CN102162858A - 利用非对称走时进行动校正速度分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，包括以下步骤：1)对于一个给定的地质区域和相应的地震记录，首先利用共中心点道集进行常规速度估计，作为该区域的初始估计速度；2)根据非对称走时公式计算走时；3)根据所得的走时结果进行非对称走时叠前时间偏移，得到共成像点道集；4)利用非对称走时动校正重新估计速度场模型；5)如果更新后的速度与上一步的速度变化超过设定的阈值，重复进行步骤2～4，继续进行速度场更新；6)如果更新的速度场与上一步的速度变化不超过设定的阈值或达到一定的迭代次数，则终止迭代，得到最终动校正速度。本方法更适用于复杂地下介质背景的油气勘探需要。

Description

利用非对称走时进行动校正速度分析的方法

技术领域

本发明主要涉及石油勘探、天然气勘探、煤田勘探、矿产勘探等地震勘探领域，是一种提高地震速度分析精度的新方法，对于后续地震偏移成像、构造成图及岩性分析都具有重大影响。

背景技术

地震勘探经过几十年的发展，浅层，大型构造，横向均匀介质背景下的油气藏陆续被发现，勘探领域逐渐向深层，隐伏构造，横向非均匀介质背景下的油气藏方向拓展，其中面临的一个最重要问题就是地震动校正速度分析问题。

速度分析是地震资料处理中的一个重要环节，是实现动校正及叠加的基本保障，是储层预测和反演的基础。Taner等1969年首次提出了常规叠加速度谱速度分析方法，之后速度分析技术得到了飞速发展。Davis1972年基于Taner叠加速度谱速度分析方法，探讨了速度谱的拾取问题，并第一次将速度谱绘制成能量团形式；May等1979年提出了高阶动校正速度谱，至今该方法仍在长排列资料处理中发挥作用；1989年，Biondi等提出了特征值速度分析方法；之后Key等1990年对该方法进行了改进；Kitdin1992年对多道相关法和特征值法进行了分析和比较；林小竹1993年实现了协方差速度谱；Morozov等1996年根据概率统计和假设检验理论，提出了统计性相位相关速度谱法，其数理基础不同于相似法和特征值法；王德利等2001年很好地实现了Morozov等提出的统计性相位相关速度谱法。Sarkar等2002年引入了一种较好的相干窗设置与计算方法，解决了振幅存在AVO现象时速度谱的计算问题；Larner等2007年将互相关作为控制参数，在最小和最大偏移距之间选取部分分析数据，提高了速度谱的准确度。

但是以上速度分析方法大都是基于层状介质、横向均匀介质假设，而这种思想已经逐渐不能满足日益复杂的地下介质背景的油气勘探需要。

发明内容

为解决传统方法不能满足复杂介质背景下的油气勘探动校正速度分析的问题，本发明目的是试图提供一种更准确的非对称走时动校正速度分析方法，使得动校正速度分析的结果在横向变速条件下更加准确，成像更加清晰，非均质特性更加明显，从而为后期的储层预测及井位部署提供更高精度的基础数据。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：一种利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对于一个给定的地质区域和相应的地震记录，首先利用共中心点道集进行常规速度估计，作为该区域的初始估计速度；

2)根据公式(1)计算走时，即为非对称走时，

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)+……

(1)

其中，T_i(x，y，ξ，x-x′，y-y′)是炮点位于(x′，y′)时(x，y)处的走时，是关于(x-x′，y-y′)的多项式，系数c_i，j(x)是(x，y，ξ)的函数；ξ为射线坐标系的拟深度，即时间域走时，(x，y)是CDP点的位置，(x′，y′)是炮点位置；

3)根据所得的走时结果进行非对称走时叠前时间偏移，得到共成像点道集；

4)利用非对称走时动校正重新估计速度场模型；

5)如果更新后的速度与上一步的速度变化超过设定的阈值，重复进行步骤2～4，继续进行速度场更新；

6)如果更新的速度场与上一步的速度变化不超过设定的阈值或达到一定的迭代次数，则终止迭代，得到最终动校正速度。

在步骤2)中，公式(1)是走时的精确表达式，在实际计算中，对公式(1)截取其前4次项：

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)

+(c_4，0(x-x′)⁴+c_3，1(x-x′)³(y-y′)+c_2，2(x-x′)²(y-y′)²+c_1，3(x-x′)(y-y′)³+c_0，4(y-y′)⁴

(2)

