CN102129086A - 用pp、ps波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，包括如下步骤：取得储层在实测PP、PS波剖面上的时窗、道窗、线窗，得到储层全部CDP范围的、全部偏移距的PP、PS波地震记录；对一个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集时窗[t_pp1，t_pp2]和[t_ps1，t_ps2]内的每一个采样时刻进行处理；得到一个CDP处时窗内的近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录，由近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录反演得到纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s。本发明方便快捷地反演了储层的纵波阻抗和横波阻抗，能稳定地获得储层本身的弹性参数，提高储层岩性、物性描述的准确性。

Description

用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法

技术领域

本发明涉及一种用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，属于地质勘探或地震勘探领域。

背景技术

现有技术中，仅使用PP波反演获得的储层弹性参数与储层岩性、物性之间存在很强的多解性。随着PS波数据的获取，使用PS波反演获得的储层弹性参数，因S波不在流体中传播的特性，与PP波反演获得的储层弹性参数共同进行解释，提供了减弱储层弹性参数与储层岩性、物性之间多解性的可能，提高了储层的解释精度。然而，前人研究表明独立使用PP波或者PS波数据导出储层弹性参数的稳定性不好。于是，不同的学者开始采用各种办法来增加PP波或者PS波独立反演的稳定性。有的采用SVD方法；有的采用非线性近似；有的采用Bayesian理论；还有的采用基于模型的、有针对性的多种数据处理手段来提高PP波和PS波的数据精度。

与此同时，也有学者开始走同时使用PP、PS波联合反演储层弹性参数的道路。例如[1]Margrave，G.F.，Stewart，R.R.，Larsen，J.A..Joint PP and PS seismicinversion.The Leading Edge，2001，20(9)，1048～1052。[2]Helene Hafslund Veire，Martin

Simultaneous inversion of PP and PS seismic data.Geophysics，2006，71(3)：R1-R10。其中，Margrave(2001)仿照PP波独立反演方法发展了PP、PS波联合反演方法，在使用了Gardner经验公式对储层的密度和纵波速度进行了约束的基础上，导出了精确的、形式复杂的解析解，获得了储层的阻抗变化率参数

H.H.Verire(2006)采用了无需Gardner经验公式约束的、简单的数值解方法进行了PP、PS波联合反演，获得了储层的纵波速度、横波速度及密度的变化率参数

由联合反演获得的这些参数，更能准确反映储层岩性、物性。但这些参数牵涉了储层上覆层或者下伏层和储层本身的弹性参数的组合，使这些参数的解释变得较为复杂，对储层的描述不直观，不易得到广范应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有PP、PS波联合反演储层弹性参数存在的上述问题，提供一种用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，本发明采用了基于奇异值分解的广义线性反演数值解法，方便快捷地反演了储层的纵波阻抗和横波阻抗，能稳定地获得储层本身的弹性参数，提高储层岩性、物性描述的准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、实测得到储层在实测PP、PS波剖面上的时窗、道窗、线窗，得到储层全部CDP范围的、全部偏移距的PP、PS波地震记录；

(2)、对每个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集时窗[t_pp1，t_pp2]和[t_ps1，t_ps2]内的每一个采样时刻进行如下处理：

a、对一个采样时刻t_pp处，取得PP波CMP或CRP道集内每一道的实测偏移距

振幅值

计算每一道的P波入射角

按下式计算：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{pp}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_p}{v}_{{\mathrm{NMO}}_p}^2}\right)$

式中，v_p为纵波层速度，

为纵波动校正速度，是每一道实测偏移距为x_p的纵波旅行时；

b、计算t_ps，取得PS波CCP道集内每一道的实测偏移距

振幅值

t_ps按下式计算：

$t_{\mathrm{ps}}=(t_{\mathrm{pp}}-t_{\mathrm{pp}1})\frac{t_{\mathrm{ps}2}-t_{\mathrm{ps}1}}{t_{\mathrm{pp}2}-t_{\mathrm{pp}1}}+t_{\mathrm{ps}1}$

计算每一道的P波入射角

按下式计算：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{ps}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_{\mathrm{ps}}}{v}_{{\mathrm{NMO}}_{\mathrm{ps}}}^2}\right)$

