CN101598805B - 一种多分量地震资料层位对比和标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是石油地球物理勘探资料处理，是地震资料层位对比和标定方法，步骤包括：资料谱均衡后的纵波数据进行叠前AVO处理，使差异属性C和P-SV转换波叠后数据的频带相当，利用子波一致性处理的属性C和P-SV转换波叠后数据进行大的控制层位拾取，得到工区内的纵、横波速度比变化趋势，对C和P-SV转换波叠后数据进行滑动时窗速度比扫描，在速度比谱上确定速度比，将P-SV转换波数据时间压缩到纵波时间尺度上，完成层位对比。本发明不需先验信息约束，避免了常规方法造成的层位拾取的困难，而且还可以得到高精度速度比。
Description
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探资料处理技术，是一种利用纵波和转换波(下行P波，上行S波，简称P-SV波)的振幅信息实现多分量地震资料层位对比和标定方法。
背景技术
在石油和天然气等领域的勘探中采用的地震勘探是按一定规律人工激发地震波，在地表或地下按一定的方式用单分量或多分量检波器记录地下介质的振动情况，并对检测到的由各地质构造界面所产生的折射波和/或反射波的运动学和动力学特征进行处理和分析以获取地下的介质性质和地质构造形态，进而寻找油气等矿产资源的地球物理勘探方法。
早先，由于油气勘探和开发处于大规模的勘探阶段，人们主要利用单一纵波(PP波)在地球内部的传播特征来圈定构造的形态和位置。随着油气田勘探和开发程度的不断发展，面临的问题越来越复杂，大型的构造油气藏已越来越少，因此，寻找厚度较薄、延伸规模较小，火山岩和泥岩裂缝等隐蔽型油气藏就成了新的勘探目标。而以纵波震源激发、多分量接收的多波地震更符合弹性波传播规律，能全面反映地下介质弹性和地层岩性信息，从而使野外记录的地震数据信息更为丰富，为地质构造的准确成像和隐蔽型、裂缝型油气藏的勘探提供了特定的信息。与常规单一的纵波勘探相比，多分量地震勘探所能提供的地震属性(如时间、速度、振幅、频率、相位、偏振、波阻抗等)信息将有成倍的增加，并能衍生出各种组合参数(如纵横波速比、振幅比及各种弹性系数等)。利用这些参数估算地层岩性、孔隙度、裂隙等将比只用纵波的可能性更大，可靠性更高。
图1为多分量地震勘探原理示意图。从图上可以看出，利用纵波震源激发，在不同方向上接收即可同时得到纵波(P波)和转换波(P-SV波)数据。由图1可以看出，反射纵波(PP波)是由下行P波、上行P波组成，反射转换波(P-SV波)包含下行P波、上行横波(S波)，由于横波速度小于纵波速度，反映在地震记录上，对于同一地质界面，P-SV波的旅行时间长，而PP波的旅行时间短(如图2所示)。
为了便于综合利用PP波和P-SV转换波信息来提高油气预测的可靠性，就需要将来自同一反射界面的PP波、P-SV转换波时间准确的对应起来，即正确识别PP波和P-SV转换波剖面上对应同一地质层位的反射层，进而将多分量地震数据统一转换成PP波双程时间或者P-SV转换波双程时间。然而，由于纵、横波的传播速度不同，且无法事先确定速度，因此，PP波和P-SV转换波反射同相轴出现的时间也无一定规律可循，这为多分量层位对比/标定、联合应用及后续联合反演带来很多不便。
目前，生产中广泛应用的PP波和P-SV转换波的层位对比方法主要有两大类：
直接基于PP波和P-SV转换波地震数据的层位对比。
