CN101071175A - 零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法 - Google Patents

Abstract

用于石油物探的零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，利用现场采集的零井源距VSP数据，将各个接收点含有的深度信息与钻井分层资料中的深度信息结合，利用VSP的直达波旅行时数据通过和最优化反演算法得到高精度的层速度模型，使直达波初至附近的反射波在深度上精确归位并成像，进而进行深度域走廊剖面切除并叠加，替代常规方法中在时间域拉平、切除走廊并叠加的方法，叠加的结果能直接用于与钻井分层数据对比和地震层位识别。更直观、更充分利用了VSP数据中的深度信息，能使地质层位的地震响应与钻、测井资料在深度域进行直接对比，建立更为直观的地质层位和地震层位的关系，进而使层位的识别与标定更为可靠。

Description

零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法

技术领域

本发明设计石油地质勘探技术，是一种垂直地震剖面勘探的零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法。

背景技术

在垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，简称VSP)勘探技术中，有时需要进行零井源距VSP数据测量，具体过程是将检波器准确放置在井中不同的深度点，在离井口一定距离(按行业标准要求偏离井口的距离与观测点深度之比小于1/20。由于该值很小，故称之为零井源距)利用震源(炸药、可控震源、空气枪等)在地面或海上激发，通过同步信号驱动井中检波器进行记录。对采集的数据处理时通常使用时间域零井源距VSP数据走廊叠加处理，其主要步骤为：通过拾取VSP数据中初至旅行时计算地震波速度；通过波场分离得到地震上行波；对上行波数据进行反褶积；利用均方根速度将上行波拉平；沿初至在一定时窗范围内(形似走廊)对拉平后的数据切除，保留初至附近数据；对切除后的数据在时间域进行叠加求和，得到叠加剖面。上述处理方法属于一种行业标准化技术，垂直地震剖面法数据处理技术规程(Q/CNPC-BGP.K1303-2002)中包含了这方面的内容。该方法已广泛的用于地震资料解释的层位标定，用于地震资料解释过程中地质层位与地震层位的识别和标定，指导地震资料的解释。

图1显示了时间域零井源距VSP数据上行波拉平剖面、切除线(保留灰线左边区域数据)及走廊叠加剖面。图中纵轴表示地震波垂直传播双程旅行时，地震反射同相轴表示地质层位的地震响应。图2显示了时间域零井源距VSP数据处理方法。

目前该方法在生产应用中主要出现的问题是：

钻井分层资料中的地质层位信息是在深度域表征的，零井源距VSP数据中本身也具有准确的深度定位信息，但目前的零井源距VSP数据的走廊叠加剖面处理在时间域进行，即将观测到的地震响应通过地震速度转换至时间域，据此建立地面地震响应(时间域)与钻井分层资料(深度域)的对比关系，实现地震层位和地质层位识别和标定。该方法放弃了自身具备准确深度信息易于与钻、测井资料对比的优势，致使地质层位的地震响应不能与深度域的钻、测井信息进行直接对比，应用不直观，对比确定性差。

零井源距VSP数据在时间域的的处理中，通常需通过校正使VSP数据的处理基准面与地面地震数据处理的一致，由于浅层速度和充填速度等产生的静较正问题，使其时间域走廊叠加剖面在与钻、测井数据的对比标定过程中困难增大，这种不确定性的结果将影响地震资料解释的可靠性。

发明内容

本发明目的在于针对上述问题，提供一种使零井源距VSP数据中的地震层位信息和钻测井中的地质层位信息的对比和识别都在深度域进行，钻、测井信息对比直观、确定性好的零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法。

本发明采用如下技术方案：

一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，利用现场采集的零井源距VSP数据，将各个接收点含有的深度信息与钻井分层资料中的深度信息结合，利用VSP的直达波旅行时数据通过和最优化反演算法得到高精度的层速度模型，使直达波初至附近的反射波在深度上精确归位并成像，进而进行深度域走廊剖面切除并叠加，替代常规方法中在时间域拉平、切除走廊并叠加的方法，叠加的结果能直接用于与钻井分层数据对比和地震层位识别。

