CN101359056A - 一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探中生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，步骤是：拾取在纵波地震剖面和转换波地震剖面上把选定的标准层的位置；计算转换波相对于纵波的压缩比；重采样压缩，由转换波时间域变换为纵波时间域；提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率的地震属性；计算压缩后的转换波地震属性的互相关系数，求取互相关系数的算术平均值；将互相关系数高于门槛值的点确定为可更改控制点；求取相邻两个控制点之间的转换波相对于纵波的压缩比；对地震道进行转换获得纵波时间域的高精度转换波剖面。本发明使用反射强度、瞬时相位、瞬时频率等属性，兼顾了标准层位法和互相关法的优点，结果精度高、可信性强。

Description

一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探地震技术领域，是一种基于多属性互相关技术生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法

背景技术

石油地震勘探技术中的三维三分量地震勘探涉及到纵波、横波和转换波等类型的地震波。由于纵波、横波和转换波具有不同的传播速度，由其形成的纵波剖面、横波剖面和转换波剖面的垂向长度不同，在三维三分量地震勘探中，一般将原始纵波剖面所对应的域类型称为纵波时间域，将原始横波剖面所对应的域类型称为横波时间域，将原始转换波剖面所对应的域类型称为转换波时间域。

由于不同类型的地震波的域类型不同，因此同一个地层反射界面在纵波和转换波地震剖面上的时间位置不一致，导致很难直观地进行纵波和转换波层位的联合对比。因此，在转换波地震资料解释过程中需要对转换波地震数据进行动态时间压缩。以纵波传播时间为基准对转换波地震资料进行时间压缩是必要步骤。目前多采用以下三种压缩方式：

(1)根据纵横波速度比曲线进行压缩。这是一种最简单的时间压缩方法，无须用户提供标准层位，但需要根据测井、VSP、速度场等资料求取纵横波速度比曲线。在无法获得纵横波速度比曲线的情况下，可粗略地将纵横波速度比指定为2.0。

(2)完全根据标准层位进行压缩。标准层位是由解释人员提供的，可通过交互同相轴匹配分析和层位解释而获得。在两个标准层位之间采用线性内插方式进行处理。

(3)采用互相关方式进行自动压缩。对两种类型的多波地震资料进行互相关运算，求取相关系数较大的时间点，将其作为标准层，然后在标准层之间采用线性内插方式进行处理。该方法具有两个优点：一是无须由用户提供标准层位，减少了工作量，二是可采用多次迭代方式加密标准层。但该方法也存在缺点，对于低信噪比的多波地震资料来说，其剖面精度难以保证。

以上三种压缩方式完全依赖于用户所提供的速度比或标准层位。一般情况下，更多地使用标准层位方式。但标准层位方式存在两个弱点：一是需要至少两个层位，且需要在全工区范围内进行解释，二是这些层位基本为大套地层的分界面，在构造复杂区很难在两个大套地层之间形成高精度转换波剖面。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对在难以在两个大套地层之间获得高精度的层位信息的构造复杂区而采用基于多属性互相关技术生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法。

本发明提供以下步骤实现：

1)采用三维三分量地震勘探的方法采集数据，记录地震数据；

步骤1)所述的地震数据包括：纵波地震数据、转换波地震数据。

2)在相同的纵波地震剖面和转换波地震剖面上根据地震反射波组特征确定波组特征一致的同相轴作为标准层，并分别拾取在纵波地震剖面和转换波地震剖面上把选定的标准层的位置；

步骤2)所述的波组特征一致是指同相轴是由同一地下地质界面的地震波反射而来。

步骤2)所述的标准层为2个以上；

自任意标准层从上到下按照次序确定两个相邻的标准层位所控制的层段；

3)选定的标准层为不可更改的控制点，以道为单位计算转换波相对于纵波的压缩比

步骤3)所述的压缩比采用下式计算，是在特定地层中转换波传播所花费的时间与纵波传播所花费的时间之比：

$R=\frac{T_{\mathrm{ps}2}-T_{\mathrm{ps}1}}{T_{\mathrm{pp}2}-T_{\mathrm{pp}1}}$

上式中，T_ps1和T_ps2分别为在转换波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面，T_pp1和T_pp2分别为在纵波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面。

4)采用步骤3)所述的压缩对转换波地震数据进行对地震道根据压缩比进行重采样压缩，使其域类型由转换波时间域变换为纵波时间域；

步骤4)所述的转换波地震数据进行压缩方法是设原来的地震道共有N个采样点，则压缩后的采样点数为N/γ，采样频率f_S必须大于信号最高频率f_C的2倍。

5)从纵波和压缩后的转换波地震道中提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率的地震属性；

步骤5)所述的提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率的地震属性使用Hilbert变换法。

6)计算不同类型的纵波和压缩后的转换波地震属性的互相关系数，并根据参与运算的地震属性数量求取这些互相关系数的算术平均值；

步骤6)所述的互相关计算采用以下公式计算：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

在以上公式中，t为时间，T为以时间为单位的信号长度，τ为时间偏移量。

7)将互相关系数高于门槛值的点确定为可更改控制点；

步骤7)所述的门槛值是互相关系数平均值门槛值，门槛值为0.0-1.0之间，0.0为两个地震道完全不一致，1.0表示两个地震道完全一致。

步骤7)所述的门槛值为0.4。

8)根据不可更改控制点和可更改控制点求取相邻两个控制点之间的转换波相对于纵波的压缩比；

步骤8)所述的不可更改控制点是指标准层位在某一地震道上的交点，这些点是不可更改的，不可更改控制点由时间值进行度量。

步骤8)所述的可更改控制点是指根据在不可更改控制点控制下根据纵波和转换波地震道的特征通过计算而获得的点，这些点在每次循环过程中是允许更改的，可更改控制点由时间值进行度量。

