CN104471442B - 用于迁移速度建模的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种修改地下区域的地震图像的方法包括：识别地震图像内的包括扭曲的位置；指示与所述扭曲关联的结构改变，所述结构改变被选择以至少部分校正所述扭曲；识别引起所述扭曲的区域，在该区域中要施加对与所述地震图像对应的速度模型的校正；根据所指示的结构改变对所述区域执行反演；基于所述反演更新所述速度模型；以及基于所述更新的速度模型产生修改的地震图像。

Description

用于迁移速度建模的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及地震成像，并且更具体地涉及速度模型校正。

背景技术

地震调查被用于特征化地下地层并且尤其是用于定位和特征化潜在油气储层。在表面处的一个或多个地震源产生地震信号，所述信号传播通过地下，从地下特征反射，并且由传感器收集。原始数据通常是行进时间和幅度的形式，其必须被处理以便获得关于地下结构的信息。

通常，处理包括对收集的时间信息的反演以产生地下结构的速度模型。因为通常存在满意地解释任意给定时间数据集合的多个速度方法，因此并不总是知道哪些速度模型精确描述地下结构。鉴于此，即便用于反演地震数据的地球物理学上最先进的技术也可导致速度模型，当其用作地下成像技术的基础时，产生地质学上不真实的地震图像。例如，地震图像可示出交叉的地层，其不能代表真实的地质结构。而且，可以存在本应该具有简单结构但在地震图像上却不简单的反射事件。这对断层阴影中的反射事件和位于复杂覆盖层之下的基层反射事件来说经常发生。

依赖于扁平图像采集的地球物理反演技术常常不能校正所述图像。在嘈杂情况和复杂地质中，很难看见叠前(prestack)采集上的事件，并且即使可以看见事件，有时很难修改速度模型以便使它们扁平。而且，即使速度模型改变导致了扁平收集，所述图像仍然证明是不真实的，因为一些速度模型经常会使收集扁平但却在所述图像中产生显著不同的结构。

发明内容

本发明的实施例的一个方面包括一种修改地下区域的地震图像的方法，包括在地震图像内识别包括扭曲的位置；指示与所述扭曲关联的结构改变，所述结构改变被选择用于至少部分校正所述扭曲；识别引起所述扭曲的区域，在该区域中要施加对与所述地震图像对应的速度模型的校正；根据所述指示的结构改变对所述区域执行反演；基于所述反演更新所述速度模型；以及基于所述更新的速度模型产生修改的地震图像。

实施例的一个方面可以包括一种用于执行前述方法中的任何一个的系统。

本发明的实施例的一个方面包括一种系统，所述系统包括：图形用户界面、数据存储设备和处理器，所述处理器配置成执行前述方法。

本发明的实施例的方面包括编码有用于执行前述方法中的任何一个和/或用于控制前述系统中的任何一个的计算机可执行指令的计算机可读介质。

附图说明

当阅读以下结合附图的详细说明时，在此描述的其它特征将对本领域技术人员更清晰，其中：

图1是示出了异常区域的地震图像；

图2是具有异常区域的地震图像并且示出了可用于校正异常的小的有效偏移的简要视图；

图3是根据本发明的实施例的具有为定位一部分扭曲而放置的三维倾向(dip)条的地震图像；

图4是示出了被选择以校正图像扭曲的用于图3的倾向条的所选位置校正的地震图像；

图5是具有若干倾向条和被选择以校正图像异常的相应位置校正的图3和图4的图像；

图6示出了定义感兴趣区域的三维地震图像空间的两个切片；

图7是根据实施例的具有将为其计算校正并且应用校正的示出为暗带的掩蔽区域的地震图像；

图8示出了示出为暗带的一部分掩蔽区域，其中作为在图4的异常的倾向条表示中指示的位置校正的结果，速度被改变；

图9示出了根据实施例的定义感兴趣区域并且包括多个倾向条和为校正异常图像特征选择的相应位置校正的三维地震图像空间；

图10a示出了在校正之前的图9的区域的二维部分，并且图10b示出了根据实施例的校正后的区域的相同部分；以及

图11a和图11b是示出根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，一种用于反演地震数据的方法包括：提供关于预期地质结构的信息，并且反演所述结构以确定什么速度模型会产生所述给定结构。如将被理解的，在此上下文中的速度模型可以是各向同性的或各向异性的，依赖于例如待研究的区域的地质或依赖于建模中作出的简化假设。通常，此类建模在包括处理器、图形用户界面、和数据存储设备的计算系统中执行。

