CN104570103A - 一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，属于地震资料处理领域。本方法包括：(1)测井预处理：对输入的声波时差或者声波速度进行校正，得到经过校正后的声波速度；(2)对经过校正后的声波速度做声波测井数据浅层补偿和向下延伸处理，得到经过浅层补偿和向下延伸的声波速度；(3)对所述经过浅层补偿和向下延拓的声波速度进行时深转换得到层速度，然后对层速度进行均方根速度转换，得到均方根速度；(4)获取所述均方根速度在速度谱上的投影。利用本发明减少了拾取的随机性，提高了速度拾取的精度。

Description

一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法

技术领域

本发明属于地震资料处理领域，具体涉及一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法。

背景技术

基于谱的速度分析是地震资料处理中求取叠加速度的一个重要手段，是速度分析的一个基本工具，这种方法依据速度谱中能量团的强弱拾取叠加速度，对于低信噪比地震资料，速度谱中能量团很弱，甚至没有能量团，或者出现假能量团，这种情况下，处理人员只能凭经验拾取，或者通过提高地震资料信噪比的处理，如：复杂地表的静校正、去噪等，后者虽然能够在一定程度上改善速度谱的质量，但需要投入很多人力和物力，对一些特别差的地震资料往往收效甚微。

低信噪比的地震资料速度谱中普遍存在能量弱、不聚焦等问题，给速度拾取造成很大困难，速度拾取精度低，目前没有特别有效的办法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，充分利用测井速度信息，通过对声波测井进行预处理、浅层补偿和向下延伸，并投影到井旁的CMP道集速度谱上，约束速度拾取，从而提高速度拾取的精度，建立精确的速度场，为获得高质量的叠加和偏移剖面奠定基础。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，包括以下步骤：

(1)测井预处理：对输入的声波时差或者声波速度进行校正，得到经过校正后的声波速度；

(2)对经过校正后的声波速度做声波测井数据浅层补偿和向下延伸处理，得到经过浅层补偿和向下延伸的声波速度；

(3)对所述经过浅层补偿和向下延拓的声波速度进行时深转换得到层速度，然后对层速度进行均方根速度转换，得到均方根速度；

(4)获取所述均方根速度在速度谱上的投影。

所述步骤(1)中的校正包括：井眼影响校正和声波漂移校正。

所述步骤(2)是这样实现的：

对经过校正后的声波速度采用中值滤波做平滑处理，去除孤立的峰值和谷值，保留低频速度，再对低频速度用线性预测法做数据外推得到经过浅层补偿和向下延伸的声波速度。

所述步骤(3)中的时深转换如下：

如果有VSP资料，根据经过资料处理得到时深关系曲线完成时深转换：

假设时深关系曲线为t_i(d_i)，t_i为当深度为d_i时对应的时间，在经过浅层补偿和向下延伸的声波速度中，找到深度为d_i时的声波速度v_i，那么该速度对应的时间就是t_i，从而完成了速度的时深转换；

如果没有VSP资料，通过以下公式进行时深转换：

$t_i=d\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}1/v_j$

其中，d是深度采样间隔，V_j是经过浅层补偿和向下延伸的声波速度，t_i是第i个点的时间；

时深转换完成后得到所述层速度。

所述步骤(3)中的均方根速度转换如下：

根据以下公式将时间域的层速度转换成均方根速度v_rms(i)：

$v_{\mathrm{rms}}^2\left(N\right)=\frac{1}{t_0\left(N\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(v^{\left(i\right)}\right)}^2{t}_0^{\left(i\right)}---\left(9\right)$

式中v⁽ⁱ⁾和是第i个点的层速度和时间值。

所述步骤(4)是这样实现的：

假设速度谱中速度扫描的最大和最小速度分别为v_mih和v_max，速度谱显示中的左上角屏幕坐标为(x₀，y₀)，右下角屏幕坐标为(x₁，y₁)，最大时间为t_max，最小时间是0，则第i个点的均方根速度v_rms(i)在速度谱上的投影位置(x_i，y_i)为：

