CN105445785A - 一种横波偏移速度建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速的横波偏移速度建模方法。该方法优选采用动态图像变形最优化技术对纵波终叠剖面和转换波终叠剖面进行层位自动匹配，在最优化匹配条件下，求取两个终叠剖面之间的时移序列，应用这种时空变化的时移序列反演纵横波速度比，然后利用纵波时间-速度对作为控制点，对纵横波速度比做趋势平滑处理，最后根据纵波偏移速度模型和平滑处理后的纵横波速度比，换算出横波偏移速度模型，从而为时间一致性转换波叠前时间偏移提供有效的横波偏移速度模型。此外，通过时间一致性的转换波和纵波偏移剖面的二次层位匹配，还可以迭代更新横波偏移速度模型，以达到成像速度模型所需要的精度。本发明极大地提高了转换波叠前偏移速度建模的效率，减少了人机交互解释的工作量，缩短了转换波叠前偏移的成像处理周期。

Description

一种横波偏移速度建模方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种应用于转换波叠前时间偏移处理的横波偏移速度建模方法。

背景技术

在现有的转换波偏移速度分析和建模技术中，最具有代表性的方法是首先基于精确纵波偏移速度模型和初始横波偏移速度模型对整条测线逐个道集进行转换波叠前时间偏移处理，在偏移处理的成像道集上逐点进行反射波组同相轴偏移效果作横波速度解释拾取，然后根据解释拾取的新的横波速度模型再次进行转换波叠前时间偏移处理。这其中需要再次检查偏移道集中反射波组同相轴是否过偏(速度小)或欠偏(速度大)，从而判断是否需要再次修改速度。由于对速度的评价取决于人眼视觉对成像道集校平的判断以及相关经验，在人机交互解释过程中人为因素较多，因此工作量繁琐而巨大。图1显示了目前大多数偏移速度分析所采用的一种交互界面。其中，图1(a)显示了偏移处理的成像道集(CIP)，图1(b)显示了人机交互解释拾取的横波速度谱。在具体实施时，通常是综合速度谱上的相似性能量团大小和成像道集的偏移效果进行人机交互解释，只有当完成整条测线上所有成像控制点的分析，才能最终得到横波偏移速模型。

另外一种经典的方法是由英国地质调查局各向异性研究项目(EAP)所建立的等效转换波速度建模的方法。该方法不需要纵波偏移速度模型，而是将下行纵波和上行横波的转换波等效为一种C波，应用多参数各向异性速度分析技术，获得转换波等效波速度、有效速度比和各向异性等三个参数。同前述第一种方法一样，这种方法也存在人机交互解释过程，需要根据人眼视觉对成像道集校平的判断和相关经验评价速度和其它参数，人为因素较多。图2显示了C波多参数各向异性偏移速度分析的一种交互界面。同样地，在具体实施时只有完成整条测线上所有成像控制点的分析，才能最终得到C波偏移速模型。

目前所有的转换波偏移速度分析和建模技术，都必须在初始纵、横波或者C波各向异性速度模型的基础上，进行分析点上的叠前时间偏移处理，输出成像道集(CIP)和计算相应的相似性能量的速度谱。由于工作量巨大，因此往往必须借助于计算机的GPU或CPU并行加速技术，才能将偏移速度分析实用化。此外，这其中还需要检查偏移修正的成像道集中反射波组同相轴是否过偏(速度小)或欠偏(速度大)，人机交互解释工作量巨大，是资料处理中最繁重的工作环节。有鉴于此，本发明的技术人员一直致力于寻找一种快速有效的方法建立横波偏移速度模型，以提高转换波地震资料叠前时间偏移处理的效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速的横波偏移速度建模方法，为时间一致性转换波地震资料叠前时间偏移处理提供有效的、合理的横波偏移速度模型。