其中，

其中

是相位系数。

在步骤4)的具体做法是，在上一步结果的基础上计算非对称走时动校正分析中的能量谱，通过速度扫描获取对应位置上的速度，从而进行非对称走时动校正速度分析。

在步骤5)中通过不断的迭代进行非对称走时动校正速度分析，提高速度分析的精度。

本发明由于采取以上技术方案，所获得的有益效果是：1、地震勘探中常规动校正方法是基于水平层状假设，利用单参数速度进行动校正速度分析；非对称走时动校正方法依据象征理论，获取了速度、速度的一阶导和二阶导三个参数进行非对称走时动校正速度分析，适用于横向变速介质情况。2、利用非对称走时动校正速度分析方法进行速度分析，使得速度扫描时，速度谱的能量团更集中，求取的速度场更适于后续的时间偏移成像、储层预测及井位部署提供更高精度的基础数据。3、利用非对称走时动校正速度分析得到的速度模型进行地震数据的偏移成像处理，其偏移剖面陡倾角构造分辨率和信噪比更高，同相轴连续性好、断点清楚、断层清晰、地层归位正确、接触关系清楚；中深层信号共像点道集同相轴更长，相位更一致。

附图说明

图1是非对称走时动校正方法原理图，图中曲线a为常规动校正速度分析方法的走时曲线，曲线b曲线为非对称走时方法求取的对应关系；

图2是非对称走时动校正速度分析速度谱；

图3是非对称走时动校正速度分析速度场；

图4是利用非对称走时动校正第一次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集；

图5是利用非对称走时动校正第二次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集；

图6是利用非对称走时动校正第三次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集；

图7是利用非对称走时动校正第一次迭代后的速度进行偏移的结果；

图8是利用非对称走时动校正第二次迭代后的速度进行偏移的结果；

图9是利用非对称走时动校正第三次迭代后的速度进行偏移的结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，具体说明本发明。

非对称走时是利用速度横向导数计算地震波传播的走时，算法原理包括格林函数走时计算(非均匀网格速度求导、交换算子系数计算、走时系数计算)，基于此对未经动校正和叠加的地震数据进行偏移成像。非对称走时计算是从波场延拓的单平方根方程出发，利用两个变换：时间空间域到频率波数域的正反变换和向量场到指数流形上的正反变换，求得时间空间的格林函数解。第一个变换的具体形式是算子的频率波数域表达和傅里叶积分算子，第二个变换的具体形式是向量场相关和指数映射；计算的基础是利用速度的函数和横向导数，通过速度之间相乘和垂向积分，产生新的函数，这个过程是通过交换运算完成的；交换运算的基本运算是第一个函数乘以第二个函数的横向导数，减去第二个函数乘以第一个函数的横向导数；整个运算还包括Bernoulli数作为系数进行求和运算；这些计算将求出传统走时多项式所不含有的3次项系数和5次项系数；根据这些系数计算克希霍夫积分格林函数的走时，其具体计算公式为：

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)+……

(1)

T_i(x，y，ξ，x-x′，y-y′)是炮点位于(x′，y′)时(x，y)处的走时，是关于(x-x′，y-y′)的多项式，其相位系数c_i，j(x)是(x，y，ξ)的函数；ξ为射线坐标系的拟深度，即时间域走时，(x，y)是CDP点的位置，(x′，y′)是炮点位置。

公式(1)是走时的精确表达式，有无穷多项，在实际计算中，对公式(1)截取其前4次项：

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)

+(c_4，0(x-x′)⁴+c_3，1(x-x′)³(y-y′)+c_2，2(x-x′)²(y-y′)²+c_1，3(x-x′)(y-y′)³+c_0，4(y-y′)⁴)

(2)

其中，

其中

是相位系数。

在克希霍夫积分叠前偏移方法的实施中，走时多项式的系数在处理地震数据之前算好存储起来。在处理地震数据时，利用这些系数“现算”走时，用于非对称走时动校正。利用非对称走时来进行动校正速度分析，首先利用计算的走时通过克希霍夫积分对未经动校正和叠加的地震数据进行偏移，然后根据偏移结果反复迭代求取动校正速度。

非对称走时计算得到了3次、5次等奇数次项，传统的走时公式只有偶数次项，公式(1)、(2)中奇数次项的系数与速度的横向导数有关，能够反应速度的横向变化；在横向不变速情况下，非对称走时公式等价于4阶动校正公式。如图1所示，是非对称走时动校正方法原理图。图中曲线a为常规动校正速度分析方法的走时曲线，由图可知走时平方与偏移距平方间呈线性关系。曲线b为非对称走时方法求取的对应关系，由图可知，上述关系呈非线性，这更符合横向非均匀介质走时特征。

非对称走时动校正速度分析的具体步骤为：

1、对于一个给定的地质区域和相应的地震记录，首先利用共中心点(CMP)道集进行常规速度估计，作为该区域的初始估计速度；

2、根据公式(1)尤其是公式(2)计算走时，即为非对称走时；

3、根据所得的走时结果进行非对称走时叠前时间偏移，得到共成像点道集(如图4～6)；

4、利用非对称走时动校正重新估计速度场模型，具体做法是在上一步结果的基础上计算非对称走时动校正分析中的能量谱(如图2)，通过速度扫描获取对应位置上的速度，从而进行非对称走时动校正速度分析(如图3)；