$x_i=x_0+\frac{x_1-x_0}{v_{\max }-v_{\min }}(v_{\mathrm{rms}}\left(i\right)-v_{\min })$

$y_i=y_0+\frac{y_1-y_0}{t_{\max }}{t}_0\left(i\right)---\left(10\right)$

t₀(i)为速度v_rms(i)对应的时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：井约束速度谱拾取方法对低信噪比地区的速度谱拾取起到了约束和参考作用，减少了速度拾取的盲目性和随机性，从而提高了速度拾取的精度，比传统的通过去噪处理提高速度谱质量的方法更简单，效率更高。

附图说明

图1是测井速度在速度谱上投影的示意图。

图2是本发明方法的步骤框图。

图3是实施例中某油田某区井约束速度谱拾取图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明是针对低信噪比的地震资料速度谱拾取存在精度低的问题，提高速度分析精度的一种方法。

如图2所示，本发明方法包括：

(1)测井预处理：输入声波时差或者声波速度，输出经过校正后的声波速度；

声波测井预处理的主要内容是井眼影响校正和声波漂移校正，井眼影响校正的目的是消除泥浆浸入和井径对声波测井的影响；声波漂移校正是指用VSP测井资料校正声波测井资料，使声波测井与VSP对同一段地层测得的层速度一致。

(2)声波测井数据浅层补偿和向下延伸，得到的是经过浅层补偿和向下延伸的声波速度

因为声波测井时，井口至某个深度是不作观测的，即井口至起测深度间没有实测声波数据，但地面地震记录时间是从零开始的，同时，测井观测的最大深度往往小于地震勘探深度，因此必须对声波测井进行浅层补偿和向下延伸，即对声波测井数据进行外推。目前比较常用的数据外推方法是线性预测法，该方法的缺点是预测结果容易振荡，计算不稳定，为此，本发明没有用声波测井数据直接外推，而是先把声波转换成速度(取声波时差的倒数就是速度(如果输入的是声波速度就不用转换了，这种情况不多见，因为声波测井的原始记录是声波时差，所以要转换))，然后用中值滤波做平滑处理，去除所有孤立的峰值和谷值(这样才能保证计算稳定)，保留低频速度，因为测井速度纵向分辨率远高于地震，这样做不会影响对地震速度的约束，最后再对低频速度用线性预测法做数据外推，减少震荡，增强计算稳定性。具体如下：

①中值滤波的原理：假设x₁，x₂，x₃，x₄，x₅表示一组数值不等的采样值，把它们按其幅度递增(或递减)的顺序排列起来为：x₁，x₄，x₂，x₃，x₅，则其中值就是x₂。以上是采用5个点的中值滤波，实际资料处理时，依据实际情况确定滤波点数。首先以t_i为中心点，问上和向下各取2个点：t_i-1，t_i-2，t_i-1，t_i+2，然后对这5个点按其幅度递增(或递减)排序，取中心点的值即为平滑后的t_i值。

②线性预测的基本原理：

假设经过平滑后的实测声波速度为t_i，在预测第n个点的值时，可用前面的P个点的值t_n-i(i=1，2，3，…，p)线性组合来估计：

$\widehat{t_n}=-\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{t}_{n+k}---\left(1\right)$

式中a_k(k=1，2，3，…，p)是加权系数，残差e_n为：

$e_n=t_n-\widehat{t_n}=t_n+\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{t}_{n-k}---\left(2\right)$

设ε为残差平方和，则

$\mathrm{\ϵ}=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{e}_n^2=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{(t_n+\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{t}_{n-k})}^2---\left(3\right)$

求取系数a_k的准则就是使残差平方和为最小，即要求a_k使

$\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{\∂a_k}=0(k=\mathrm{1,2,3},\·\·\·,p)---\left(4\right)$

式(4)用自相关函数法得到以下矩阵方程：

$\left[\begin{array}{ccccc}{R}_0& R_1& R_2& \·\·\·& R_{p-1}\\ R_1& R_0& R_1& \·\·\·& R_{p-2}\\ R_2& R_1& R_0& \·\·\·& R_{p-3}\\ \·& \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& \·& \·\·& \·\\ R_{p-1}& R_{p-2}& R_{p-3}& \·\·& R_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\\ \·\\ \·\\ \·\\ a_p\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{c}{R}_1\\ R_2\\ R_3\\ \·\\ \·\\ \·\\ R_p\end{array}\right]---\left(5\right)$