9)根据已知确定的精度需求重复步骤4)至8)，计算出准确的压缩比；

10)以道为单位对地震道进行转换，获得纵波时间域的高精度转换波剖面。

本发明具有明确地质含义的标志层为基准建立初始模型，利用互相关技术和多属性对比技术对转换波地震资料估算转换波在某一时刻的延迟时间，求取最佳时间压缩比，然后对转换波地震数据进行时间压缩，将其从转换波时间域转换到纵波时间域。

本发明在时间压缩过程中，不单纯使用振幅进行互相关，而是使用多种地震属性，如反射强度、瞬时相位、瞬时频率等，以提高其可靠性。

本发明采用标准层对压缩过程进行控制，并采用互相关技术和多属性对比技术对大套地层之间的地震同相轴进行对比，故具有精度高、可信性强等特点。

本发明兼顾了标准层位法和互相关法的优点，具有压缩结果准确、精度高等特点。

附图说明

图1是本发明实施例时间压缩前转换波地震资料与纵波地震数据的剖面对比图。

图2是本发明对转换波地震资料进行自动时间压缩后与纵波地震数据的剖面对比图。

具体实施方式

本发明的基本原理是指在标准层位控制下，利用从纵波和转换波地震资料中提取的多种地震属性进行互相关，采用迭代方式求取最佳压缩比，实现转换波地震数据的时间压缩。

求取转换波地震数据的最佳压缩比的过程是一个迭代过程。在这个过程中，将用户提供的标准层位作为原始控制点，在两个原始控制点之间利用互相关方式自动求取相关系数较大的时间点，当相关系数大于设定的门槛值时，认为该时间点为新的有效控制点，并将该时间点添加到控制点序列中。实现控制点的加密。

本法明采用以下技术步骤：

(1)采用三维三分量地震勘探的方法采集数据，使用纵波震源和三分量接收设备，获得三套地震数据：纵波地震数据、转换波地震数据和横波地震数据。本发明只使用纵波地震数据和转换波地震数据。

(2)从纵波地震数据和转换波地震数据中选择相同位置的地震剖面，在相同的纵波地震剖面和转换波地震剖面上根据地震反射波组特征确定波组特征一致的同相轴作为标准层(波组特征一致表示该同相轴是由同一地下地质界面的地震波反射而来的)，并分别在纵波地震剖面和转换波地震剖面上把选定的标准层的位置拾取出来。标准层的个数不受限制，但不能少于2个。将任意2个标准层之间的地层称为层段。从一系列标准层位中从上到下按照次序确定由两个相邻的标准层位所控制的层段。

(3)将(2)选定的标准层作为不可更改的控制点，以道为单位求取转换波相对于纵波的压缩比。转换波相对于纵波的压缩比采用时差法进行计算，是指在特定地层中转换波传播所花费的时间与纵波传播所花费的时间之比，其计算公式为：

$R=\frac{T_{\mathrm{ps}2}-T_{\mathrm{ps}1}}{T_{\mathrm{pp}2}-T_{\mathrm{pp}1}}$

在以上公式中，T_ps1和T_ps2分别为在转换波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面，T_pp1和T_pp2分别为在纵波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面。

(4)根据(3)中求取的压缩比对转换波地震数据进行压缩，使其域类型由转换波时间域变换为纵波时间域。压缩方法采用对地震道根据压缩比进行重采样的手段。假设原来的地震道共有N个采样点，则压缩后的采样点数为N/γ。重采样技术是地震资料处理中频繁使用的一项技术，其理论基础是采样定理，即为了避免出现假频，以便采样后仍能准确地恢复原信号，采样频率f_S必须大于信号最高频率f_C的两倍。

(5)从纵波和压缩后的转换波地震道中利用瞬时地震属性提取技术提取多种有效的地震属性，如瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率等。

瞬时地震属性提取技术有多种，在本方法中使用Hilbert变换法，即将原始地震道看作实数地震道，利用Hilbert变换将实数地震道转换为虚数地震道，然后将实数地震道和虚数地震道进行运算，以获得多种瞬时地震属性。

(6)利用互相关计算公式计算不同类型的纵波和压缩后的转换波地震属性的互相关系数，并根据参与运算的地震属性数量求取这些互相关系数的算术平均值。

互相关系数是根据互相关函数求取的，对于两个随机信号x(t)和y(t)来说，互相关函数Rxy( )定义为：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