在完成所述反演后，检查收集以用于扁平化。与描绘预期结构的解释性输入一起，有理由相信速度可能是不正确的并且因此适合在反演期间改变的区域被识别。

图1是要被显示的包括明显异常特征的地震图像的例子。具体地，存在由白色椭圆指示的地质上不太可能的凹陷区域。通常，专家解释者会倾向于认为所述映像应当更光滑和更平坦。

因此，图像的此区域看起来是人为现象，其可以例如由不正确的速度模型引起。具体在此情况中，看起来覆盖层的一部分已经被假定为具有比实际呈现的速度更高的速度(导致对此结构的此部分的更大的成像深度)。在具体的例子中，解释者可以知道或者预期覆盖层的某些部分应当是异构的，或者可以注意到出于某些原因此区域中的速度的不确定性是相当不确定的。

在某些情况中，很难改善在此困难区域中的速度建模。例如，在存在有限的有效偏移并且没有更深的事件用于速度校正(如图2中所示)的区域中，传统的收集扁平方法可能不能提供足够的用于校正的基础。

在根据本发明的一个实施例的方法中，错误结构、或被认为是错误的结构的特性(例如，位置、倾向)被识别。在一种实施例中，通过使用交互式3D图形在正在考虑的结构的位置和倾向处放置标记(例如圆盘)来实现所述识别，如图3中所示。原则上，标记可以与对本领域人员已知的称为倾向条(dip-bar)的相似或者相同，倾向条是从2D地震工作中保留的名称，位置和倾向可以由简单的线段或条表示。

此方法在例如地震射线追踪迁移方法中是有效的(例如如例如在U.S.专利No.5274605中所述的高斯光束迁移方法，通过引用合并在此)。在其他迁移中也可以发现应用，包括例如，Kirchhoff、RTM和其他。根据此射线追踪实施例，来自圆盘中心的法向射线被绘制、向上引导到地球表面。一旦在当前成像的事件上放置一个圆盘，下一步就是识别此事件的正确结构位置被认为是什么。通过沿着如图4的箭头所示的法向射线指定一个移位来作出对此校正的位置的识别。在此结构上重复倾向条和它们相应移位和法向射线的指定，直到如图5所示定义出整个结构。

对倾向条和它们关联的结构变化的给定集合，通常存在导致这问题的大量潜在的速度场。由倾向条放置产生的地震射线可以是几乎平行的，意味着沿着法线方向(沿着射线)几乎没有用于校正的解。因此，可选地包括一个解释步骤以在此方向提供额外的解。

正如解释者通常有正确的地质结构应当是什么的概念一样，他或她通常理解何处的速度是最不确定的并且因此更有可能需要更新。例如，当有问题的结构是被断层遮蔽的结果时，有经验的解释者会倾向于理解速度场有大的靠近该断层的不确定性。

在此例子中，不确定性可以部分由于穿过断层的层理(bedding)的对比度或者由于靠近断层处围住的气体，这二者中的任意一个导致在此区域中缺乏速度统一性。此类靠近断层的速度不均匀性经常超过传统速度分析方法的能力，并且当解释者试着求解断层阴影时通常仍然是不确定的。因此，在断层阴影的情形中通过限制对靠近断层的区域的速度更新以提供所需的解是合理的。

将要理解，存在着解释者可以识别为有可能导致不确定性的各种结构，从中可以导出针对速度改变的空间解。作为非限制例子，此类不确定性生成(uncertainty-producing)结构包括：气矿、靠近外来盐体的外来沉积物层、硬石膏或沉积物的盐体包含物、靠近海床的岩石和复杂盐体沉积物界面。在这些和许多其他例子中，解释者可以在现有的图像中识别速度不确定性的区域但是却不知道校正的幅度应该是什么。