R_i为自相关函数，设数据长度为N，R_i由下式计算

$R_i=\frac{1}{N+1-i}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_n{t}_{n-i}---\left(6\right)$

通过解方程(5)求取系数a_k，进而求取预测值

由此得到前向预测第n个点的值为

${\hat{t}}_n^b=-\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k^b{t}_{n+k}---\left(7\right)$

式中是前向预测时实测值的加权系数，后向预测第m个点的值为

${\hat{t}}_m^f=-\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k^f{t}_{m-k}---\left(8\right)$

是后向预测时实测值的加权系数。

首先根据公式(6)计算已知井数据的自相关系数Ri，把它代入公式(5)，解方程(5)得到系数a_k，代入公式(7)得到测井数据浅层补偿，代入公式(8)得到向下延拓的值。

(3)对所述经过浅层补偿和向下延拓的声波速度进行时深转换和均方根速度转换

①时深转换

由测井得到的低频速度是深度域的数据，而速度谱是时间域的数据，因此必须将深度域中的低频速度转换到时间域中。如果有VSP测井，首选VSP时深关系，因为VSP测井能准确地反映地震波在地层中传播速度的变化规律，但并不是每口井都有VSP资料，在没有VSP资料的情况下，要利用测井速度进行积分计算来获得时深数据对，把声波测井低频速度转换到时间域的层速度。具体如下：

如果有VSP资料，经过资料处理会得到时深关系曲线，根据该曲线完成时深转换，具体如下：假设时深关系曲线为t_i(d_i)，t_i为当深度为d_i时对应的时间，在经过浅层补偿和向下延拓的声波速度数据中，找到深度为d_i时的声波速度v_i，那么该速度对应的时间就是t_i，从而完成了速度的时深转换；

如果没有VSP资料，通过以下公式进行时深转换：

$t_i=d\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}1/v_j$

其中，d是深度采样间隔，V_j是深度域的声波速度(即上面得到的经过浅层补偿和向下延拓的声波速度)，t_i是第i个点的时间。时深转换完成后就得到下面用到的层速度。

②均方根速度转换

因为速度谱计算的是均方根速度，因此还需要根据以下公式将时间域的层速度转换成均方根速度v_rms(i)

$v_{\mathrm{rms}}^2\left(N\right)=\frac{1}{t_0\left(N\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(v^{\left(i\right)}\right)}^2{t}_0^{\left(i\right)}---\left(9\right)$

式中v⁽ⁱ⁾和是第i个点的层速度和时间值。

(4)声波测井速度在速度谱上的投影

假设速度谱中速度扫描的最大和最小速度分别为v_min和v_max，速度谱显示中的左上角屏幕坐标为(x₀，y₀)，右下角屏幕坐标为(x₁，y₁)，最大时间为t_max，最小时间是0，则第i个点的测井速度V_rms(i)(就是利用公式(9)得到的均方根速度)在速度谱上的投影位置(屏幕坐标)(x_i，y_i)为：

$x_i=x_0+\frac{x_1-x_0}{v_{\max }-v_{\min }}(v_{\mathrm{rms}}\left(i\right)-v_{\min })$

$y_i=y_0+\frac{y_1-y_0}{t_{\max }}{t}_0\left(i\right)---\left(10\right)$

t₀(i)为速度V_rms(i)对应的时间。

测井速度在速度谱上投影如图1所示。

在实际计算速度谱时，为了减少计算量，通常不是每个CDP都计算，而是按照等间隔CDP进行计算。在无井的CMP处，可以通过已知井的速度沿层线性插值(即沿着构造层位按距离进行线性插值)，得到该CDP位置的井速度，得到该井速度后再进行步骤(1)至(4)的处理。

