CN102282481B - 基于地震能见度分析的数据采集和叠前偏移 - Google Patents

Abstract

利用所选地下结构的地震能见度分析确定能够提供目标事件的高能见度的表面位置。然后这些位置可用作采集额外的地震勘测数据的基础和/或为更复杂的偏移方法来选择用于再偏移的现有轨迹的基础。对于任一用法，期望使用新偏移数据提供目标事件的增强图像。在一些实施例中，能见度的确定包括：针对多个模拟炮点的每一个，使用基于波动方程的传播函数在地震模型中找到目标事件的反射波场；以及针对多个接收器位置的每一个，计算每个反射波场的贡献信号。能见度的确定过程还进一步包括将每一个贡献信号转化为源-接收器能见度值。因为数据采集和/或再偏移被限制在所选区域中，所以极大的减少了目标事件成像的工作。

Description

基于地震能见度分析的数据采集和叠前偏移

技术领域

本发明涉及地震能见度分析，更具体地，涉及基于地震能见度分析的数据采集和叠前偏移(prestack migration)。

背景技术

科学家和工程师通常使用地震勘测来进行勘探、地球物理学研究以及工程规划。地震勘测可以提供有关地下结构的信息，包括地层边界、岩石类型以及是否存在流体储层。上述信息对搜寻水、地热储层、以及例如油气和矿石的矿物沉积层提供了极大的帮助。尤其是石油公司经常投资于昂贵的地震勘测来选择用于勘探油井的地点。

传统的地震勘测使用了人工地震能量源，例如炮弹、气枪或者能够产生地震波的震动源。上述这些源在点火时，会制造地震“事件”，即如地震波一样从源处向下传入地球的地震能量脉冲。位于不同地层之间的断层和边界产生不同的声阻抗，这引起地震波的部分反射。地震传感器阵列可以检测并记录这些反射来用于后续分析。而后对记录的信号应用复杂的处理技术来提取地下(subsurface)结构的图像或其他表示。

遗憾的是，地震分析人员经常发现地下特征成像质量差或无法充分的辨识。在这种情况下，唯一的解决方案要么是追寻更加复杂的处理技术，要么是在先前勘测的地区采集额外的数据。这些方案的每一个在时间以及金钱上开销过大。

发明内容

因此，本发明于此公开了用于对所选择的地下结构进行地震能见度分析的系统与方法。所述系统与方法确定出能够最好的展示地下结构的细节的地震源位置和接收器位置。然后这些位置可以作为采集额外地震数据的基础和/或对所选择的现有数据的子集进行更复杂数据处理的基础。因为采集和/或处理的数据区域大大减少了，所以相关的开销也最小化了。

一些示例的方法实施例包括了一种地震勘测方法，其包括：确定目标事件的能见度，能见度根据地震源位置和接收器位置而变化；以及在所选区域中采集地震数据，所述所选区域应至少部分包括能见度值高于阈值的位置。然后基于新采集的地震数据对目标事件成像。示例的方法实施例还包括一种地震偏移方法，其包括：在现有地震勘测中的轨迹的源位置和接收器位置来确定目标事件的能见度；以及将能见度值高于阈值的轨迹进行再偏移以对目标事件成像。在上述两种情况下，能见度的确定可以包括针对多个模拟炮点的每一个，使用基于波动方程的传播函数在地震模型中寻找目标事件的反射波场；以及针对多个接收器位置的每一个，计算来自从每个反射波场的贡献信号。能见度的确定还可进一步包括将贡献信号转化为源-接收器能见度值。

附图说明

根据附图以及详细描述将对多个公开的实施例有更好的了解：

图1为示例的地震勘测环境；

图2为示例的地震源和接收器的几何分布；

图3为示例的地震轨迹；

图4为对示例地震模型的偏移深度图像；

图5a显示了从源到目标的地震能量传播；

图5b为接收器能见度的示例图；

图6a-6c为在不同假设下源能见度的示例图；

图7为示例的源-接收器能见度函数；

图8为示例的对地震数据的偏移子集的偏移深度图像；

图9为示例的能见度分析方法的流程图；以及

图10为示例的能见度分析系统。

由于本发明适用于多种修改及替代形式，因此其具体的实施例通过附图举例并进行了详细说明。然而，应理解附图及详细描述不意指将本发明限制于所公开的特殊形式，而是相反，本发明覆盖落入到权利要求范围中的所有修改、等同或替代形式。