这一类方法是在PP波、P-SV叠后或偏移的数据上进行。首先在PP波时间剖面上拾取一系列的地质层位，然后以勘探工区的速度比信息为约束，并结合各种先验信息在P-SV波记录上拾取和PP波剖面上层位相对应的层位，再利用这些层位之间关系将P-SV波压缩到PP波时间尺度上，或将PP波拉伸到P-SV波时间尺度上完成多分量资料的层位对比。
从方法的实现过程可以看出，这种基于叠后数据的直接层位对比的精度取决于层位拾取的可靠性，由于PP波和P-SV波的振幅和极性有很大差异，而且没有任何确定性的规律，对于同一地质界面，在PP波上可能是正极性，而在P-SV波上可能对应正极性，也可能是负极性或没有反射，不能保证每一个对应层位都能完全可靠的拾取。另外，由于PP波和P-SV波的频率成份不一致，加上受地震资料的信噪比所限，一般只是拾取几个大的控制层位来实现多分量地震资料的粗略对比，而忽略了许多细节所反映的地层性质变化，如果再利用这种不精确的结果进行多分量资料联合反演，将会给反演结果带来很大的不确定性，从而使多分量地震勘探失去其应有的价值和潜力。
目前，基于垂直地震剖面(VSP)或测井资料的多分量层位对比，这种方法是用纵、横波的VSP资料直接建立纵、横波剖面与地质层位的对应关系；而基于测井资料的方法则是利用测井资料分别进行多分量叠后正演模拟，然后将模拟资料与实际地震记录进行标定进而建立多分量地震资料之间的层位对应关系，然后利用这种对应关系实现PP波和P-SV转换波的同相轴对比。
尽管利用多分量VSP/测井资料可以建立精细的地震数据和地质层位的对应关系，但是地面地震的勘探范围往往都比较大，而VSP/测井资料则非常有限，一般大的工区也仅有几个稀疏的VSP/测井数据可用于层位标定，当地下地质构造横向变化比较剧烈时，仅用局部或有限的这些信息来建立整个勘探区的多分量层位对应关系进而实现多分量的层位对比，会给实际处理结果带来很大误差。另外，由于PP波和P-SV波对地层岩性、孔隙流体的响应特征不同，利用测井数据模拟的多分量叠后数据进行层位对比也只能限于一些大的标志层，不能精细的刻画地层性质的细微变化所反映的PP波和P-SV转换波旅行时的不一致性。
除了上述两种通用的方法外，美国专利20050273266提出了基于盲源反褶积的多分量层位对比方法，该方法是分别在多分量资料上进行盲源反褶积处理，分别得到时变和空变的PP波和P-SV波的子波，并将PP波的子波作用到P-SV波数据上，将P-SV波的子波作用到PP波数据上，然后再对经过上述处理后的多分量数据相关得到高分辨率的速度比，最后利用速度比实现多分量地震资料的层位对比。
由于盲源反褶积是在假设地震子波、反射系数序列及噪音都事先未知的前提下通过统计及最优化算法同时估计地震子波和反射系数，首先，该方法要求地震资料有较高的信噪比，其次，盲反褶积算法需要对子波及反射系数序列进行统计，然后再通过全局寻优得到最优估计，这种全局寻优的算法很容易陷入局部极值，从而严重影响了计算效率。另外，盲源反褶积目前在地震资料处理中还没有广泛应用进而影响了该方法的实用性。
美国专利20070081422提出了利用测井资料进行多分量资料的正演模拟，然后在多分量正演模拟记录上拾取对应的层位，通过层位之间的对应关系得到平均速度比，再利用速度比信息多分量资料的层位对比和标定。
由于是测井资料往往是针对目的层的，在垂向上比较短，而且横向上的可连续性差，因此该方法只适用于工区的测井资料非常密或构造变化非常平缓的地层，依然不能满足目前的复杂油气勘探的需求。
发明内容
本发明目的在于提供适用于复杂地区的多分量地震资料层位对比和后续的联合应用的多分量地震资料的层位对比和标定的方法。
本发明提供以下技术方案，具体步骤包括：
1)在野外利用纵波震源激发地震波并利用三分量检波器记录地震波，按常规地震资料处理流程对采集的纵波数据进行相对振幅保持的高保真处理；
