摘要：地震波理论是固体地球物理学研究的重要基础，地震波研究领域的任何实质性进展都会促进固体地球物理学的发展。本文对地震波反演成像方法与技术核心问题分析。
关键词：地震波；反演成像方法；技术核心问题分析
地震勘探是利用人工在地表激发和接收地震波,再对地震波作分析处理以及解释而得到地下构造信息和岩性信息的一种方法。在整个地震勘探过程中,精确的求取地震波在地下介质中的传播速度,一直是地震勘探的核心问题之一。
一、地震反演成像框架建立
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式中：u=L（v），是在速度模型v上用算子L（·）模拟得到的波场；L*［R*（Ru-dobs）］是将数据残差（Ru-dobs）用反传播算子L*（·）传播而得到的波场，其中R表示将模拟数据限定在接收点位置，R*表示将数据残差扩展到整个模型空间（其余点上充零）。这样，通过2次波场的正反向传播即可建立梯度法来求解全波形反演中的问题。基于梯度法的二次型假设，误差泛函在模型空间中应该是一个凸性较好的函数，但地震波正算子的强非线性使其很难得到满足。因此，一方面要修改对正算子的描述，即改变对波传播现象的认识以减弱正算子的非线性特性；另一方面要充分结合对模型的先验认识，在误差泛函中加入合适的约束条件。从这个角度来说，地震波反演实际就是建模问题而非优化问题。
3.速度反演的层次。综上所述，地震反演问题尤其是速度反演问题可在统一的地震反演框架下进行解释，从而实现其从数据空间到模型空间的投影。在该框架中，全波形反演理论能够利用最多的地震信息，而且在数学求解过程中使用的假设条件也最少。偏移速度分析、层析反演、全波形反演代表从低到高3个不同层次的速度反演。目前，速度反演的应用处于由层析反演转向全波形反演的阶段。不同层次的反演方法不能相互取代，这是由它们本身的特点所决定的。由于加入了振幅信息，全波形反演能够反演出速度的高波数成分，表现了其精细的速度刻画能力。然而，全波形反演对初始模型的依赖决定了其在实际地震数据应用中还需要其他方法的辅助。因此，从应用角度来看，应该形成如下技术体系：（1）在数据处理的初期，利用CMP道集中的常规叠加速度分析求得粗糙的速度模型。（2）在PSTM或PSDM道集中进行偏移速度分析（MVA）。PSDM偏移速度分析是速度估计和建模的核心环节，但如果不能保证数据质量，比如处于低信噪比的山地地震勘探时，采用精度较低的PSTM扫描速度分析方法会更有效。（3）以MVA为基础，在成像道集中进行层析速度反演可以进一步提高速度反演的精度。层析速度反演不必单纯依赖于射线传播方式，采用Beam-ray算子进行传播可以进一步提高波场描述的精度，从而得到更为精确的速度反演结果。
二、陆上地震数据反演成像技术发展的关键问题
针对我国陆上地震数据的特点，推进反演成像技术发展的关键在于以下几点。
1.减弱地表因素空变引起的子波特征空变。陆上地表条件横向变化剧烈，导致激发接收因素空间变化，反映到每一个地震道上，接收到的反射子波受炮检点地表因素的影响。减弱空变子波特征的影响首先是在估计背景速度的变化时充分利用到达时信息和相位信息，少用或不用振幅信息。其次是做好子波空变特征的一致性处理。
2.充分利用初至波和早至波信息。陆上数据的反射波和绕射波信噪比低，初至波和早至波一般而言具有更高的信噪比。但是，目前往往仅仅有中、小偏移距的初至波到达时被用来进行近地表速度层析，而具有较高信噪比的初至波和早至波数据没有得到充分的研究和利用。
3.背景速度估计与建模。陆上数据一般缺乏低频长偏移距数据，很难期望用透射波FWI估计背景速度。仅仅靠动校正和均方根速度估计在信噪比低和横向速度变化大的情况下估计背景速度，其精度是远远不够的，这会导致后续的背景速度扰动估计不收敛，无法提高成像质量。背景速度的估计是一个非线性反演过程。我们提出用基于Kirchhoff PSDM和成像道集拉平的Monte Carlo反演方法估计横向变速情况下的背景速度。
4.做好角度成像道集的层析速度反演和建模。角度成像道集中射线层析与建模是当前深度速度建模的主力工具。但是，它的估计精度与正则化思想与方法是密切相关的。最近几年因为现代图像处理技术的引入，反射界面有机地融入反演速度场中，极大地提高了估计精度。对于陆上地震数据的角度成像道集的层析速度反演，在提高角度道集质量、自动拾取剩余时差、自动反射界面解释及估计倾角、Beam层析、正则化和预条件等方面的改进会显著提高估计精度。另外，角度成像道集的层析速度反演与各向异性参数和Q值反演可以方便地融为一体，实现多参数联合建模。
5.做好波阻抗反演工作。波阻抗是与岩性变化关系更密切的参数。地震波反演成像的目标至少应提高到对波阻抗的反演成像上。简单地看，波阻抗与反射系数是积分和微分的关系。
地震波反演成像的基础是多次覆盖的数据体。目前叠前数据采集的最高技术是同时源激发进行宽频带、宽方位和高密度的叠前数据采集。利用这样的数据体对不特别复杂的地质构造进行偏移成像可以给出高精度的偏移成像结果；但是若地质情况特别复杂，即使较为可靠的偏移成像结果也难以得到。
参考文献：
［1］ 朱建.地震散射点成像和非均匀介质中广义散射层析成像反演［D］.北京：北京大学地球与空间科学学院，2018.
［2］ 刘国.初至波层析影响因素分析［J］.石油地球物理勘探，2018，42（5）：544-553.