具体实施方式

本发明公开了多种能见度分析方法和系统，所述方法和系统确定能够最优的测量一个或多个所选地下特征的属性的地震勘测源和/或接收器位置。分析人员从而可以对这些区域进行采集与处理工作来改善这些所选特征的成像细节。借助示例用法内容中的描述，可以最好地理解公开的系统和方法。

相应的，图1为示例的地震勘测环境，其中，地震接收器102的阵列间隔布置在地球表面104来探测地震波。接收器102经无线或电缆连接至数据采集单元106，所述数据采集单元106接收、处理并存储由接收器收集的地震信号数据。地震能量源108(例如震源车)在多个位置被触发以产生地震能量波，地震能量波通过地球110传播并且从声阻抗不连续处反射至接收器102。上述声阻抗不连续处可能是由断层、地层层床之间的边界、或地层流层间的边界造成的。这些不连续处在由地震信号数据生成的地下结构表示中将显示为亮点。

图1进一步表示了一示例地下模型，其可以用作本公开的一个例子。在该模型中，地球具有四个相互关联的平面地层，并且在第三层和第四层之间具有陡峭弯曲的边界。在每一层中的声速由上至下分别为2000m/s，3500m/s，2800m/s和4000m/s。作为举例应注意到的是，图1并没有按比例绘制。接收器阵列的水平宽度方向应限制为几千米或更少，而地下模型的水平平尺寸为16千米，垂直尺寸为5千米。

图2为源位置202和接收器位置204的示例几何分布，可看做是俯视图。可行的地震勘测的几何分布具有无穷的变化形式，并且可基于区块-区块、滚动的几何分布、移动阵列、及其各种组合来聚集。在这里，主要信息是响应于地震源的每次点火所获得的接收器信号的数量相当大，并且当考虑源的点火次数时，所获得的轨迹很容易到达几百万条。

图3为示例的接收到的地震信号轨迹S0-S2。这些轨迹可以表示位移、速度、加速度、压力或为时间的函数的地震能量强度的其他测量值。通常在每次点火之后，以每秒大约500个样本的速率持续大约30秒钟，将每个接收器接收的信号采样和数字化为8至32比特的分辨率。在一些情况下，接收器感测到多个分量的数据，这为每一条轨迹进一步增加了样本数据量。轨迹数据在存储前可进行滤波或压缩。存储的地震勘测数据被传送或通信至数据处理装置。

数据处理装置处的计算机网络利用已知技术来处理数据以估计声速的容积分布。参见，例如Jon F.Claerbout，Fundamentals of GeophysicalData Processing，p.246-56，其以引用方式结合在此。可选地，速度分布可以从其他源独立的得到，例如，测井记录(well log)。根据估计的速度分布，数据处理装置将地震轨迹“偏移”，即将它们从时间的函数转化为深度的函数。

现有多种偏移技术，包括那些基于单程波动方程(单程WEM)的偏移技术，以及基于全程波动方程的逆时偏移(RTM)。单程WEM是更普遍、广泛使用的技术，因为在很多情况下是有效的并且具有相对较小的计算复杂度。然而，在具有复杂结构的区域，尤其是那些生成了强倒转波(例如棱波(prism waves))以及多个反射(可能产生双波(duplex waves))的区域，单程WEM无法简单地使复杂结构成像。这一情况在海域地震勘测中将会加重，因为窄方位角接收器的使用限制了交叉线偏移的数量。