步骤1)所述的高保真处理是指形成可直接用于振幅随偏移距变化(AVO)分析的正常时差校正后(NMO)的道集，对记录的P-SV转换波数据按常规处理流程进行相对振幅保持的保真处理和NMO校正，并对近、中偏移距或近、中入射角的数据进行叠加形成P-SV叠后数据。
步骤1)所述的高保真处理后进行叠前时间偏移，形成用于AVO分析的共反射点道集(CRP)和偏移后的P-SV叠后数据。
2)按常规处理流程对步骤1)中的纵波NMO道集或CRP道集数据进行近、远偏移距谱均衡处理，消除由于NMO拉伸及子波变化引起的近、远道频率差异；
3)谱均衡后的纵波数据进行叠前AVO处理，提取截距A和梯度B属性，梯度和截距属性按下式进行求差运算得到差异属性C；
Cij＝Bij-Aij (1)
其中：Aij为第i个共中心点(CMP)上第j个采样时刻的AVO截距，B为梯度，C为得到的差异属性；
4)按常规处理方法对步骤1)中的P-SV转换波叠后数据和步骤3)中得到的属性C进行子波一致性处理，使差异属性C和P-SV转换波叠后数据的频带相当；
5)利用子波一致性处理的属性C和P-SV转换波叠后数据进行大的控制层位拾取，利用以下层位和速度比的转换公得到工区内的纵、横波速度比变化趋势：
ΔTP＝2*ΔTPS/(1+γ) (2)
其中，ΔTP为纵波剖面上相邻两个层位之间的纵波，ΔTPS为对应于纵波层位的相邻两个层位之间的P-SV波双程旅行时，γ为纵、横波速度比；
6)纵、横波速度比变化趋势为参考中心，选择走廊速度比变化范围对步骤4)中经子波一致性处理的属性C和P-SV转换波叠后数据进行滑动时窗速度比扫描，根据最大相似性原理直接得到高分辨率的纵、横波速度比，或在扫描过程中形成用于速度比拾取的谱数据，然后在速度比谱上确定速度比；
7)利用高分辨率速度比将P-SV转换波数据时间压缩到纵波时间尺度上，完成多分量地震资料的层位对比。
所述的步骤7)将纵波数据时间拉伸到P-SV转换波的时间尺度上，完成多分量地震资料的层位对比。
本发明具有如下特点：
本发明利用纵波近、远道振幅差异与P-SV波振幅的等效性实现多分量地震数据的层位对比和标定，不需要任何先验信息约束，不仅避免了常规方法中由于纵波和转换波极性及振幅响应等特征差异造成的层位拾取的困难，而且还可以得到高精度速度比，适用于复杂地区的多分量地震资料层位对比和后续的联合应用。
附图说明
图1为多分量地震数据采集原理示意图；
图2为纵波、转换波层位对应关系示意图；
图3为本发明的原理示意图；
图4为本发明的实施流程示意图；
图5.1为基于测井资料的PP波叠加与P-SV叠加数据的层位对比方法效果图；
图5.2为利用本发明的方法实现PP波叠加与P-SV叠加数据层位对比的效果图。
具体实施方式
本发明的多分量地震资料层位对比和标定方法，是一种数据驱动的方法，可以不需要测井/VSP数据。其原理是考虑纵波和转换波振幅特征差异的同时分别从PP波和P-SV上提取具有最大相关性的属性，然后利用这两个属性的相关特性实现多分量地震数据的层位对比和速度比提取，进而实现多分量数据的精细层位对比和标定(图3所示)。
本发明提供的方法，其具体实施方式由图4所示：
(1)激发地震波并利用三分量检波器记录地震波，按常规地震资料处理流程对垂直分量的纵波①进行相对振幅保持的高保真处理，形成可直接用振幅随偏移距变化AVO分析的正常时差校正后的道集③，或在高保真处理的基础上进行叠前时间偏移，形成用于AVO分析的共反射点道集(CRP)③；对水平分量的P-SV转换波②进行高保真处理和NMO校正，并对近、中偏移距或近、中入射角的资料进行共转换点(CCP)叠加，得到P-SV转换波叠加数据④，或利用叠前时间偏移直接得到P-SV转换波叠加数据④；