该方法应用的前提条件是探区内有较多的井，如果井太少的话，会影响速度的精度。

图3为某油田某区井约束速度谱拾取图，图的横坐标是均方根速度。图中可以看到：在浅层0-3000ms之间，速度谱能量比较弱，聚焦差，如果没有约束信息，速度拾取存在很大的不确定性。当把该位置处的井速度经过预处理、浅层补偿后，转成时间域均方根速度投影到速度谱上时(图中白色虚线所示)，速度变化趋势就一目了然，速度拾取变得很容易，图中带“十”字的白色线为拾取的均方根速度，右边的白色实线为由均方根速度转换成的层速度。

本发明针对低信噪比地区的地震速度谱能量质量差，速度拾取困难等问题，提出用井约束速度谱拾取的方法。实现方法是：首先对声波测井进行预处理，消除泥浆、井径对声波测井的影响，并用VSP井资料对声波测井进行校正；然后，对声波测井进行中值滤波，消除突变点，并进行浅层补偿和向下延伸，最后转换成时间域的均方根速度，投影到井旁的CMP道集速度谱上，因为有井速度约束，速度趋势明显，减少了拾取的随机性，从而提高速度拾取的精度。在无井的CMP处，可以通过已知井的沿层插值得到该位置的井速度。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)测井预处理：对输入的声波时差或者声波速度进行校正，得到经过校正后的声波速度；

(2)对经过校正后的声波速度做声波测井数据浅层补偿和向下延伸处理，得到经过浅层补偿和向下延伸的声波速度；

(3)对所述经过浅层补偿和向下延拓的声波速度进行时深转换得到层速度，然后对层速度进行均方根速度转换，得到均方根速度；

(4)获取所述均方根速度在速度谱上的投影。

2.根据权利要求1所述的低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述步骤(1)中的校正包括：井眼影响校正和声波漂移校正。

3.根据权利要求2所述的低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述步骤(2)是这样实现的：

对经过校正后的声波速度采用中值滤波做平滑处理，去除孤立的峰值和谷值，保留低频速度，再对低频速度用线性预测法做数据外推得到经过浅层补偿和向下延伸的声波速度。

4.根据权利要求3所述的低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述步骤(3)中的时深转换如下：

如果有VSP资料，根据经过资料处理得到时深关系曲线完成时深转换：

假设时深关系曲线为t_i(d_i)，t_i为当深度为d_i时对应的时间，在经过浅层补偿和向下延伸的声波速度中，找到深度为d_i时的声波速度v_i，那么该速度对应的时间就是t_i，从而完成了速度的时深转换；

如果没有VSP资料，通过以下公式进行时深转换：

$t_i=d\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}1/v_j$

其中，d是深度采样间隔，V_j是经过浅层补偿和向下延伸的声波速度，t_i是第i个点的时间；

时深转换完成后得到所述层速度。

5.根据权利要求1所述的低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述步骤(3)中的均方根速度转换如下：

根据以下公式将时间域的层速度转换成均方根速度v_rms(i)：

$v_{\mathrm{rms}}^2\left(N\right)=\frac{1}{t_0\left(N\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(v^{\left(i\right)}\right)}^2{t}_0^{\left(i\right)}---\left(9\right)$

式中v⁽ⁱ⁾和是第i个点的层速度和时间值。

6.根据权利要求5所述的低信噪比地震资料的井约束速度谱拾取方法，其特征在于：所述步骤(4)是这样实现的：

假设速度谱中速度扫描的最大和最小速度分别为v_min和v_max，速度谱显示中的左上角屏幕坐标为(x₀，y₀)，右下角屏幕坐标为(x₁，y₁)，最大时间为t_max，最小时间是0，则第i个点的均方根速度v_rms(i)在速度谱上的投影位置(x_i，y_i)为：

$x_i=x_0+\frac{x_1-x_0}{v_{\max }-v_{\min }}(v_{\mathrm{rms}}\left(i\right)-v_{\min })$

$y_i=y_0+\frac{y_1-y_0}{t_{\max }}{t}_0\left(i\right)---\left(10\right)$

t₀(i)为速度v_rms(i)对应的时间。