RTM可以解决上述成像问题(参见，例如，E.Baysal，D.D.Kosloff，和J.W.C.Sherwood，“Reverse time migration”，Geophysics，48，1514[1983]；G.A.McMechan，“Migration by extrapolation of time-dependentboundary values”，Geophysical Prospecting，31，413-420[1983]；和N.D.Whitmore，“Iterative depth imaging by backward time propagation”，SEG Expanded Abstracts，2，382-385[1983].)。近年来，RTM在复杂媒介以及亚盐构造的叠前深度成像处理上更受青睐。然而，与单程WEM方法相比，RTM计算开销更大并且需要数据处理装置具有大的内存与大硬盘容量的计算机。而且，当将波场的高频分量由于有限差分模式的数值弥散(numerical dispersion)而偏移时，RTM就变得更加具有挑战性了。

图4为图1中示例地震模型的偏移深度图像402。利用有限差分前向模型模拟了100个炮点。炮点位置范围从6km到14km，并且具有80米的炮点间隔。每个炮点的接收器孔径覆盖了整个模型。接收器间隔为10米。图4的深度图像是利用全孔径来偏移所有炮点得到的。总之，弯曲事件(curved event)成像较好，但陡沉事件(steep dip event)404的振幅较弱。为了使该目标事件更好地成像，没有必要获取大量的新勘测数据或使用RTM再处理所有的现有数据。相反，我们仅关注那些对目标事件成像贡献较大的地震轨迹。下面描述的地震能见度分析方法和系统将对提供这些贡献的轨迹进行定量确定。

图5a是地震能量传播的射线追踪的示意图。射线502显示了从源到目标事件一端并返回表面的能量传播，而射线504显示了从源到目标事件另一端并返回表面的能量传播。实际上，波动方程偏移用来向下传播地震能量并返回表面。更具体的，优选地使用基于波动方程的传播函数而不是基于高频渐近射线的方法来进行能见度分析。波动方程方法更精确并提供了更可靠的结果。

能见度分析有两个阶段。首先，模拟炮点的波场向下传播并且用软件测量来自目标事件的反射波场。在第二个阶段中，反射波场向回传播并且用软件测量目标对每个接收器记录的信号的贡献。通过将测量的贡献信号c_sr(t)的平方进行积分而获得目标事件的源-接收器能见度V(s，r)(近似于将图3轨迹中每个样本值平方以及求和)：

$V(s,r)={\∫}_0^T{c}_{s,r}^2\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，r是接收器位置，s是源位置，并且c_sr(t)是测量的贡献信号，其为时间的函数，时间位于t＝0的炮点点火时刻和t＝T的记录间隔结束之间。模拟炮点和接收器位置可以在模型区域均匀分布，或者在整个勘测环境(例如海上汽船几何分布)中由用户定制。

接收器能见度V_R(r)定义为针对给定源位置s＝S的源-接收器能见度V(s，r)：

V_R(r)＝V(S，r)

图5b为针对图5a中所示的源点火位置的目标事件404的接收器能见度506。从图中可以看出对于该源位置，接收器能见度被极大的限定在了目标事件上方清晰可辨的邻域内。

此处词语源能见度V_S(s)定义为在所有接收器位置{R}的源-接收器能见度V(s，r)的和：

$V_S\left(s\right)=\underset{r\∈\left\{R\right\}}{\mathrm{\Σ}}V(s,r)$

图6为在三种不同假设下，目标事件404的源能见度。图6a为具有全接收器孔径(例如，所有接收器对所有源点火进行响应)的源能见度。图6b为假设±2km孔径(例如，只有源位置的2km内的接收器对源点火进行响应)的源能见度。图6c为零偏移源能见度(例如，接收器与源位于同一位置)。(应注意可通过“爆炸反射器”假设来简化零偏移能见度计算，其中目标事件看作是点爆炸的分布集，每个点爆炸的强度与目标事件反射率相等)。在每种情况中，能见度随着源位置的不同而变化，并且在位于目标事件上方以及右侧的邻域中的炮点对目标事件的能见度贡献最大。这些源能见度函数之间的对比使得易于量化接收器孔径的作用。如果只考虑到零偏移情况，将损失大部分的能见度。