根据本发明的一个实施例，不确定的幅度可以通过对倾向条移位执行反演来提供。

一旦已经选定倾向条和它们的移位的集合，用于执行反演的过程开始于创建跨越代表用于地下区域的速度模型的空间的三维网格。如将要理解的，可类似地应用于二维平面和3D空间。如图6中所示，提供图形软件以在现有的地震图像的区域上放置网格。作为例子，范例中可用的GOCAD可以用于实施例中。在另一个实施例中，可以使用开源三维图形库Open Inventor。

所述网格可以用来存储从倾向条反演中得到的速度变化。在此方法中，网格的每个节点包括在所述节点的空间位置处的反演的速度改变。在节点之间，速度改变可以基于附近邻居被插值。例如，可以使用三线性插值法，但是原则上其他空间插值(例如，三立方)是可用的。这些值被视为半透明的色阶(在图6中用灰度级表示)并且被通常叠加在所述地震图像的重合的灰度级图上。被查看的速度可以是由倾向条反演导致的速度改变或总的速度(原始速度值与网格上的值之和)。

掩蔽技术可被用以在所述空间内识别和/或隔离速度不确定性的区域。以这种方式，通过仅在预期不确定性的区域内允许速度更新来限制所述计算。其他的未掩蔽体积不被更新。

用于所述掩蔽的值可以存储在同样的三维网格上，所述网格被用以存储由倾向条反演得到的计算的改变。掩蔽的体积可根据多个实施例指定，并且实施例可以在单个模型中组合。作为例子，所述体积可指定为地球模型内的层、指定为模型内的靠近表面交叉的区域、或用三维刷子绘制。

图7示出了穿过位于倾向条和关联的移位的倾向条和提出的移位值之上的掩蔽区域的二维切片的例子。掩蔽值1(深灰)指示速度可能改变的地方并且值0(白)指示速度可能没改变的地方。在一个实施例中，掩蔽区域可以在其边缘变薄以便存在具有0到1之间的隐蔽值的锥形区域。在此区域，速度可以改变，但是所述改变根据系统规则被约束。复杂的掩蔽可以由单独简单掩蔽的组合构成。例如，如果网格在表面A和表面B的掩蔽内，那么它可以被掩蔽；或者如果网格在表面A或表面B的掩蔽内，那么它可以被掩蔽(其可以是分离的或排他分离的)。

一旦用倾向条描绘出结构校正并且由掩蔽识别出适合于速度校正的区域，所述方法前进到确定所述掩蔽区域内的什么样的速度改变能最好地产生必须的结构校正。这些改变是根据通过优化一组方程的方法自动确定。具体地，对每个射线都存在一个方程，所述方程描述速度改变应当把用于那个射线的倾向条移位新的期望结构所需的量：

$\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_{\mathrm{ij}}\·\mathrm{\Δ}{s}_j=S_i\·\mathrm{\Δ}{d}_i,---\left(1\right)$

其中Δs_j是单元j中的缓慢度改变，并且其中缓慢度定义为速度的倒数，l_ij是第j单元中第i射线的长度，S_i是第i倾向条的位置处的缓慢度，Δd_i是用于第i倾向条的结构校正的距离，并且M是单元的数目。l_ij的大多数值为0，因为第i射线不通过大多数单元。不满足公式(1)的代价被量化为：

$P_s=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_{\mathrm{ij}}\·\mathrm{\Δ}{s}_j-S_i\·\mathrm{\Δ}{d}_i]}^2,---\left(2\right)$

其中N是射线的数目。而且，改变在掩蔽正逐渐减小为0的区域中的缓慢度付出代价。所述代价是：

$P_m=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}(1-m_j)\mathrm{\Δ}{s}_j^2,---\left(3\right)$

对所有j，其中m_j是第j单元中的掩蔽值，并且M是反演中单元的数目。粗糙度也在x,y和z三个方向付出代价：

$P_x=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\Δ}{s}_j^{\left(x\right)}-\mathrm{\Δ}{s}_j)}^2$

$P_y=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\Δ}{s}_j^{\left(y\right)}-\mathrm{\Δ}{s}_j)}^2,---\left(4\right)$

