СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ ДЛЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОЛНОВОЛНОВОЙ ИНВЕРСИИ FWI

Abstract

Полноволновая инверсия (FWI) является одним из современных методов построения и уточнения глубинно-скоростных моделей, позволяющим получать высокоразрешенное описание скоростного строения среды. Однако успешное применение FWI требует тщательной подготовки исходных данных, достаточной точности начальной скоростной модели и обоснованного выбора параметров инверсии. Одной из ключевых проблем является риск сходимости решения к локальному минимуму целевой функции, в том числе вследствие эффекта cycle skipping, или «схода на фазу», возникающего при значительном временном рассогласовании наблюденного и смоделированного волновых полей. Этот риск особенно возрастает при преждевременном расширении частотного диапазона инверсии в сторону более высоких частот или при использовании больших удалений «источник–приемник» при недостаточно точной начальной модели. В статье представлена система анализа CycleSkipGuard (CSG), предназначенная для выбора параметров FWI и количественного контроля результатов инверсии во временной области. Система основана на расчете атрибутов функции взаимной корреляции между наблюденными и смоделированными сейсмограммами: коэффициента корреляции и относительного временного сдвига. Полученные атрибуты визуализируются в виде гистограмм по диапазонам удалений и карт пространственного изменения параметров, что позволяет оценивать степень соответствия волновых полей в заданном частотном диапазоне. Применение CSG позволяет обоснованно выбирать начальный частотный диапазон и диапазон используемых удалений, снижать риск некорректной сходимости инверсии и оценивать эффективность выполненных циклов уточнения скоростной модели. Возможности подхода продемонстрированы на примере применения к реальным морским 3D сейсмическим данным. Full Waveform Inversion (FWI) is one of the modern methods for building and refining depth velocity models, enabling, under favorable conditions, a high-resolution description of the subsurface velocity structure. However, successful application of FWI requires careful preparation of input data, sufficient accuracy of the initial velocity model, and well-founded selection of inversion parameters. One of the key challenges is the risk of convergence to a local minimum of the objective function, including due to the “cycle skipping” effect, or “phase skipping”, which occurs when there is significant time misalignment between the observed and simulated wavefields. This risk increases particularly when the inversion frequency range is prematurely extended toward higher frequencies or when large source–receiver offsets are used with an insufficiently accurate initial model. The paper presents the CycleSkipGuard (CSG) analysis system, designed for selecting FWI parameters and quantitatively controlling inversion results in the time domain. The system is based on calculating cross-correlation attributes between observed and simulated seismograms: the correlation coefficient and the relative time shift. The obtained attributes are visualized as histograms by offset ranges and as maps of spatial parameter variation, which makes it possible to assess the degree of wavefield consistency within a given frequency range. Application of CSG enables a well-founded selection of the initial frequency range and the range of offsets used, reduces the risk of incorrect inversion convergence, and allows the effectiveness of completed velocity model update cycles to be evaluated. The capabilities of the approach are demonstrated using real marine 3D seismic data.