全波形反演关键参数敏感性分析Sensitivity Analysis on Key Parameters in Full-Waveform Inversion
张根虎,李溢,扎合木·沙热力汗,李万利,刘超,梁缘,吕晓磊
摘要(Abstract)：
全波形反演作为地球物理勘探领域地下介质参数高精度重建的核心技术，其参数配置体系的优化直接决定了反演结果的可靠性和计算效率。研究以典型煤田地质模型和MARMOUSI模型为对象，探究了FWI中空间离散化参数和迭代次数两个关键参数的作用机制及其对反演结果的敏感性影响。首先构建FWI参数敏感性分析框架，建立了典型煤田合成地质模型和MARMOUSI复杂地质模型，分析关键参数对于反演结果的影响，合成模型包含了常见的断层地质构造，然后应用不同参数组合进行反演，通过反演结果对比分析不同参数组合的敏感性。试验结果表明：空间离散化参数研究发现，网格尺寸较小时将增加反演的准确度，但网格尺寸选择需考虑运行时间与内存成本问题，较小的网格尺寸会增加反演时间成本与内存需求；迭代次数研究显示，合理的反演迭代次数使模型参数的调整更精细，从而影响波形的平滑度和连续性，提高数值稳定性，当模型迭代收敛时，迭代次数的增加不会进一步优化反演结果，反而增加时间成本。
关键词(KeyWords)： 全波形反演;空间离散化;迭代次数
基金项目(Foundation): 中国煤炭科工集团重点项目“透明地质综合保障系统集成与应用示范”（2024-TD-ZD001-02）;中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重点项目“基于动态更新地质模型的智能采掘交互技术研究”（2024-TDZD001-01）
作者(Author): 张根虎,李溢,扎合木·沙热力汗,李万利,刘超,梁缘,吕晓磊
参考文献(References)：
- [1]TARANTOLA A.Inversion of seismic data in acoustic approximation[J].Geophysics,1984,49(8):1259-1266.
- [2]VIRIEUX J,STEPHANE O.An overview of full-waveform inversion in exploration geophysics[J].Geophysics,2009,74(6):WCC1-WCC26.
- [3]ESSER E,GUASCH L,LEEUWEN T V,et al.Total-variation regularization strategies in full-waveform inversion[J].SIAM Journal on Imaging Sciences,2016,11(1）.
- [4]YUST M B S,COX B R,VANTASSEL J P,et al.Near-surface2D imaging via FWI of DAS data:an examination on the impacts of FWI starting model[J].Geosciences (2076-3263),2023,13(3）.
- [5]WEI Z,MEI J,WU Z,et al.Pushing seismic resolution to the limit with FWI imaging[J].Leading edge,2023,42(1):24-32.
- [6]XIE C,QIN Z,WANG J,et al.Full waveform inversion based on hybrid gradient[J].Petroleum Science (Ke Ai Communications Co.),2024,21(3）.
- [7]HUNZIKER J,MELES G,LINDE N.Crosshole ground-penetrating radar full-waveform inversion by combining optimal-transport and least-squares distances[J].Journal of Applied Geophysics[2025-04-18].
- [8]YANG F,ZHANG H,YAO F,et al.The research on full-waveform inversion method and its application based on Hessian operator preprocessing[J].Frontiers in Earth Science,2025,13.
- [9]WU F,HE Q,ZOU J,et al.A rotation total variation regularization for full waveform inversion[J].Journal of Inverse and Ill-posed Problems,2025.
- [10]蒋书琦.基于稳健型目标函数的声波全波形反演方法研究[D].北京：中国石油大学（北京），2023.
- [11]朱光.多尺度分步弹性波全波形反演方法研究[D].北京：中国石油大学（北京），2023.
- [12]杜泽源.多尺度地震全波形反演方法研究[D].山东青岛：中国石油大学（华东），2019.
- [13]岳晓鹏.全波形反演方法技术研究[D].陕西西安：长安大学，2019.
- [14]王攀.煤层地震波场特征分析及波形反演方法研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2019.
- [15]雷涛.时间域全波形反演方法及最优化理论研究[D].湖北武汉：中国地质大学，2017.
- [16]K??HN D.Time domain 2D elastic full waveform tomography[D].Karlsruhe Institute of Technology,2011.