一种横波偏移速度建模方法，包括以下步骤：

S100，分别对纵波地震资料和转换波地震资料进行叠加处理，获取纵波和转换波的等效速度终叠剖面，并建立纵波偏移速度模型以及获取纵波叠前时间偏移剖面；

S200，对纵波终叠剖面和转换波终叠剖面进行层位匹配处理，求取两个终叠剖面之间的时移序列，根据两个终叠剖面之间的时移序列反演纵横波速度比；

S300，根据纵波偏移速度模型和纵横波速度比，建立横波偏移速度模型；

S400，根据纵波偏移速度模型和横波偏移速度模型，对转换波地震资料进行叠前时间偏移处理，获取其时间与纵波旅行时一致的转换波叠前时间偏移剖面；

S500，对纵波叠前时间偏移剖面和转换波叠前时间偏移剖面进行层位匹配处理，求取两个偏移剖面之间的时移序列；

S600，判断两个偏移剖面之间的时移序列是否大于给定的精度阈值：

如果是，进入步骤S700；

如果否，进入步骤S900；

S700，根据两个偏移剖面之间的时移序列反演纵横波速度比微量变化，根据纵横波速度比微量变化修正纵横波速度比；

S800，根据纵波偏移速度模型和修正后的纵横波速度比，更新横波偏移速度模型，返回步骤S400；

S900，输出横波偏移速度模型。

根据本发明的实施例，所述步骤S200中，优选采用动态图像变形最优化技术对两个终叠剖面进行层位匹配处理，求取两个终叠剖面之间的时移序列。

根据本发明的实施例，所述步骤S500中，优选采用动态图像变形最优化技术对两个偏移剖面进行层位匹配处理，求取两个偏移剖面之间的时移序列。

根据本发明的实施例，所述步骤S200中，在反演纵横波速度比之后，还以纵波速度场的时间-速度对为控制点，对纵横波速度比做层内的趋势平滑处理。

根据本发明的实施例，所述步骤S700中，在反演纵横波速度比微量变化之后，还以纵波速度场的时间-速度对为控制点，对纵横波速度比微量变化做层内的趋势平滑处理。

根据本发明的实施例，所述步骤S200中，可以通过下式求取纵横波速度比：

$\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}=(2c-1)+2c\frac{\mathrm{du}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}$

式中，γ表示纵横波速度比，V_p，V_s分别表示纵波速度和横波速度，t_pp表示纵波双程旅行时，du/dt_pp表示两个终叠剖面之间的时移函数u对纵波双程旅行时的偏导数，c是比例因子。

进一步地，所述步骤S300中，可以通过下式换算出横波偏移速度，建立横波偏移速度模型：

$V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}$

此外，所述步骤S700中，可以通过下式求取纵横波速度比微量变化：

$\mathrm{\Δ\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=(2c^{\′}-1)+{2c}^{\′}\frac{{\mathrm{du}}^{\′}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}$

式中，△γ(t_pp)是纵横波速度比微量变化，du′/dt_pp表示两个偏移剖面之间的时移函数u′对纵波双程旅行时t_pp的偏导数，c′是比例因子。

所述步骤S700中，可以通过下式修正纵横波速度比：

γ(t_pp)＝γ(t_pp)±△γ(t_pp)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明基于动态图像变形最优化技术，进行纵波和转换波层位自动匹配，在层位自动匹配过程中计算两种叠加剖面之间的时空变化量，应用变化量反演纵横波速度比，进而建立横波速度偏移模型，能够极大地提高转换波叠前偏移速度建模的效率，减少人机交互解释的工作量，缩短转换波叠前偏移的成像处理周期

2、本发明通过迭代修正横波速度偏移模型，提高横波速度偏移模型的精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了现有的偏移速度分析方法中的一种交互界面示意图；

图2显示了现有的C波多参数各向异性偏移速度分析中的一种交互界面示意图；

图3显示了本发明提出的横波偏移速度建模方法的一种实施方案的流程图；

图4显示了本发明一实施例中的纵波终叠剖面和转换波终叠剖面；

图5显示了图4经过层位自动匹配处理的纵波终叠剖面和转换波终叠剖面以及相应的纵横波速度比剖面；

图6显示了本发明另一实施例中某工区L385线通过速度交互分析获得的纵波偏移速度模型；

图7显示了L385线纵横波速度比剖面；

图8显示了根据图7所示的纵横波速度比剖面换算出的横波偏移速度模型；

图9显示了L385线转换波层位一致性叠前时间偏移剖面和纵波叠前时间偏移剖面的比较结果；

图10显示了通过不同的方法获得的两种转换波叠前时间偏移剖面的对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。图3显示了本发明的横波偏移速度建模方法的一种实施方案的流程图。需要说明的是，图3显示的流程图仅用于解释本发明，但不构成对本发明的限制。

S100，分别对纵波地震资料和转换波地震资料进行叠加处理，获取纵波和转换波的等效速度终叠剖面，并建立纵波偏移速度模型以及获取纵波叠前时间偏移剖面。

S200，对纵波终叠剖面和转换波终叠剖面进行层位匹配处理，求取两个终叠剖面之间的时移序列，根据两个终叠剖面之间的时移序列反演纵横波速度比。

纵波终叠剖面和转换波终叠剖面可以视为两组二维图像。在本实施例中，优选地根据动态图像变形DIW(DynamicImageWarping)最优化技术，以这两组二维图像最小平方误差为目标，求取两个终叠剖面之间的时移序列。即，按照下式求解两个时间序列的图像f[i]与g[i]之间的时移序列u[i]的最优化问题：

$u[0:N-1]=\underset{l[0:N-1]}{\arg \min }D\left(L\right[0:N-1\left]\right)---\left(1\right)$

式(1)中定义的函数D表示一种距离函数，是与图像误差函数e有关的累计误差函数。

$D\left(L\right[0:N-1\left]\right)\≡\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}e[i,l[i\left]\right]---\left(2\right)$

式(2)中l[i]为延迟量，表示每个样点上的时移大小。

时移序列u[i]满足以下约束条件：

|u[i]-u[i-1]|≤1(3)

