包乾宗,陈俊霓,吴 浩

(1.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安710054;2.四川仁沐高速公路有限责任公司,四川成都610041)

确定地层速度模型是地震勘探的核心目标之一。全波形反演(full waveform inversion,FWI)是在充分利用叠前地震资料中的动力学和运动学信息的基础上反演地层速度模型的主要方法之一[1],是目前地球物理勘探领域的研究热点。在该领域,TARANTOLA[2]创造性地提出了利用反传算法来计算目标函数的梯度,避免了Jacobian矩阵的求取,从而实现了时间域全波形反演。GAUTHIER等[3]和MORA[4]实现了实际二维地震资料的全波形反演,从实践上证明了全波形反演具有精细刻画地下构造及岩性特征的能力,是一种高精度的速度建模手段;同时,他们指出了全波形反演理论的固有缺陷,如计算量巨大、解易陷入局部最小值、低频信息缺失等,限制了全波形反演技术在实际资料中的应用。

近年来,随着计算机科学与技术和优化算法的发展,全波形反演理论和方法的研究有了新的发展,尤其是GPU并行编码方式的应用使得全波形反演的计算效率大大提升。冯海新等[5]提出了基于GPU/CPU和震源随机编码技术的混合域全波形反演,该方法提高了反演精度,减少了炮间串扰噪声,在GPU的加速下,计算效率显著提升。魏哲枫等[6]使用随机边界技术反传、重建震源波场,充分发挥了GPU的计算能力,提高了全波形反演在三维情况下的计算效率和稳健性。即便如此,基于局部寻优算法求解强非线性问题所伴随的解易陷入局部极小值的问题仍然是全波形反演理论进一步发展的瓶颈。……