CN102937720A - 井控提高地震资料分辨率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井控提高地震资料分辨率的方法，该井控提高地震资料分辨率的方法包括计算各个井位置处反射系数；根据该各个井位置处反射系数，计算各个井位置处的反褶积算子；将该各个反褶积算子进行反距离加权三维空间插值，得到三维空间各个地震道的反褶积算子；以及根据该各个地震道的反褶积算子，对原始地震道数据进行褶积处理，再经过相位校正和道均衡，得到三维数据体。该井控提高地震资料分辨率的方法解决了现有技术中地震资料分辨率较低和应用范围有很强的局限性的问题，具有使一些弱化的层位信息得到加强，断层等构造信息更清楚，层位的迭合关系更清楚、更准确的优点。

Description

井控提高地震资料分辨率的方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探开发领域，特别是涉及到一种通过井资料的控制作用提高地面三维地震资料的垂向分辨率的方法。 

背景技术

提高地面地震资料分辨率技术一直是国内外研究的热点和难点。它在油田的勘探开发中有着重大的理论和实用价值。提高地震资料分辨率的难点主要包括以下两个方面：首先，提高分辨率只是提高对地层特征认识的一种手段，所以首先要保证提高分辨率技术的合理性和可靠性；其次，地震资料的分辨率和信噪比是一对难以调和的矛盾，而且地震资料分辨率提高的同时也意味着低频信息能量的相对减弱，因此如何有效的利用提高分辨率后的地震数据识别储层特征是目前所面临的难点之一。常规反褶积提高分辨率技术一般是对单一地震资料信息的利用，在反褶积算子的求取方面缺乏鲁棒性和三维空间的适应性，在应用中收到很大的限制。本案的发明人在申请号为200710017029.0的中国专利申请中，提出了一种利用井间地震资料和地面地震资料的联合，基于系统辨识方法估算地层对地震波的吸收衰减特性，通过高频补偿作用提高地面地震资料的分辨率的方法，但是井间地震资料在油田勘探开发区域较少，在应用上有很大的局限性。为此，本案的发明人提出了一种新的井控提高地震资料分辨率的方法，解决了以上技术问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可使弱化的层位信息得到加强，断层等构造信息更清楚，层位的迭合关系更清楚、更准确，从而提高地震资料的垂向分辨率的的方法。    

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：井控提高地震资料分辨率的方法，该井控提高地震资料分辨率的方法包括计算各个井位置处反射系数；根据该各个井位置处反射系数，计算各个井位置处的反褶积算子；将该各个反褶积算子进行反距离加权三维空间插值，得到三维空间各个地震道的反褶积算子；以及根据该各个地震道的反褶积算子，对原始地震道数据进行褶积处理，再经过相位校正和道均衡，得到三维数据体。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现： 

声波测井速度信息；

通过井震综合标定把深度域的该测井速度信息和时间域的地面地震资料进行垂向空间的匹配；

对该测井速度信息进行深时转换，得到时间域测井速度信息；以及

对该时间域测井速度信息进行导数计算，得到井位置处的反射系数序列 

。

针对同一个地层反射系数序列r(n)，给定地震子波为w(n)，基于褶积理论模型，地震记录表示为： 

w(n)*r(n)=s(n)（1） 

求取反褶积算子，使得α(n)*w(n)=δ(n)。 

在求取该反褶积算子α(n)时，在单位采样间隔下，已知反射系数信号，地震记录信号为s(n),n=1,2,…,N，则线性非移变系统的时域参数基本模型描述为： 

（3） 

其中，q为移动算子，α(q)是反褶积算子，v(n)为不可预测干扰，e(n)为方差为λ的白噪音，进一步表述为噪音特性β(n)对白噪音滤波后的结果，通过设定合理的分子和分母参数，把α,β描述为以q^-1变量的函数： 

(4) 

其中，A,B分别为延迟算子q^-1的多项式，na,nb为多项式阶数，nk为滞 后阶数，根据三个模型结构参数，式（3）转变为如下形式： 

A(q)r(n)=B(q)s(n-nk)+e(n)    (5) 

r(n)+a₁·r(n-1)+…+a_na·r(n-na)=b₁·s(n-nk)+b₂·s(n-nk-1)+…+ 

         b_nb·s(n-nk-nb+1)+e(n)(6) 