$P_z=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\Δ}{s}_j^{\left(z\right)}-\mathrm{\Δ}{s}_j)}^2$

对所有j，其中和是在位置x,y和z方向中的邻近单元中的缓慢度变化。总代价是：

P＝P_s+w_mP_m+w_xP_x+w_yP_y+w_zP_z, (5)

其中w_m,w_x,w_y和w_z是在三个方向中对所述掩蔽和平滑度的代价的权重。

找到最小化P(方程5)的缓慢度改变以生成线性系统，其可以由多种方法解出。在一个实施例中，使用迭代再加权的最小二乘法在混合L1/L2意义上解出所述系统。

图8示出了用于如图7中示出的单个倾向条和掩蔽的反演的结果。在此情况中，所述反演找到沿着所述射线(由在倾向条上方延伸的更暗的灰色区域指示)的平滑的速度改变，其会产生针对被设置为确定的结构改变的倾向条指示的深度移位。如可看到的，速度模型仅在掩蔽带中改变，在此情况中所述掩蔽起作用以划定速度模型改变的顶部和底部。

在典型例子中，如上指示，为指示校正图像所必须的确定的结构改变，需要多个倾向条。图9示出了此情况的一个例子，对应于断层阴影情形。

例如图9的例子，一组倾向条被选择以绘制出被解释为在断层底壁中的结构扭曲和校正。解释者也定义了掩蔽以确保计算的速度改变仅施加在断层附近和底壁中—确定为可能具有高度不确定性的区域。

根据以上所述的方法，具有平滑约束的反演被执行以找到更新的速度模型。最终，更新的速度模型被用以计算更新的图像。

为初始速度模型和为更新的速度模型计算的图像在图10a和图10b中示出。在更新的图像中，底壁中的结构相对被简化，并且看起来更可能会是解释者期望的。同样，诸如幅度中的竖直条纹之类的假象被移除。此类假象的移除可以作为更新的速度模型更可能是精确的证据。在一个实施例中，可以查看图像收集以确定相比于原始图像是否更新的图像中的事件被扁平化。改善的扁平化可以作为更新的速度模型是地下结构的更精确的描述的标志。

图11a和11b是根据本发明的实施例的反演方法的流程图。所述方法开始于通过分配倾向条位置来识别扭曲图像位置。接着校正被添加到所述位置。如果图像校正已经被描述，则所述方法前进到识别模型的速度可能改变(例如，掩蔽)的部分。如果否，则额外的扭曲图像位置被识别和校正。

所述流程图前进到图11b并且选择平滑约束。得到的位置、校正、掩蔽和平滑约束被应用以产生要被优化的方程。所述方程被求解以产生更新的速度模型。基于所述更新的速度模型，通过再迁移产生更新的图像。如果得出的图像收集是满意的，则所述方法完成，否则，它沿着路径A返回以识别扭曲图像位置。

将要理解，此过程的每个步骤原则上可仅需要中等的计算能力。在典型情况中，放置倾向条的解释步骤可需要显著的时间和努力。

由于射线追踪方法的相对低的计算成本，倾向条的初步布置可以被快速测试以查看是否所述反演给出了合理的速度改变。在此方面，合理的改变可以是在倾向条中产生期望移位的改变，并且这也是相对平滑的。作为结果，所述方法可以使用不同的倾向条集合和不同的平滑约束重试，直到解释者对结果满意为止。

将要理解，在此描述的方法可以使用具有存储在有形介质上的机器可执行指令的计算系统执行。这些指令是可执行的以执行所述方法的每部分，或者自动地或者在操作员的输入的帮助下。在一个实施例中，所述系统包括用于允许数据的输入和输出的结构，以及被配置和安排以显示所述过程步骤的中间和/或最终结果的显示器。根据一个实施例的方法可以包括自动选择用于针对油气资源的开采和/或实验性钻井的位置。在术语处理器被使用的地方，应当理解为其可用于多处理器系统和/或分布式计算系统。

尽管所述方法主要在各向同性的速度和缓慢度方面描述，但是应当理解其也可以用于各向异性的速度和模型的环境中。作为例子，沿着射线路径方向的缓慢度改变可以由用于垂直横向各向同性的参数规定，诸如由Alkhalifah和Tsvankin(1995)描述的。此外，所提的方法可以被修改以重塑地球模型表面，其代表具有对比速度的层之间的地质界线，诸如代表盐体沉积物界线的表面。

