合成数据及实际数据对不同方法的有效性、可靠性等进行测试、验证，针对问题进行算法的优化与完善，最终形成复杂地表条件下近地表速度建模的技术流程。 — 8 —