图7为目标事件404的源-接收器能见度函数V(s，r)的图示。水平轴表示接收器位置，而垂直轴表示源位置。在区域702得到的源-接收器位置的轨迹对事件404的能见度贡献最大。沿着线704的能见度函数是针对图5a中所示的源位置的接收器能见度函数V_R(r)。图6c中显示的零偏移源能见度函数是沿着45°线708建立的。图6c中显示的源能见度是沿着整个图水平积分得到的。图6b中显示的源能见度函数是在线706之间经水平积分得到。

最大接收器孔径(在地震勘测中对应于电缆长度)可以通过调整线706的间距来捕获能见度函数下非零区域的大部分。然后通过选择源位置来捕获能见度函数下非零区域的大部分。使用这种策略来选择用于叠前深度偏移的轨迹(必要的话采集数据)能极大地减少为提高目标事件成像质量所需的工作量。图8显示了仅使用所选数据的深度偏移图像，其说明了能见度控制的图像的振幅行为更加平衡。

图9为示例的能见度分析方法，该方法可通过计算机系统自动实现或在储层分析人员等用户的引导下实现。由模块902开始，系统获得用来表示深度偏移图像的数据。在很多情况下，这些数据将由系统本身基于以前的地震勘测自动生成。在模块904中，系统确定一个或更多个目标事件，例如，未充分成像的特征。在一些实现中，系统通过向用户显示深度偏移图像来确定目标事件，并且请求用户输入显示为充分定义或未充分定义的区域。

在模块906中，系统选择了一种比生成原始数据偏移更复杂的偏移方法。例如，原始偏移可采用单程WEM，但是系统也可以使用全波动RTM。当可以采用多重增强时，用户能够选择期望的偏移方法。

在模块908中，系统使用所选的偏移方法来确定源-接收器能见度V(s，r)，以在原始深度偏移数据确定的试验结构中模拟炮点。正如前面所提到的，通过计算来自多个源位置的每个的目标事件的反射波场，然后测量从这些反射波场到在多个接收器位置的每个测得的信号的贡献，来确定能见度。

在模块910中，系统确定了那些现有的轨迹，这些现有的轨迹的源-接收器位置具有高于给定阈值的目标事件能见度。可以基于能见度值的峰值来预定所述阈值，或者选择所述阈值以捕获在多维能见度表面下方区域的预定比例(例如90％)。在模块912中，系统将所选的偏移方法应用到所确定的高能见度轨迹。因为期望所确定的轨迹能够表示可用数据的小的子集，所以使用较复杂偏移方法更加可行。

在模块914中，系统确定目标事件是否已充分成像，如果可以，方法跳转到模块922。在一些实现中，系统通过向用户显示深度-偏移数据并请求用户反馈来进行该确定。如果目标事件仍没有充分成像，那么就需要采集额外的数据。所以，在模块916中，系统至少部分基于源-接收器能见度的计算来确定勘测区域和其他勘测参数。在一些实施方式中，期望的源和接收器位置的区域能够通过画矩形(用于陆地勘测)或平行四边形(用于接收器位置随源位置变化的海域勘测)来确定，上述矩形或平行四边形基本涵盖了高能见度区域的大部分。

在模块918中，系统从新勘测中得到了轨迹数据，并且在模块920中所选偏移方法被用于生成包含目标事件的区域的新的深度偏移数据图像。在模块922中，合成并显示一组合图像。该组合图像包括从原始偏移数据确定的整体结构，但也包括新偏移数据中的目标事件图像。然后储层工程师可以评估针对分析所充分确定的感兴趣结构的可能产量。

图10为示例的计算机50形式的能见度分析系统，其具有能够与用户交互的一个或多个输入设备54以及一个或多个输出设备56。软件(如示例的便携式信息存储盘52)配置计算机处理器以接收用户指令并且相应的从网络或内部存储中获取数据，处理数据，并且生成图像供用户观察或分析。当实施所公开的方法时，软件通常将数据处理的负荷分布到通过网络互连的多个计算机。

上述描述是基于用于勘探目的的2D地震模型。在实践中，期望是3D成像，并且每个源和接收器位置由至少两个空间坐标确定。结果，源-接收器能见度图(见图7)应含有至少四个空间维度。然而，基本原理是相同的。