针对式（6），模型预测误差由下式计算： 

(7) 

利用最小均方误差准则通过使e(n)最小，估计多项式α,β未知参数的值，得到井位置处的确定性的该反褶积算子。 

该三个模型结构参数的值根据地区经验参数进行确定。 

该三个模型结构参数的值通过对同一模型不同结构参数时的误差参数的比较，寻求误差最小的结构参数来确定。 

在步骤4中，基于式（2）： 

对该原始地震道数据进行褶积处理。 

在步骤3中，该反距离加权是把三维空间有限点的反褶积算子，通过按反距离加权的准则，对其进行三维空间的插值。 

该加权的准则是线性插值。 

在步骤4中，该相位校正是指地震道经过该反褶积算子的作用后，再通过该反褶积算子的逆向作用，实现该反褶积算子对该地震道作用的零相位化。 

测井和地面地震等不同类别的地球物理技术可以对地下同一目标地质体进行不同尺度性质的反映。声波测井资料在井位置处具有最高的分辨率和最大程度的分辨可靠性，在几乎所有的区域都大量存在。因此，研究测井和地面地震资料联合作用的方式及实现方法，通过测井声波速度的控制作用，求取井位置处确定性的反褶积算子并进行三维空间的合理外推，提高地面地震资料的垂向分辨率具有重要的理论和实践意义。 

本发明中的井控提高地震资料分辨率的方法，就是基于基本的褶积理论模型，通过对反褶积算子的理论参数建模，利用声波测井速度和井位置处的地面地震记录准确求取井位置处的反褶积算子，再通过三维空间外推得到三维空间任一地震道处的反褶积算子，通过井的控制作用对三维空间的地震资料进行保真性高频拓展，以提高地面地震资料的垂向分辨率。与常规反褶积提高分辨率的区别体现在以下三个方面：首先，常规反褶积方法中一般都假设反射系数信号为白噪声，本发明则从测井声波速度中得到确定性的反射系数，保证了反褶积算子求取的确定性；其次，常规反褶积方法是利用地震记录信号和白噪声信号的直接匹配通过最小均方误差准则求取反褶积算子，本发明则是首先对反褶积算子进行理论建模，然后利用确定性的反射系数和对应的地面地震记录通过最小均方误差准则求取反褶积算子，因此得到的反褶积算子具有鲁棒性；再者，对于一个目标区域，常规反褶积方法一般只应用一个反褶积算子，本发明则可以利用该区域的测井资料求取每个井位置处的反褶积算子，然后进行反距离加权的空间外推，从而得到目标区域任一地震道记录处的反褶积算子，实现了三维空间的反褶积。 

本发明在保持原地层主要特征不变的条件下，一些弱化的层位信息得到加强，断层等构造信息更清楚，层位的迭合关系更清楚、更准确，提高了地震资料的垂向分辨率，地震资料主频提高10-20Hz左右，频带拓宽约10Hz。与申请人在200710017029.0的中国专利申请中提出的申请相比，本发明则是利用测井资料和地面地震资料的联合，通过对基本褶积模型的优化求解，得到确定性的反褶积算子，实现地面地震资料的反褶积，提高其分辨率。井间地震资料在油田勘探开发区域较少，测井资料在油田勘探开发区域大量存在，且垂向分辨率更高，与地面地震资料的频域迭合更大。因此，本发明在实际效果和应用范围等方面有了较大提高。 

附图说明

图1为本发明的井控提高地震资料分辨率的方法的流程图； 

图2为在一目标区域求取反褶积算子的频率响应和时域响应的示意图；图3为反褶积算子三维空间外推后的振幅能量分布图；

图4为目标区域内两井连线提高分辨率前后的剖面比较图和频谱特征比较图。

  

