《複雜介質頻率域彈性波方程全波形反演研究》是依託哈爾濱工業大學，由韓波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜介質頻率域彈性波方程全波形反演研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：韓波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用彈性波方程進行彈性數據的全波形反演，由於能夠包含體波和面波的全部信息，真正符合複雜介質和各向異性的勘探需要，成為了地震勘探全波形反演的研究熱點和發展趨勢，正在引起人們極大的關注。但由於這是一個計算量和存儲量巨大的問題，同時受到計算資源的限制、局部極值問題以及介質複雜性的困擾，利用傳統的反演理論與算法很難開展彈性波全波形反演研究。為此，本申報項目採用頻率域彈性波方程，擬從快速正演模擬、基於線性採樣法的初始模型、稀疏約束與全變差正則化反演方法、貝葉斯推斷、並行計算等幾個方面進行綜合研究，解決這一計算挑戰問題。探索頻率域全波形反演問題解的稀疏性，實現對複雜介質彈性波方程的多參數精細反演成像，為石油勘探及複雜的工程地球物理勘探問題提供理論支撐。本項目預期在快速算法與並行計算、異常體邊界的精細識別、以及多參數反演等方面的研究有較大的突破。
結題摘要
彈性波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細節信息，提高地震成像解析度的巨大潛力。然而，在彈性全波形反演過程中面臨著諸多挑戰，主要體現在：1、超大規模正演計算及大存儲量需求，2、不適定性及初始模型依賴，3、多參數反演。針對這些難題，本項目首先開展了頻率域聲波、彈性波、粘彈性波高效正演算法研究。在此基礎上開展了快速高效的有限差分對比源反演相關理論和算法研究。此外，本項目還開展了稀疏約束與全變差正則化反演方法研究以獲取物性參數的邊界信息和探索物性參數在不同空間下的稀疏性，從而提高算法的重構效率。 針對超大規模計算難題，基於聲波、彈性波及粘彈性波方程，採用四階精度的交錯格線離散格式對方程進行離散，形成稀疏線性方程組。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。針對大規模稀疏線性方程組求解問題，本項目開展了基於稀疏矩陣理論低秩分解的HSS正演算法和CARP-CG疊代算法研究，並基於MPI並行實現了正演算法。大量實驗表明，在求解大規模波場模擬問題時，HSS和CARP-CG算法展現了非常快速、高效和強可擴展性的特性。 針對初始模型依賴問題，開展了基於穩定性和收斂性好的L-CG_DENSCENT 快速算法研究。針對多參數反演問題，基於一階波動方程，給出了擬守恆波動方程並在此基礎上發展了FD-CSI全波形反演算法，建立了基於波動逆傳播理論的初始模型構建算法。引入乘子正則化策略進一步提高FD-CSI 的重構精度和避免了則化參數的選取，從而實現了多參數的高精度成像。 為了提取地層結構的某些幾何特徵和探索目標體的稀疏性，開展了基於稀疏約束的正則化全波形反演研究。針對目標泛函的不可導問題，建立了基於鄰近梯度法和正則化Gauss-Netwon 反演算法，從而實現反演目標體邊界的精細識別。數值模擬結果表明，該反演方法是可行且高效的。