采用如下步骤：

1)观测采集地震波，利用反演算法计算观测的地震波初至旅行时地层速度；

2)对原始数据进行波场分离，将所需的地震反射波分离出来；

3)利用下行波或监视子波中提取反褶积算子对反射波数据进行反褶积；

4)根据3)处理得到的地震反射波数据，1)得到的深度域地层速度模型以及实际的观测系统数据，在深度域成像。

所述步骤2)处理得到的为地震纵波(P)或横波(S)反射波数据。

所述步骤4)的深度域成像是利用射线追踪算法和速度模型计算实际观测系统中的地震波传播旅行时，利用计算的旅行时以及对应的地震波信号进行深度归位成像。

所述步骤所述步骤4)实际观测系统是野外测量过程是由地面激发、井下接收，对于纵波反射波数据，由纵波源激发获得；对于横波反射波数据，由横波源激发获得。

所述步骤4)深度域成像采用公知的成像算法，如VSPCDP等(中文说明VSPCDP)转换算法。

所述步骤4)深度域成像的成像网格大小应以不产生空间假频为条件。

所述步骤4)深度域成像是沿深度对成像数据进行走廊切除。

所述的走廊切除是在每一个深度样点保留5-10道左右有效数据，同时要求井旁道成像道的范围要小于10米，成像道的数据信噪比高和无多次波。

所述步骤4)深度域成像对切除后的数据采用常规的多道数据求和方法在深度域进行叠加求和，得到叠加道。

所述步骤4)深度域成像根据炮点高程和已知的补芯高采用常规的静校正方法将处理结果校正到补芯高程。

所述步骤1)反演算法采用线性反演算法或非线性反演算法。

本发明效果如下：

1、更直观、更充分利用了VSP数据中的深度信息。在VSP的数据采集中，检波器需要在井中移动，在每一个观测点的深度可以通过井口缆车的深度记数器和井下定位装置获得，这样来自地下地层地震波的信息可以沿不同深度接收点采集到。在接收点范围内，采集的数据具有准确的地震层位深度信息。据此得到的数据处理成果有利于与钻、测井数据结合，避开了时间域的处理成果与深度域信息对比不直观的缺点。

2、计算的速度精度更高。在利用零井源距VSP数据计算速度的过程中，采用了最优化自动反演算法，通过迭代过程提高速度计算的精度。据此解决了常规方法简单地利用观测系统的几何关系对旅行时进行校正进而计算速度存在精度不够高的问题。

3、走廊剖面在深度域而不在时间域形成。在走廊剖面的制做过程中，不是在时间域将上行波拉平，而是在深度域进行地震波成像，沿深度切除走廊用于叠加成像。据此能使地质层位的地震响应与钻、测井资料在深度域进行直接对比，建立更为直观的地质层位和地震层位的关系，进而使层位的识别与标定更为可靠。图4显示了深度成像剖面、走廊切除及叠加剖面。其中纵轴表示深度，红线左边为走廊切除的保留区。与图1对比可见两种方法的差异。

附图说明

图1为时间域零井源距VSP数据上行波拉平剖面、切除线(保留灰线左边区域数据)及走廊叠加剖面。

图2为零井源距VSP数据时间域走廊叠加剖面制做的处理流程。

图3为本发明零井源距VSP数据深度域走廊叠加剖面制做的处理流程。

图4为显示了地震直达波与地震层位反射波的深时关系示意图。

图5显示了深度成像剖面、走廊切除及叠加剖面。其中纵轴表示深度，红线左边为走廊切除的保留区。

具体实施方式

以下结合实施了详细说明本发明

本方法是针对上述出现问题提出的一种新的解决方案。

其做法是充分利用VSP测量数据中的深度信息和波场之间的时空关系，将纵、横波反射波信号在深度域进行走廊叠加的结果直接用于与钻井分层数据对比，根据层位对比后的地震反射波组关系对地面地震、二维或三维VSP成像剖面中的地震响应进行识别和标定。

本方法主要包括一下内容：

(1)、利用VSP测量数据中各个接收点含有准确深度信息的特点，将其与钻井分层的深度域信息紧密结合起来。

(2)、利用VSP的直达波旅行数据和最优化反演算法得到高精度的速度模型。该速度模型用于零井源距VSP的反射波数据成像。

(3)、利用深度域成像的方法替代常规方法中在时间域拉平的方法。由于在VSP观测系统下，地层界面附近接收到的直达波和反射波具有首尾相连的特点，当速度反演算法使得实测的直达波旅行时与理论模型计算旅行时的误差足够小时得到的速度模型，能保证直达波初至附近的反射波在深度上精确归位，据此得到走廊叠加剖面。从而完成在深度域准确表征地震层位信息。