式中，v_p为P波层速度，

为PS波动校正速度，是每一道实测偏移距为x_ps的PS波旅行时；

计算每一道的PS波反射角

按下式计算。

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s=\arcsin \left({\left(\frac{v_{\mathrm{ps}}}{v_p}\right)}^2\sin {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\right)$

c、对PP、PS波振幅数量级进行匹配：由工区实际的储层背景PP、PS波反射系数求得比例系数c_pp、c_ps，计算PP、PS波反射系数

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=c_{\mathrm{pp}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{pp}}$

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=c_{\mathrm{ps}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{ps}}$

d、联合PP、PS波数据建立如下方程组

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=\frac{1}{2}{\sec }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_p}{I_p}-{4\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\\ {\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=\frac{\tan {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s}{\mathrm{\γ}}({2\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s-2\mathrm{\γ}\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s)\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\end{array}\right.$

方程组中，

得到时刻t_pp处的阻抗变化率参数

(3)、把

和

两个值分别除以2，得到一个CDP处时窗内的近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录；

(4)、由近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录反演得到纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s。

所述(1)步骤中，时窗、道窗、线窗是根据不同工区实测的PP、PS波地震数据而定。

所述(2)步骤中，是对窗口范围内每一个CDP点的PP波CMP道集和PS波CCP道集进行处理。

所述、

和x_p是由实测的PP波地震数据计算得到的。其计算方法已是现有的通用技术。

采用本发明的优点在于：

一、本发明联合使用PP、PS波叠前数据，降低了多解性。

二、本发明摆脱Gardner经验公式的约束，采用了基于奇异值分解的广义线性反演数值解法，方便快捷地反演了储层的纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s，能更稳定地获得直观描述储层本身的弹性参数，提高储层岩性、物性描述的准确性。

三、本发明克服了现有技术中“储层上覆层或者下伏层和储层本身的弹性参数的组合，使这些参数的解释变得较为复杂”的问题，对储层的描述直观，易于得到广范应用。

四、本发明采用了步骤(2)d、中的方程组，增强了数值计算的稳定性。

五、本发明采用了步骤(4)中的零偏移距PP、SS波地震记录反演阻抗，更符合阻抗反演理论对数据的要求，提高了阻抗反演精度。

具体实施方式

用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，包括如下步骤：

(1)、实际测量得到储层在实测PP、PS波剖面上的时窗、道窗、线窗，时窗、道窗、线窗根据不同工区实测的PP、PS波地震数据而定。对窗口范围内每一个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集进行步骤(2)中的处理。

(2)、对一个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集时窗[t_pp1，t_pp2]和[t_ps1，t_ps2]内的每一个采样时刻进行如下处理：

a、对一个采样时刻t_pp处，取得PP波CMP或CRP道集内每一道的实测偏移距

振幅值

计算每一道的P波入射角

按下式计算。

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{pp}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_p}{v}_{{\mathrm{NMO}}_p}}\right)$

式中，v_p为纵波层速度，

为纵波动校正速度，

为每一道的实测偏移距为x_p的纵波旅行时，这些参数均可由实测的PP波地震数据计算得到。

b、计算t_ps，取得PS波CCP道集内每一道的实测偏移距

振幅值

t_ps按下式计算。

$t_{\mathrm{ps}}=(t_{\mathrm{pp}}-t_{\mathrm{pp}1})\frac{t_{\mathrm{ps}2}-t_{\mathrm{ps}1}}{t_{\mathrm{pp}2}-t_{\mathrm{pp}1}}+t_{\mathrm{ps}1}$

计算每一道的P波入射角

按下式计算。

${\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{ps}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_{\mathrm{ps}}}{v}_{{\mathrm{NMO}}_{\mathrm{ps}}}^2}\right)$

式中，v_p为P波层速度，

为PS波动校正速度，

为每一道的实测偏移距为x_ps的纵波旅行时，这些参数均可由实测的PS波地震数据计算得到。计算每一道的PS波反射角按下式计算。

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s=\arcsin \left({\left(\frac{v_{\mathrm{ps}}}{v_p}\right)}^2\sin {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\right)$

c、对PP、PS波振幅数量级进行匹配。依据工区实际的储层背景PP、PS波反射系数，使用最小二乘法求得比例系数c_pp、c_ps，计算PP、PS波反射系数

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=c_{\mathrm{pp}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{pp}}$