5、如果更新后的速度与上一步的速度变化超过设定的阈值，重复进行步骤2～4，继续进行速度场更新；

图4是利用非对称走时动校正第一次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集，道集向下弯曲，说明仍需要进一步迭代来调整速度；图5是利用非对称走时动校正第二次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集。道集向下上弯曲，说明仍需要进一步迭代来调整速度；图6是利用非对称走时动校正第三次迭代后的速度偏移得到的共成像点道集。可见道集被拉直，说明迭代速度已经基本趋于真实值。

每次速度场的更新都对偏移剖面的成像效果有较大改善(如图7～9)，图7是利用非对称走时动校正第一次迭代后的速度进行偏移的结果；图8是利用非对称走时动校正第二次迭代后的速度进行偏移的结果，与第一次速度迭代后的偏移剖面相比，椭圆框内偏移结果得到了改进，同相轴更连续，能量更集中。图9是用第三次迭代后的速度进行偏移的结果，其成像质量更好。通过椭圆框区域的结果比较，可见利用非对称走时动校正分析得到的速度进行偏移，具有更好的成像效果。

6、如果更新的速度场与上一步的速度变化不超过设定的阈值或达到一定的迭代次数，则终止迭代，得到最终较为精确的动校正速度。

上述方法中，地震记录的振幅变化记录与时间有关，振幅变化范围也很大，几何扩散、传播过程中的能量损失、层间多次反射及非弹性损耗，都是振幅衰减的原因。在进行振幅处理中我们主要从球面扩散振幅补偿、Q补偿、地表一致性振幅补偿、透射损失补偿等几个方面进行处理。

利用非对称走时动校正速度分析方法进行速度分析，使得速度扫描时，能量团更集中，求取的速度更接近于真实速度。从而为后期的时间偏移成像、储层预测及井位部署提供更高精度的基础数据。

地震勘探中常规动校正方法是基于水平层状假设，利用单参数速度进行动校正分析，求取动校正量。非对称走时动校正方法依据象征理论，获取了速度、速度的一阶导和二阶导三个参数进行速度分析，适用于横向变速介质情况。

通常速度模型都是运用水平层状假设下的对称走时叠前时间偏移作为工具来迭代建立的，当速度发生横向变化时，往往速度谱存在焦散现象。运用非对称走时叠前时间偏移，通过不断修改完善程序，反复处理叠前地震资料，利用含速度横向导数的保幅叠前时间偏移，提高了聚焦分析的精度。

Claims (5)

1.一种利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对于一个给定的地质区域和相应的地震记录，首先利用共中心点道集进行常规速度估计，作为该区域的初始估计速度；

2)根据公式(1)计算走时，即为非对称走时，

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)+……

                                                                        (1)

其中，T_i(x，y，ξ，x-x′，y-y′)是炮点位于(x′，y′)时(x，y)处的走时，是关于(x-x′，y-y′)的多项式，系数c_i，j(x)是(x，y，ξ)的函数；ξ为射线坐标系的拟深度，即时间域走时，(x，y)是CDP点的位置，(x′，y′)是炮点位置；

3)根据所得的走时结果进行非对称走时叠前时间偏移，得到共成像点道集；

4)利用非对称走时动校正重新估计速度场模型；

5)如果更新后的速度与上一步的速度变化超过设定的阈值，重复进行步骤2～4，继续进行速度场更新；

6)如果更新的速度场与上一步的速度变化不超过设定的阈值或达到一定的迭代次数，则终止迭代，得到最终动校正速度。

2.如权利要求1所述的利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于：步骤2)中，公式(1)是走时的精确表达式，在实际计算中，对公式(1)截取其前4次项：

T_i ²(x，y，ζ，x-x′，y-y′)

＝t_0，0 ²+(c_2，0(x-x′)²+c_1，1(x-x′)(y-y′)+c_0，2(y-y′)²)

+(c_3，0(x-x′)³+c_2，1(x-x′)²(y-y′)+c_1，2(x-x′)(y-y′)²+c_0，3(y-y′)³)

+(c_4，0(x-x′)⁴+c_3，1(x-x′)³(y-y′)+c_2，2(x-x′)²(y-y′)²+c_1，3(x-x′)(y-y′)³+c_0，4(y-y′)⁴

                                                                        (2)

其中，

其中

是相位系数。

3.如权利要求1所述的利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于：步骤4)的具体做法是，在上一步结果的基础上计算非对称走时动校正分析中的能量谱，通过速度扫描获取对应位置上的速度，从而进行非对称走时动校正速度分析。

4.如权利要求2所述的利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于：步骤4)的具体做法是，在上一步结果的基础上计算非对称走时动校正分析中的能量谱，通过速度扫描获取对应位置上的速度，从而进行非对称走时动校正速度分析。

5.如权利要求1或2或3或4所述的利用非对称走时进行动校正速度分析的方法，其特征在于：在步骤5)中通过不断的迭代进行非对称走时动校正速度分析，提高速度分析的精度。

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