综上所述，本发明公开了多个地震能见度分析方法和系统。这些系统和方法针对复杂的媒介，在表面定量的确定了目标事件。对于给定的源-接收器几何分布，能见度强度指出了该几何分布下目标事件是否可见。这一知识可以应用于采集勘测设计和叠前深度偏移。能见度试验提供了下列突破：

·对于给定的目标事件，高能见度区域外的勘测数据是不必要的。

·对于给定的目标事件，对高能见度区域外的轨迹进行再偏移是不必要的。

·如果给定的目标事件没有高能见度区域，利用所选偏移方法不能重构。

当充分理解上述公开内容后对于本领域技术人员而言多种变形以及修改是显而易见的。下述权利要求目的在于包括上述所有的变形和修改。

Claims (17)

1.一种地震勘测方法包括：

确定目标事件的能见度，所述目标事件的能见度根据地震源位置和接收器位置而变化；以及

在所选择的区域中采集地震数据，该所选择的区域应至少部分包含能见度值高于阈值的位置，

其中所述确定目标事件的能见度的步骤包括：

针对多个模拟炮点的每一个，在地震模型中找到来自目标事件的反射波场；

针对多个接收器位置的每一个，计算每个反射波场的贡献信号；以及

将每个贡献信号转化为源-接收器能见度值，以及

其中所述阈值被选择为捕获在多维能见度函数下方的区域的预定比例。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于所采集的地震数据将目标事件成像。

3.如权利要求1所述的方法，其中至少部分的基于地震勘测的偏移数据来确定所述地震模型。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述目标事件是由用户选择的未充分成像的地下特征。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述能见度值为所述贡献信号平方的积分。

6.一种地震偏移方法包括：

在现有地震勘测的轨迹中确定源位置和接收器位置处的目标事件的能见度；以及

将能见度值高于阈值的轨迹进行再偏移以对目标事件成像，

其中确定目标事件的能见度的方法包括：

针对多个模拟炮点的每一个，在地震模型中找到所述目标事件的反射波场；

针对多个接收器位置的每一个，计算来自每个反射波场的贡献信号；以及

将每个贡献信号转化为源-接收器能见度值，以及

其中所述阈值被选择为捕捉在能见度函数下方的区域的预定比例。

7.如权利要求6所述的方法，其中至少部分的基于现有地震勘测的偏移数据来确定所述地震模型，其中通过第一个偏移方法来获得所述偏移数据。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述转化包括确定贡献信号平方的积分。

9.如权利要求7所述的方法，其中使用不同于第一次偏移方法的第二次偏移方法确定所述能见度。

10.如权利要求7所述的方法，其中使用不同于第一次偏移方法的第二次偏移方法来进行所述再偏移。

11.如权利要求6所述的方法，其中所述目标事件是由用户选择的未充分成像的地下特征。

12.一种能见度分析系统，包括：

存储能见度分析软件的存储器；以及

与所述存储器连接的至少一个处理器，以执行所述能见度分析软件，其中软件将所述至少一个处理器配置为：

针对多个模拟炮点的每一个，确定地震模型中至少一个目标事件的反射波场；

针对多个接收器位置的每一个，计算每个反射波场的贡献信号；以及

将每个贡献信号转化为源-接收器能见度值，

其中所述阈值被选择为捕捉在多维能见度函数下方的区域的预定比例。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述软件进一步配置所述处理器以图形化所述能见度，所述能见度根据源位置和接收器位置中的至少一个而变化。

14.如权利要求12所述的系统，其中至少部分的基于地震勘测的偏移数据来确定所述地震模型，其中所述偏移数据通过第一次偏移方法获得。

15.如权利要求14所述的系统，其中使用不同于第一次偏移方法的第二次偏移方法确定所述能见度。

16.如权利要求12所述的系统，其中所述软件进一步配置所述处理器以从现有地震勘测中确定轨迹，用于使用增强偏移方法进行再偏移，其中所述轨迹至少部分的基于它们的能见度值来确定。

17.如权利要求12所述的系统，其中所述软件进一步配置所述处理器，以针对额外地震数据采集来确定源位置和接收器位置，其中所述位置至少部分的基于源-接收器能见度值来确定。