图4显示了地震直达波与地震层位反射波的深时关系。

本发明具体实现过程中，主要步骤为：

1)利用观测到的地震波初至旅行时计算地层速度。

利用公知的地震数据处理或解释软件中的旅行时拾取模块精细拾取零井源距VSP数据中纵波或横波初至旅行时。

在常规时间域的处理中，地层速度的计算方法是将观测到的地震波初至旅行时沿炮点到检波点的射线方向投影到垂直向下的方向，利用检波点已知深度以及速度与距离和时间的关系计算速度。

其中用于投影计算的角度通过检波点的深度以及炮点离井口的距离计算得到。这种方法的特点是计算简单，容易实现，但由于地震波在传播过程中从炮点到检波点的射线在通过地下介质时不可能是直线，将这种采用简单的投影校正方法计算的地层速度精度不高。

本发明在深度域的处理中，地层速度的计算方法是在水平层状均匀地层介质的条件下(当井源距与目的层深度相比很小时总是成立)利用反演算法准确计算地层的层速度。其地震射线可以是弯曲的，通过迭代实施计算过程。该速度用于零井源距VSP数据深度域成像。

反演算法的基本原理概括如下：

在二维地下介质中，地震波传播的旅行时T是地下介质地震速度的函数。在零井源距VSP测量中，由于震源与井的距离与观测深度相比很小，地震波

传播旅行时只与速度的垂向变化有关，这样从震源到井下接收点的旅行时可用下式表示：

其中，Z为深度；dl为沿地震射线方向的微量距离；S(z)＝1/V(z)表示地下介质的慢度，V(z)为地层速度。基于旅行时的反演原理，构造目标函数Φ：

$\mathrm{\Φ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(t_o-t_c)}^2$

式中，t_o表示观测旅行时，t_c表示理论计算旅行时，n表示观测点数。这样，估算速度的问题归结为求解以上目标函数Φ的极小值问题，即令：

$\frac{\∂\mathrm{\Φ}}{\∂s}=0$

Δt＝DΔs

通过推导整理，上述问题可归结为求解下列线性方程组：

其中Δt为根据理论模型计算旅行时与实测旅行时之差向量；Δs为地下慢度的改正量；D为雅可比矩阵，其中元素是与射线长度有关的量。

速度反演是一个迭代过程。第i次迭代的速度模型为：

V_i＝V_i-1+ΔV_i

其中，ΔVi＝1/ΔSi，ΔSi通过上述线性方程组求得，V为速度向量，对应不同深度的层速度。通过不断的修改模型和计算迭代，理论计算的旅行时与实测的旅行时之差愈来愈小，当其差达到给定的允许误差时(小于一个时间采样点)，迭代停止，据此得到速度模型；这种方法的特点是速度计算精度高。

本发明反演算法通常分为两类，即线性反演方法和非线性反演方法。线性反演算法通常称之为GLI(广义线性反演，Generalized Linear Inversion)。在反演过程中，将目标函数线性化处理，在迭代过程中利用公知的线性方程组求解方法完成方程组的求解，如奇异值分解(SVD)和共轭梯度(CG)等算法；非线性反演算法是将目标函数视为非线性函数，将生物界、物理界等方面的一些行为过程通过数学表征用于求解非线性问题，如常用的生物遗传算法、模拟退火算法等。

2)对原始数据进行波场分离，即将所需的地震反射波从中分离出来。具体做法是首先利用以上步骤拾取的初至将数据拉平；然后利用地震数据处理中的二维去噪方法(最常用的是中值滤波和FK滤波模块)将下行波滤除，保留上行波；最后将上行波数据按初至恢复到原来的时空位置。本步骤与常规的时间域的处理方法相同。

3)利用下行波或监视子波中提取反褶积算子对数据进行反褶积，用于消除多次波和提高分辨率。反褶积算子的提取方法属于一种公知技术。本步骤与常规的时间域的处理方法相同。

4)时间域处理的做法是根据3)处理得到的数据并利用上面得到的均方根速度模型将反褶积后的上行波数据在时间域拉平(如图5)。

深度域处理的做法是根据3)处理得到的数据地震反射波(纵波或横波)、1)得到的层速度模型(深度域)和实际的观测系统，利用射线追踪算法和成像方法在深度域成像。成像采用公知的VSPCDP转换算法。成像网格大小与接收点数和井源距有关，应以不产生空间假频为基本准则。据此完成了零井源距VSP数据的深度域成像剖面的处理(如图5)。