(2)对③进行近、远道谱均衡，并执行叠前AVO分析，得到截距⑤和梯度⑥，对梯度⑥和截距⑤进行差道间运算，得到属性⑦；
(3)对P-SV波叠加数据④和属性⑦进行子波一致性处理；
(4)对步骤(3)中经子波一致性处理的④和⑦进行大的控制层位拾取，得到该工区的区域速度比变化趋势⑧；
(5)以⑧为中心参考速度比，选择走廊速度比范围对步骤(3)中经子波一致性处理的④和⑦进行滑动时窗速度比扫描，根据最大相似性原理自动获取高分辨率的纵横波速度比⑨，或在扫描过程中形成用于速度比拾取的谱数据，然后在速度比谱上人工拾取速度比⑨；
(6)利用⑨将P-SV转换波叠加数据④的时间轴压缩到纵波时间尺度上，或将纵波数据⑤的时间轴拉伸到P-SV转换波④的时间尺度上，完成多分量地震资料的层位对比和标定。
图5.1为利用测井资料实现的PP波与P-SV波的层位对比，由图可以看出，该方法的效果不是很好，相关系数仅为0.837。
图5.2为利用本发明方法实现的PP波与P-SV波的层位对比效果，很明显，本方法实现的层位对比效果很好，经层位对比后的相关系数达到0.997。
Claims (2)
1.一种多分量地震资料的层位对比和标定的方法，其特征在于具体步骤包括：
1)在野外利用纵波震源激发地震波并利用三分量检波器记录地震波，按常规地震资料处理流程对采集的纵波数据进行相对振幅保持的高保真处理；
所述的高保真处理是指形成直接用于振幅随偏移距变化AVO分析的正常时差校正后NMO的道集，对记录的P-SV转换波数据按常规处理流程进行相对振幅保持处理和NMO校正，并对近、中偏移距或近、中入射角的数据进行叠加形成P-SV叠后数据；
高保真处理后进行叠前时间偏移，形成用于AVO分析的共反射点道集CRP和偏移后的P-SV叠后数据；
2)按常规处理流程对步骤1)中的纵波NMO道集或CRP道集数据进行近、远偏移距谱均衡处理，消除由于NMO拉伸及子波变化引起的近、远道频率差异；
3)谱均衡后的纵波数据进行叠前AVO处理，提取截距A和梯度B属性，梯度和截距属性按下式进行求差运算得到差异属性C；
Cij＝Bij-Aij (1)
其中：Aij为第i个共中心点(CMP)上第j个采样时刻的AVO截距，Bij为梯度，Cij为得到的差异属性；
4)按常规处理方法对步骤1)中的P-SV转换波叠后数据和步骤3)中得到的属性C进行子波一致性处理，使差异属性C和P-SV转换波叠后数据的频带相当；
5)利用子波一致性处理的属性C和P-SV转换波叠后数据进行大的控制层位拾取，利用以下层位和速度比的转换公式得到工区内的纵、横波速度比变化趋势：
ΔTP＝2*ΔTPS/(1+γ) (2)
其中，ΔTP为纵波剖面上相邻两个层位之间的纵波，ΔTPS为对应于纵波层位的相邻两个层位之间的P-SV波双程旅行时，γ为纵、横波速度比；
6)以纵、横波速度比变化趋势为参考中心，选择走廊速度比变化范围对步骤4)中经子波一致性处理的属性C和P-SV转换波叠后数据进行滑动时窗速度比扫描，根据最大相似性原理直接得到高分辨率的纵、横波速度比，或在扫描过程中形成用于速度比拾取的谱数据，然后在速度比谱上确定速度比；
7)利用高分辨率速度比将P-SV转换波数据时间压缩到纵波时间尺度上，完成多分量地震资料的层位对比。
2.根据权利要求1所述的多分量地震资料的层位对比和标定的方法，其特征在于所述的步骤7)将纵波数据时间拉伸到P-SV转换波的时间尺度上，完成多分量地震资料的层位对比。
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