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。 

如图1所示，图1为本发明的井控提高地震资料分辨率的方法的流程图。在步骤101，首先对目标区域的多口声波测井速度信息，流程进入到步骤102。 

在步骤102，由于测量环境、测量仪器、处理技术等方面的不同，声波测井速度和地面地震资料等成果数据呈现各自不同的特点，声波测井速度信息是深度域数据，地面地震资料是时间域数据，因此需要通过井震综合标定把深度域的测井速度信息和时间域的地面地震资料进行垂向空间的匹配。流程进入到步骤103。 

在步骤103，在垂向空间匹配的基础上，对声波速度资料进行深时转换，把深度域的测井速度信息转换为采样率和地面地震资料一致的时间域测井速度信息。流程进入到步骤104。 

在步骤104，对时间域测井速度信息进行导数计算，得到井位置处的反射系数序列

。通过步骤101到步骤104，求取了井位置处反射系数。此外，在一实施例中，井位置处反射系数可以是对其它速度信息进行转换所得到的反射系数信息。流程进入到步骤105。 

在步骤105，针对研究区域所有井的声波速度资料，根据各个井位置处反射系数，计算各个井位置处的反褶积算子。 

针对地下同一个地质目标，即同一个地层反射系数序列，给定地震子波为w(n)，基于褶积理论模型，地震记录s(n)可表示为： 

（1） 

该式是线性时不变系统的基本形式。为了提高地震资料的垂向分辨率，就要求取反褶积算子，使得α(n)*w(n)=δ(n)，从而可得下式： 

r(n)=α(n)*s(n)（2） 

因此，通过反褶积算子和地震记录的作用，就可得到接近于反射系数序列的地震信号，达到提高分辨率的目的。问题的关键在于反褶积算子的求取。 反褶积算子的求取有很多方法，常规方法是直接利用地震数据和反射系数的匹配计算得到，在一实施例中，本发明则是采用参数理论建模的方法对反褶积算子进行确定性求解。具体实现如下： 

在单位采样间隔下，已知反射系数信号为，地震记录信号为s(n),n=1,2,…,N，则线性非移变系统的时域参数基本模型描述为： 

（3） 

其中，q为移动算子，α(q)是反褶积算子，v(n)为不可预测干扰，e(n)为方差为λ的白噪音，可以进一步表述为噪音特性

对白噪音滤波后的结果。通过设定合理的分子和分母参数，把α,β描述为以q^-1变量的函数： 

(4) 

其中，A,B分别为延迟算子q^-1的多项式，na,nb为多项式阶数，nk为滞后阶数。na,nb,nk三个模型结构参数的值是影响反褶积算子求取结果的关键参数。既可以根据地区经验参数进行确定，也可以通过对同一模型不同结构参数时的误差参数的比较，寻求误差最小的结构参数为最佳模型结构参数。根据三个模型结构参数，式（3）转变为如下形式： 

A(q)r(n)=B(q)s(n-nk)+e(n)(5) 

r(n)+a₁·r(n-1)+…+a_na·r(n-na)=b₁·s(n-nk)+b₂·s(n-nk-1)+…+ 

         b_nb·s(n-nk-nb+1)+e(n)(6) 

针对式（6），模型预测误差可由下式计算： 

(7) 

因此利用最小均方误差准则通过使e(n)最小，就可以估计多项式α,β未知参数的值，得到井位置处的确定性的反褶积算子。用此方法，可计算得到各个井位置处的反褶积算子。在一实施例中，除了利用最小均方误差准则法对系统模型的参数进行估计，其也可以利用最优化领域的其它参数估计 方法。流程进入到步骤106。 

在步骤106，对各个井位置处的反褶积算子进行反距离加权的三维空间插值，得到整个三维空间任一地震道处的反褶积算子。反距离加权是指把三维空间有限点的反褶积算子，通过按反距离加权的准则，对其进行三维空间的插值。该加权的准则可以是线性插值。流程进入到步骤107。 

在步骤107，对于三维空间的地震资料，利用步骤106所得到的各个地震道处的反褶积算子，基于式（2）对原始地震道数据进行褶积处理，再经过相位校正和道均衡，得到提高分辨率后的三维数据体。其中，相位校正是指地震道经过反褶积算子的作用后，再通过反褶积算子的逆向作用，实现反褶积算子对地震道作用的零相位化。流程结束。 