垂直地震剖面数据CDP转换，目前在业内的规范称呼为VSPCDP转换，没有确切的中文表达，其中的CDP是借用地面地震数据处理中的“共深度点”术语，但实际的地球物理意义不同，故普遍没有英文的直接翻译。

实际观测的数据中包括上行反射波和下行透射波等多种地震波场，通过上述处理可以将不需要的波场数据滤掉，保留上行反射波数据用于成像。实际观测系统是指在野外测量过程由激发、接收设备按设计组成的排列。)，利用射线追踪算法和速度模型计算实际观测系统中的地震波传播旅行时，利用计算的旅行时以及对应的地震波信号进行深度归位成像。射线追踪算法本身属于公知算法。

时间域处理的做法是沿时间域切除走廊。深度域处理的做法是沿深度对成像数据进行走廊切除(如图5所示)。每一个深度样点保留5道左右有效数据，其基本原则是保留井旁道成像道(10m以内)高信噪比数据，避开可能出现的多次波。

时间域处理的做法是对切除后的数据在时间域进行叠加求和。深度域处理的做法是对切除后的数据在深度域进行叠加求和，得到叠加道。

时间域处理的做法是通过静校正量校到地震参考面(时间)。深度域处理的做法是根据炮点高程和已知的补芯高将上述处理结果校正到补芯高程，这样便于与钻、测井资料进行层位对比和识别。

根据上述步骤，完成了零井源距VSP数据深度域的走廊叠加剖面的制做。由于与钻、测井资料有一致的深度起算参考面(从补芯高程开始)，可以直接用于地质层位和地震层位的对比和识别了。利用其结果，并通过深时转换以及地震波组关系，对其它地震资料进行对比标定。

Claims (12)

1、一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于：利用现场采集的零井源距VSP数据，将各个接收点含有的深度信息与钻井分层资料中的深度信息结合，利用VSP的直达波旅行时数据通过和最优化反演算法得到高精度的层速度模型，使直达波初至附近的反射波在深度上精确归位并成像，进而进行深度域走廊剖面切除并叠加，替代常规方法中在时间域拉平、切除走廊并叠加的方法，叠加的结果能直接用于与钻井分层数据对比和地震层位识别。

2、一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于采用如下步骤：

1)观测采集地震波，利用反演算法计算观测的地震波初至旅行时地层速度；

2)对原始数据进行波场分离，将所需的地震反射波分离出来；

3)利用下行波或监视子波中提取反褶积算子对反射波数据进行反褶积；

4)根据3)处理得到的地震反射波数据，1)得到的深度域地层速度模型以及实际的观测系统数据，在深度域成像。

3、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤2)处理得到的为地震纵(P)波或横(S)反射波数据。

4、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)的深度域成像是利用射线追踪算法和速度模型计算实际观测系统中的地震波传播旅行时，利用计算的旅行时以及所述步骤3)得到对应的地震波信号进行深度归位成像。

5、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)实际观测系统是野外测量过程是由地面激发、井下接收，对于纵波反射波数据，由纵波源激发获得；对于横波反射波数据，由横波源激发获得。

6、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)深度域成像采用公知的成像算法VSPCDP转换算法。

7、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)深度域成像的成像网格大小应以不产生空间假频为条件。

8、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)深度域成像是沿深度对成像数据进行走廊切除。

9、根据权利要求8所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述的走廊切除是在每一个深度样点保留5-10道左右有效数据，同时要求井旁道成像道的范围要小于10米，成像道的数据信噪比高和无多次波。

10、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)深度域成像对切除后的数据采用常规的多道数据求和方法在深度域进行叠加求和，得到叠加道。

11、根据权利要求1、2所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于所述步骤4)深度域成像根据炮点高程和已知的补芯高采用常规的静校正方法将处理结果校正到补芯高程。

12、根据权利要求1所述的一种零井源距垂直地震剖面纵横波数据深度域走廊叠加剖面处理方法，其特征在于步骤1)反演算法采用线性反演算法或非线性反演算法。

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