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1、 分类号 密级 UDC 编号 中国科学院研究生院硕士学位论文基于迭代再加权最小二乘的地震资料稀疏反演方法 申请学位级别 硕士 学科专业名称 固体地球物理学 Seismic Data Sparse Inversion Method Based on Iterative Reweighted Technique By Yuan Yi-mingA Dissertation Submitted toGraduate University of Chinese Academy of SciencesIn partial fulfillment of the requirementFor the degr
2、ee of Master of ScienceLanzhou Center for Oil and Gas Resources，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of ScienceMay 26th,2012中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在 * 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源中心或其他教育机构的学位或证书
3、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心有关知识产权的规定，研究所有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文及论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。保密论文
4、注释：本学位论文属于保密范畴，保密期限 年，解密后适用本授权书。学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日致 谢衷心感谢我的导师*研究员。自从2009年入学以来，导师为我的培养倾注了大量心血。从课程学习、论文的选题、研究思路到论文的撰写，倾注了老师的心血。恩师的深入浅出的讲解、将复杂深奥的理论变得津津有味；细致入微的关怀和帮助，使我顺利完成学业。恩师对物理、数学和地球物理等多门学科都富有深厚的造诣而且具有广博的学识，其学术思想活跃且有卓越的前瞻洞察力及敏锐的思维力。恩师高尚的品格，渊博的知识和创新的精神，严谨的治学态度和废寝忘食的工作精神等等都是我的榜样，对
5、我以后的科研、学习工作将产生深刻的影响和启迪。谨向尊敬杨老师表示深深的敬意和由衷的感谢，并祝身体健康。衷心感谢*、*、*、*、*等老师对我在学业上的许多指导和帮助，老师们渊博的知识、严谨的治学态度、以诚待人的高尚人品，无不给我留下深刻的印象。感谢中科院地质与地球物理研究所兰州油气研究中心的*老师在三年来给予我的关怀和帮助，*老师乐于任事、关心学生，是一位受学生尊敬的良师益友。感谢研究生部的*老师、*老师、*老师、*老师、*老师，感谢他们对我学习的关心和帮助。感谢中科院地质与地球物理研究所兰州油气研究中心的学长和同学们，正是有了你们的诸多帮助，才让学习和科研的气氛变得更加地和谐和快乐。谨向对我给
6、予诸多帮助的油气中心的兄弟姐妹们致以诚挚的谢意，子曰：三人行必有吾师也，从他们身上我也学到了很多东西，并且一起度过了愉快的研究生时光。最后向所有给予我关心和帮助的朋友，以及对我研究工作给予直接或间接帮助的论文作者、专家和学者致以诚挚的谢意。在以后的岁月里，无论身在何处，我都将保持严谨的学风，诚实做人，勤奋工作，乐于助人，用所学知识造福社会，让世界更变得更美好一些。中文摘要中文摘要地震数据反演的目的在于通过求解反射系数序列来反映地下介质的分布规律，这就需从地震数据中可靠地消除地震子波的影响。然而受到有限带宽的影响，往往缺失反射系数序列中的低频和高频信息；同时由于受到不可避免的噪声的影响，反演得到
7、的结果分辨率通常比较低。本论文的目的在于使用迭代再加权的寻优方法由地震数据得到高分辨率的反射系数序列；该方法通过再加权的方法将稀疏优化问题转化为一系列权不断变化的线性方程组，在保证结果精度的前提下增加了求解的速度。对寻优过程中的线性方程组求解采用针对性的预条件化，并在权重的计算中引入伸缩变换，优化了整个寻优过程的稳定性和求解速度。经过大量的数值试验，得出了合理的参数选择范围，通过与真值的比较以及实际资料处理验证了本方法的实用性。关键词：波阻抗反演，迭代再加权，Gauss-Siedel迭代，共轭梯度法，预条件化，伸缩变换IIIABSTRACTThe basic goal impedance in
8、version is to recover the layered structure of the surface as a function of depth from observed seismic data, which usually expressed as series of reflection coefficients. Such a goal could be achieved when the effects of seismic wavelet is eliminated in an effective way. However, it is hard to get
9、high resolution reflection coefficients series because of the bandlimited effect of seismic data with the resulting loss of low and high frequency information about subsurface structure. The unavoidable noise reduced the resolution,too.The purpose of this dissertation is to invert a high resolution
10、reflection coefficients series from seismic data using iterative reweighted technique. This technique transform the sparse optimization into a series of wighted linear function, speeds up the computing while keep signal-to-noise rate high. In order to stabilize and accelerate the solving,pre-conditi
11、oning according to the linear function is used and shrink operator is introduced in computing the weighing. Through lots of numerical experimentations, the range of parameters is settled, and the practicability is conformed together with the real data processing.KEYWORDS:impedance inversion, iterati
12、ve reweighted, Gauss-Siedel iteration,conjugate gradient method, pre-conditioning, shrink目 录目 录第一章 引 言11.1选题依据和研究意义11.2 波阻抗反演研究现状11.3 稀疏反演方法的研究情况31.4 论文结构与主要内容41.5 论文的主要创新点4第二章 波阻抗与稀疏反演概述52.1 基本概念52.1.1 常规波阻抗反演技术的基本假设前提52.1.2 波阻抗反演方法的基本原理52.1.3波阻抗反演的分类102.2 稀疏反演方法112.2.1 匹配追踪112.2.2 稀疏反演和压缩感知12第三章 迭
13、代再加权最小二乘地震资料稀疏反演方法173.1 迭代再加权方法原理173.2 反射系数稀疏反演的迭代再加权方法203.3 解线性方程组的迭代方法213.3.1 Gauss-Seidel迭代方法213.3.2 共轭梯度法223.4 收缩变换263.5 预条件化283.5 流程图30第四章 数值模拟和实际资料314.1 不同噪声水平下的原始地震数据314.2 不同主频子波反演结果324.3 噪音水平不同时反演结果344.4 权重因子，噪声水平不同时反演结果374.5 范数逼近程度不同时反演结果394.6 实际资料处理40第五章 结论与认识41参考文献43作者简介47攻读硕士学位期间已发表及待发表的
14、论文48攻读硕士学位期间参加的科研项目48V第一章 引 言第一章 引 言1.1选题依据和研究意义油气资源关系民生和国家安全，与国民经济的大部分产业有直接或间接的联系，对经济发展有着十分轻重的影响，也是今后相当长时间内难以替代的主要能源。所以加强国内油气的勘探能力具有十分重要的意义。地震、测井、钻井等方法是石油工作者了解地下地质构造、地层、岩性、物性、含油气性等重要的信息来源。虽然地震方法获得资料的分辨率远远不及测井、钻井，但是随着地震勘探技术进一步地发展，地震资料的信噪比、分辨率、成像准确性都获得了很大的提升。同时地震资料包含大量地下地质信息，且覆盖面积广，具有三维特性，所以地震勘探愈来愈受到重视。地震勘探的主要原理是从地表某一点位激发地震子波，子波在向下传播的过程中遇到波阻抗界面后会发生反射，传回一部分能量，被传感器接收。随着这一激发、传播、反射、接收的过程不断进行，传感器记录下一系列按时间排列的地震波，即地震记录。地震勘探的基础是地下不同地层存在波阻抗差异，因为地震波只有传播到有波阻抗差异的地层分界面时才会发生反射。地震资料反演其基本目的是充分利用测井、钻井、地质资料提供丰富的构造、层位、岩性等信息，由常规的地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度等信息，为勘探开发提供重要的依据