在本发明的一具体实施例中，首先对一个目标区域的21口声波测井速度信息，在该地区测井合成记录标定基础上，把声波测井速度信息从深度域转换到时间域，通过对声波速度信息进行求导，得到井各个井位置处的反射系数信息。 

然后，利用井位值处的反射系数信息和对应的地震道，计算得到各个井位置处的反褶积算子，图2为在该目标区域求取反褶积算子的频率响应和时域响应的图示，其中，左图为反褶积算子频率响应，右图为反褶积算子时域响应。 

随后，将所得到的13个反褶积算子进行反距离加权三维空间插值，得到三维空间各个地震道的反褶积算子，图3为反褶积算子三维空间外推后的振幅能量分布图。 

最后，针对三维数据空间的每个记录道，首先作用以所得到各个道的反褶积算子，拓展其频带，其次进行相位校正和道均衡，从而得到高频拓展后的三维数据体。图4为目标区域内两井连线提高分辨率前后的剖面比较图和频谱特征比较图，其中，左图为原始地震资料，右图为井控提高分辨率后资料。提高分辨率后，在地层产状和原有层位信息保持基本不变的条件下，剖面的分辨率得到了较大程度提高，地面地震资料主频提高10Hz左右，优势频带拓宽10-20Hz。 

Claims (10)

1.井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该井控提高地震资料分辨率的方法包括以下步骤： 

步骤1：计算各个井位置处反射系数；

步骤2：根据该各个井位置处反射系数，计算各个井位置处的反褶积算子；

步骤3：将该各个反褶积算子进行反距离加权三维空间插值，得到三维空间各个地震道的反褶积算子；以及

步骤4：根据该各个地震道的反褶积算子，对原始地震道数据进行褶积处理，再经过相位校正和道均衡，得到三维数据体。

2.根据权利要求1所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该步骤1包括：

声波测井速度信息；

通过井震综合标定把深度域的该测井速度信息和时间域的地面地震资料进行垂向空间的匹配；

对该测井速度信息进行深时转换，得到时间域测井速度信息；以及

对该时间域测井速度信息进行导数计算，得到井位置处的反射系数序列 

。

3.根据权利要求2所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该步骤2包括：

针对同一个地层反射系数序列

，给定地震子波为

，基于褶积理论模型，地震记录

表示为：

    （1）

求取反褶积算子

，使得。

4.根据权利要求3所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，在求取该反褶积算子

时，在单位采样间隔下，已知反射系数信号为

，地震记录信号为，则线性非移变系统的时域参数基本模型描述为：

      （3）

其中，为移动算子，

是反褶积算子，

为不可预测干扰，

为方差为

的白噪音，

进一步表述为噪音特性对白噪音滤波后的结果，通过设定合理的分子和分母参数，把

描述为以

变量的函数：

       (4)

其中，

分别为延迟算子

的多项式，

为多项式阶数，

为滞后阶数，根据三个模型结构参数，式（3）转变为如下形式：

针对式（6），模型预测误差由下式计算：

        (7)

利用最小均方误差准则通过使

最小，估计多项式未知参数的值，得到井位置处的确定性的该反褶积算子。

5.根据权利要求4所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该

三个模型结构参数的值根据地区经验参数进行确定。

6.根据权利要求4所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该

三个模型结构参数的值通过对同一模型不同结构参数时的误差参数的比较，寻求误差最小的结构参数来确定。

7.根据权利要求3所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，在步骤4中，基于式（2）：

      （2）

对该原始地震道数据进行褶积处理。

8.根据权利要求1所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，在步骤3中，该反距离加权是把三维空间有限点的反褶积算子，通过按反距离加权的准则，对其进行三维空间的插值。

9.根据权利要求8所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，该加权的准则是线性插值。

10.根据权利要求1所述的井控提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，在步骤4中，该相位校正是指地震道经过该反褶积算子的作用后，再通过该反褶积算子的逆向作用，实现该反褶积算子对该地震道作用的零相位化。

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