吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (3): 957-969.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240059

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频率域传播矩阵法地震AVA多参数反演

丁乾龙,沈金松,陈双全,冉尚,龙刚   

  1. 中国石油大学(北京)地球物理学院,北京102249
  • 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-06-06
  • 通讯作者: 陈双全(1975—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事储层预测、地震各向异性等研究,E-mail: chensq@cup.edu.cn
  • 作者简介:丁乾龙(1994—),男,博士研究生,主要从事AVA地震多参数反演研究,Email: ding.qianlong@foxmail.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42474151,42074127)

 Frequency-Domain Propagation Matrix Method for Seismic AVA Multi-Parameter Inversion

Ding Qianlong, Shen Jinsong, Chen Shuangquan, Ran Shang, Long Gang   

  1. College of Geophysics, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
  • Online:2025-05-26 Published:2025-06-06
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (42474151,42074127)

摘要: 传播矩阵理论考虑透射损失和层间多次波对地震响应的影响,给出了任意入射角条件下多层介质的纵横波反射系数谱,相较于Zoeppritz方程及其简化关系,理论上能够得到更高精度的AVA(amplitude-versus-angle)多参数反演结果。时间域传播矩阵法反演由于需要计算全频段的雅可比矩阵,往往需要更大的内存。不同于时间域反演,频率域反演只针对特定频率进行计算,具有内存占用小的优点,而传播矩阵在频率域内对反射系数谱进行求解很好地满足了频率域反演的需求。本文在频率域计算目标函数梯度,并使用L-BFGS(limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)算法加速反演的收敛速度。为了验证频率域传播矩阵法反演的有效性,对模拟数据和实际数据进行反演。在频率域应用传播矩阵地震叠前反演方法能够稳定反演地层参数,与Zoeppritz方程反演的对比结果表明,频率域传播矩阵反演具有更高的精度。


关键词: 传播矩阵理论, Zoeppritz方程, AVA反演, L-BFGS算法, 频率域

Abstract:  The propagation matrix theory considers the effects of transmission loss and inter-layer multiple waves on seismic responses. It provides the reflection coefficient spectrum for longitudinal and transverse waves in multi-layer media at arbitrary incident angles. This theory can yield higher accuracy in amplitude-versus-angle (AVA) multi-parameter inversion results than the Zoeppritz equations and their simplified versions. The inversion of the time-domain propagation matrix method requires a significant amount of memory because it involves computing the full-frequency Jacobian matrix. In contrast, frequency-domain inversion only focuses on specific frequencies, resulting in lower memory usage. The propagation matrix method effectively meets the requirements for frequency-domain inversion by solving the reflection coefficient spectrum in the frequency domain. This paper computes the gradient of the objective function in the frequency domain, and employs the L-BFGS (limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) algorithm to accelerate inversion convergence. To validate the effectiveness of the frequency-domain propagation matrix method, we conduct inversions on both simulated and real data. The application of the propagation matrix seismic prestack inversion method in the frequency domain can stabilize the inversion of layer parameters. Compared to the results from the Zoeppritz equations, the frequency-domain propagation matrix inversion shows higher accuracy.


Key words: propagation matrix theory, Zoeppritz equation, AVA inversion, L-BFGS algorithm, frequency-domain

中图分类号: 

  • P631.4
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