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=c_{\mathrm{ps}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{ps}}$

d、联合PP、PS波数据建立如下方程组

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=\frac{1}{2}{\sec }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_p}{I_p}-{4\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\\ {\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=\frac{\tan {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s}{\mathrm{\γ}}({2\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s-2\mathrm{\γ}\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s)\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\end{array}\right.$

方程组中，

使用基于奇异值分解的广义线性反演数值解法可解出

至此，得到了时刻t_pp处的阻抗变化率参数

(3)、把

和

两个值分别除以2，完成步骤二，得到一个CDP处时窗内的近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录。完成步骤一，得到储层全部CDP范围的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录。

(4)、使用常规波阻抗反演方法，可由零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录反演得到纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s，可更准确地反映储层岩性、物性特征。

Claims (4)

1.一种用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、实测得到储层在实测PP、PS波剖面上的时窗、道窗、线窗，得到储层全部CDP范围的、全部偏移距的PP、PS波地震记录；

(2)、对每个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集时窗[t_pp1，t_pp2]和[t_ps1，t_ps2]内的每一个采样时刻进行如下处理：

a、对一个采样时刻t_pp处，取得PP波CMP或CRP道集内每一道的实测偏移距振幅值

计算每一道的P波入射角

按下式计算：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{pp}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_p}{v}_{{\mathrm{NMO}}_p}}\right)$

式中，v_p为纵波层速度，为纵波动校正速度，为每一道的实测偏移距为x_p的纵波旅行时；

b、计算t_ps，取得PS波CCP道集内每一道的实测偏移距振幅值

t_ps按下式计算：

$t_{\mathrm{ps}}=(t_{\mathrm{pp}}-t_{\mathrm{pp}1})\frac{t_{\mathrm{ps}2}-t_{\mathrm{ps}1}}{t_{\mathrm{pp}2}-t_{\mathrm{pp}1}}+t_{\mathrm{ps}1}$

计算每一道的P波入射角

按下式计算：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\≈\arcsin \left(\frac{{\stackrel{\→}{x}}_{\mathrm{ps}}{v}_p}{{\stackrel{\→}{t}}_{x_{\mathrm{ps}}}{v}_{{\mathrm{NMO}}_{\mathrm{ps}}}^2}\right)$

式中，v_p为P波层速度，

为PS波动校正速度，

为每一道的实测偏移距为x_ps的纵波旅行时；

计算每一道的PS波反射角

按下式计算。

${\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s=\arcsin \left({\left(\frac{v_{\mathrm{ps}}}{v_p}\right)}^2\sin {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\right)$

c、对PP、PS波振幅数量级进行匹配：工区实际的储层背景PP、PS波反射系数，求得比例系数c_pp、c_ps，计算PP、PS波反射系数

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=c_{\mathrm{pp}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{pp}}$

${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=c_{\mathrm{ps}}{\stackrel{\→}{a}}_{\mathrm{ps}}$

d、联合PP、PS波数据建立如下方程组

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{pp}}=\frac{1}{2}{\sec }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_p}{I_p}-{4\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_p\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\\ {\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{ps}}=\frac{\tan {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s}{\mathrm{\γ}}({2\sin }^2{\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s-2\mathrm{\γ}\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}}_p\cos {\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}}_s)\frac{{\mathrm{\ΔI}}_s}{I_s}\end{array}\right.$

方程组中，

得到时刻t_pp处的阻抗变化率参数

(3)、把

和

两个值分别除以2，得到一个CDP处时窗内的近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录；

(4)、由近似的零偏移距的PP波地震记录和零偏移距的SS波地震记录反演得到纵波阻抗I_p和横波阻抗I_s。

2.根据权利要求1所述的用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，其特征在于：所述(1)步骤中，时窗、道窗、线窗是根据不同工区实测的PP、PS波地震数据而定。

3.根据权利要求1或2所述的用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，其特征在于：所述(2)步骤中，是对窗口范围内每一个CDP点的PP波CMP或CRP道集和PS波CCP道集进行处理。

4.根据权利要求1或2所述的用PP、PS波叠前数据联合反演纵、横波阻抗的方法，其特征在于：所述、和x_p是由实测的PP波地震数据计算得到的。其计算方法已是现有的通用技术。