《複雜介質四維地震有限元-對比源反演方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由韓波擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：複雜介質四維地震有限元-對比源反演方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：韓波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對複雜的石油領域四維地震勘探問題，基於流體飽和孔隙介質彈性波方程，開展快速的反演算法研究，研究利用可測量數據反演儲層參數等重要物理量、識別流體邊界、以及評估效用等問題。引入先進的數學理論和方法，通過數學、地球物理、石油勘探等學科的交叉融合，形成較完整的適用於複雜介質四維地震勘探的彈性波方程局域化反演模型與反演算法。本著交叉學科驅動，開發共性高效的反問題新算法，重點研究基於逆散射理論的有限元—對比源方法，並研究算法的效率改進、以及流體邊界的精確識別等問題。所提出的反演的新理論和新算法，可有效解決實際石油勘探中的難題，是對地球物理反演理論的重大突破；同時，方法亦適合於其它具有複雜背景場的異常體檢測問題，具有廣泛的適用性。
結題摘要
全波形反演（FWI）是一種基於目標泛函最佳化的地震成像方法。全波形反演能夠充分利用地震波場的運動學和動力學信息，因此具有揭示複雜地下介質構造和岩性的細節信息、提高地震成像解析度的巨大潛力，是未來地球物理勘探技術發展的必然趨勢。然而，全波形反演方法在帶來高解析度成像的同時也帶來了棘手的計算難題：1、目標泛函高度非線性，2、多局部極值，3、高密集的正演計算，4、多參數反演。針對這些問題，本項目首先開展了頻率域內多分量聲波、彈性波、粘彈性波高效正演計算研究，在此基礎上開展了快速高效的反演算法-有限差分對比源反演相關理論和算法研究。此外，增加了時間域線性採樣相關理論的研究，為局部反演算法提供好的初始模型。 針對頻率域二維、三維多分量波動方程的數值計算問題，以完全匹配層（PML）為吸收邊界條件，基於區域分解方法並採用交錯格線對聲波、彈性波及粘彈性波方程進行四階精度的差分離散形成大型稀疏線性方程組。為了提高數值模擬的精度和降低數值頻散，給出了最佳化的四階交錯格線離散格式。對於大型稀疏線性方程組的求解，本項目開展了基於LU分解的直接解法和CARP-CG疊代法波場數值模擬的並行化研究。研究表明，直接解法在求解多震源問題、計算精度上占有一定的優勢；而疊代法在計算效率，存儲空間及可擴展性上具有明顯的優勢，能夠精確高效求解三維大規模波動方程數值模擬問題。針對非線性、多參數全波形反演問題，對聲波、彈性波方程進行模型修改，形成統一的一階擬守恆聲波彈性波方程。基於擬守恆波動方程，開展了統一框架下的多參數聲波、彈性波對比源全波形反演算法理論的研究。首先，引入對比源和對比度函式並進一步導出狀態方程和數據方程。基於狀態方程和數據方程，形成極小化目標泛函。採用非線性共軛梯度法交替疊代極小化目標泛函，從而實現對反演參數的重構。引入乘子正則化技術進一步提高重構精度及獲取地層結構的某些幾何特徵，同時避免了人工正則化參數選取的麻煩。從計算複雜度的角度詳細地分析了對比源全波形反演方法的優越性。由於參數之間的相互耦合及目標泛函對不同參數擾動的敏感性差異，多參數同時反演需要有效的反演策略才能獲得較好的重構結果。大量數值模擬結果表明，多參數對比源方法能夠快速重構聲波和彈性波相關地層參數。進一步研究不同參數對波場的作用機理，提出合理的反演策略以便將現有成果套用到實際勘探中將是我們下一步的主要工作。