在以上公式中，t为时间，T为以时间为单位的信号长度，τ为时间偏移量。

(7)指定一个互相关系数平均值的门槛值，门槛值的范围一般为0.0-1.0。0.0表示两个地震道完全不一致，1.0表示两个地震道完全一致。一般将门槛值定为0.4。将互相关系数高于门槛值的点确定为可更改控制点。

(8)根据不可更改控制点和(7)中确定的可更改控制点求取相邻两个控制点之间的转换波相对于纵波的压缩比。此处的压缩比求取方法与(3)一致。

(9)重复(4)至(8)的步骤，直至达到用户指定的循环次数。循环次数越多，所求出的压缩比越准确，但运算时间要增长。用户可以根据精度要求和效率综合确定一个合适的循环次数，一般循环次数为5次。

(10)根据以上步骤以道为单位对地震道进行转换。当所有地震道都转换完成后，即获得了纵波时间域的高精度转换波剖面。

本发明技术包括以下方面：

(1)将控制点区分为“不可更改控制点”和“可更改控制点”，体现了不同类型的控制点的不同作用，提高了计算结果的精度。

(2)采用标准层位控制下的互相关系数计算技术，提高了计算结果的精度。

(3)采用迭代法对可更改控制点进行加密和压缩比计算，将“逐步求精”的思想运用于转换波剖面压缩，大大提高了计算结果的精度。

本发明利用实际区中的H81、H82、H84和S23四个层位作为标准层位，对纵波和转换波地震资料求取瞬时振幅、瞬时相位和波长三种地震属性，如图1所示。利用互相关方式实现转换波地震资料的自动时间压缩，压缩后的转换波地震剖面上目的层附近波组特征与纵波剖面相比非常相似，获得较好的压缩效果，如图2所示。

Claims (12)

1、一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于采用以下步骤：

1)采用三维三分量地震勘探的方法采集数据，记录地震数据；

2)在相同的纵波地震剖面和转换波地震剖面上根据地震反射波组特征确定波组特征一致的同相轴作为标准层，并分别拾取在纵波地震剖面和转换波地震剖面上把选定的标准层的位置；

自任意标准层从上到下按照次序确定两个相邻的标准层位所控制的层段；

3)选定的标准层为不可更改的控制点，以道为单位计算转换波相对于纵波的压缩比；

4)采用步骤3)所述的压缩对转换波地震数据进行对地震道根据压缩比进行重采样压缩，使其域类型由转换波时间域变换为纵波时间域；

5)从纵波和压缩后的转换波地震道中提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率的地震属性；

6)计算不同类型的纵波和压缩后的转换波地震属性的互相关系数，并根据参与运算的地震属性数量求取这些互相关系数的算术平均值；

7)将互相关系数高于门槛值的点确定为可更改控制点；

8)根据不可更改控制点和可更改控制点求取相邻两个控制点之间的转换波相对于纵波的压缩比；

9)根据已知确定的精度需求重复步骤4)至8)，计算出准确的压缩比；

10)以道为单位对地震道进行转换，获得纵波时间域的高精度转换波剖面。

2、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤1)所述的地震数据包括：纵波地震数据、转换波地震数据。

3、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤2)所述的波组特征一致是指同相轴是由同一地下地质界面的地震波反射而来。

4、根据权利要求1或3所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤2)所述的标准层为2个以上。

5、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤3)所述的压缩比采用下式计算，是在特定地层中转换波传播所花费的时间与纵波传播所花费的时间之比：

$R=\frac{T_{\mathrm{ps}2}-T_{\mathrm{ps}1}}{T_{\mathrm{pp}2}-T_{\mathrm{pp}1}}$

上式中，T_ps1和T_ps2分别为在转换波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面，T_pp1和T_pp2分别为在纵波剖面上拾取标准层的顶界面和底界面。

6、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤4)所述的转换波地震数据进行压缩方法是设原来的地震道共有N个采样点，则压缩后的采样点数为N/γ，采样频率f_S必须大于信号最高频率f_C的2倍。

7、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤5)所述的提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率的地震属性使用Hilbert变换法。

8、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤6)所述的互相关计算采用以下公式计算：

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}x\left(t\right)y(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

在以上公式中，t为时间，T为以时间为单位的信号长度，τ为时间偏移量。

9、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤7)所述的门槛值是互相关系数平均值门槛值，门槛值为0.0-1.0之间，0.0为两个地震道完全不一致，1.0表示两个地震道完全一致。

10、根据权利要求1或9所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤7)所述的门槛值为0.4。

11、根据权利要求1所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤8)所述的不可更改控制点是指标准层位在某一地震道上的交点，这些点是不可更改的，不可更改控制点由时间值进行度量。

12、根据权利要求1或11所述的一种生成纵波时间域高精度转换波剖面的方法，其特征在于：步骤8)所述的可更改控制点是指根据在不可更改控制点控制下根据纵波和转换波地震道的特征通过计算而获得的点，这些点在每次循环过程中是允许更改的，可更改控制点由时间值进行度量。

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