本领域技术人员会意识到此处描述的公开的实施例仅作为例子，并且会存在多种变型。本发明仅由权利要求书限定，其包括此处描述的实施例和对本领域技术人员清晰可知的变型。此外，应当理解，在此处的任何一个实施例中描述的或示出的结构特征或方法步骤都可以在其他实施例中使用。

Claims (11)

1.一种用于修改地下区域的地震图像的方法，包括：

识别地震图像内的包括异常特征的多个位置，所述识别多个位置包括在所述多个位置内的每个位置处放置倾向条；

指示与所述异常特征关联的多个结构改变，所述多个结构改变被选择以至少部分校正所述异常特征，所述指示多个结构改变包括指示在地震图像内每个倾向条的位置校正作为沿法向射线的移位；

识别引起所述异常特征的区域，在该区域中要施加对与所述地震图像对应的速度模型的校正；

根据所指示的多个结构改变对所述区域执行反演以确定所述区域的缓慢度改变，其中所述反演包括沿与所述倾向条正交的多个射线的同时反演；

基于所述缓慢度改变更新所述速度模型；以及

基于所述更新的速度模型产生修改的地震图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中根据速度不确定性的高可能性的确定来识别所述区域。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述产生修改的地震图像包括光束迁移。

4.如权利要求1所述的方法，其中速度模型中速度的改变通过优化一组方程来确定，其中对于每个法向射线，所述速度的改变根据指示的结构改变移位所述结构，以便

$\underset{j=1}{\overset{M}{\Σ}}{l}_{ij}\·{\mathrm{\Δs}}_j=S_i\·{\mathrm{\Δd}}_i,---\left(1\right)$

其中Δs_j是第j单元中的缓慢度改变，l_ij是所述第j单元中源于第i识别出的位置处的法向射线的长度，S_i是第i识别出的位置处的缓慢度，并且Δd_i是用于第i识别出的位置处的结构改变的距离，并且其中，沿与所述倾向条正交的多个射线的同时反演最小化代价，所述代价是

$P_s=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\[\underset{j=1}{\overset{M}{\Σ}}{l}_{ij}\·{\mathrm{\Δs}}_j-S_i\·{\mathrm{\Δd}}_i\]}^2.$

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

检查所述修改的图像以确定所述异常特征是否被校正；并且，对于未校正的特征，将识别多个位置、指示多个结构改变、识别区域、执行反演、更新速度模型和产生修改的地震图像进行迭代，直到所述异常特征被校正。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：选择对所述速度模型中的速度改变的约束，其中根据所述选择的约束执行所述反演。

7.如权利要求2所述的方法，其中所述识别区域包括在图形用户界面中呈现地下区域的图像并且使用所述图形用户界面选择所述地下区域的一部分。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述选择包括定义掩蔽的体积。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述定义掩蔽的体积包括用三维刷子绘制所述掩蔽的体积。

10.一种用于修改地下区域的地震图像的系统，包括：

用于识别地震图像内的包括异常特征的多个位置的装置，所述用于识别多个位置的装置包括用于在所述多个位置内的每个位置处放置倾向条的装置；

用于指示与所述异常特征关联的多个结构改变的装置，所述结构改变被选择以至少部分校正所述异常特征，所述用于指示多个结构改变的装置包括用于指示在地震图像内每个倾向条的位置校正作为沿法向射线的移位的装置；

用于识别引起所述异常特征的区域，在该区域中要施加对与所述地震图像对应的速度模型的校正的装置；

用于根据所指示的多个结构改变对所述区域执行反演以确定所述区域的缓慢度改变的装置，其中所述反演包括沿与所述倾向条正交的多个射线的同时反演；

用于基于所述缓慢度改变更新所述速度模型的装置；以及

用于基于所述更新的速度模型产生修改的地震图像的装置。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述用于识别多个位置的装置、所述用于指示多个结构改变的装置和所述用于识别区域的装置是通过图形用户界面实施的。