而图像的误差函数e可表述为两组图像差的平方：

e[i,l]≡(f[i]-g[i+l])²(4)

根据求取的时移序列，就可以完成纵波终叠剖面和转换波终叠剖面的反射波组的同相轴的层位匹配。也即将来自地下同一反射层位的纵波和转换波的同相轴匹配在纵波时间上，注册为同层反射波组。

然后根据两个终叠剖面之间的时移序列，通过下式求取纵横波速度比：

$\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}=(2c-1)+2c\frac{\mathrm{du}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}---\left(5\right)$

式(5)中γ表示纵横波速度比，V_p，V_s分别表示纵波速度和横波速度，t_pp表示纵波双程旅行时，du/dt_pp表示时移函数u对纵波双程旅行时的偏导数。式(5)描述了时移序列对纵波时间偏导数与纵横波速度比之间的关系。其中，偏导数对应时间应变极限，c是比例因子，取值范围大约在2.0左右。例如当c取2.0，时间应变极限为10％。

优选地，在本实施例中，还以纵波速度场的时间-速度对(已知)为控制点，对上述纵横波速度比做层内的趋势平滑处理，以获得每层稳定变化的纵横波速度比。

S300，根据纵波偏移速度模型和纵横波速度比，建立横波偏移速度模型。

根据已知的纵波偏移速度模型和平滑处理后的纵横波速度比，通过下式换算出横波偏移速度，建立横波偏移速度模型：

$V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}---\left(6\right)$

S400，根据纵波偏移速度模型和横波偏移速度模型，对转换波地震资料进行叠前时间偏移处理，获取其时间与纵波旅行时一致的转换波叠前时间偏移剖面。

S500，对纵波叠前时间偏移剖面和转换波叠前时间偏移剖面再次进行层位匹配处理，求取两个偏移剖面之间的时移序列。

与步骤S200类似，在层位匹配处理过程中，也采用动态图像变形DIW(DynamicImageWarping)最优化技术，计算纵波叠前时间偏移剖面与转换波叠前时间偏移剖面之间的时移序列，完成两个偏移剖面的层位自动匹配。

S600，判断两个偏移剖面之间的时移序列是否大于给定的精度阈值：

如果是，进入步骤S700；

如果否，进入步骤S900；

S700，根据两个偏移剖面之间的时移序列反演纵横波速度比微量变化，根据纵横波速度比微量变化修正纵横波速度比。

首先根据纵波叠前时间偏移剖面与转换波叠前时间偏移剖面之间的时移序列，通过下式求取纵横波速度比微量变化：

$\mathrm{\Δ\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=(2c^{\′}-1)+{2c}^{\′}\frac{{\mathrm{du}}^{\′}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}---\left(7\right)$

式中，△γ(t_pp)表示纵横波速度比微量变化，du′/dt_pp表示两个偏移剖面之间时移函数u′对纵波双程旅行时t_pp的偏导数，c′是比例因子，取值范围大约在1.0左右。

优选地，在本实施例中，还以纵波速度场的时间-速度对(已知)为控制点，对纵横波速度比微量变化做层内的趋势平滑处理，获得每层稳定变化的纵横波速度比微量变化。

最后根据平滑处理后的纵横波速度比微量变化，通过下式修正纵横波速度比：

γ(t_pp)＝γ(t_pp)±△γ(t_pp)(8)

S800，根据纵波偏移速度模型和修正后的纵横波速度比，更新横波偏移速度模型，返回步骤S400。

S900，输出横波偏移速度模型。

理论上，上述实施例中，经过步骤S400获得的转换波叠前时间偏移剖面的时间应当与纵波叠前时间偏移剖面的时间完全一致。但在实际应用时，这两个偏移剖面之间可能仍会存在一定的时移序列，也即剩余时移序列。这种剩余时移序列是由于建立的横波偏移速度模型不合适而产生的。因此本发明提出在步骤S300建立横波偏移速度模型之后，进一步执行步骤S400～步骤S800，以通过偏移剖面的层位匹配来修正不合适的横波偏移速度模型，使其达到成像速度模型所需要的精度。具体来说，应用剩余时移序列反演纵横波速度比的微量变化，根据纵横波速度比的微量变化修正纵横波速度比，然后根据修正的纵横波速度比更新横波偏移速度模型。

一般而言，通过一次迭代修正过程就可以使横波偏移速度模型达到成像速度模型所需要的精度，当然也不排除其他的情况。例如不进行迭代修正，直接输出步骤S400获得的横波偏移速度模型。又或者反复执行步骤S400～步骤S800，进行多次迭代，直至横波偏移速度模型满足给定的精度要求。

实施例一

图4显示了一实施例中的纵波终叠剖面和转换波终叠剖面。其中，图4(a)为纵波终叠剖面，记录时长为5秒，图4(b)为转换波终叠剖面，记录时长为8秒。

图5显示了经过层位自动匹配处理的纵波终叠剖面和转换波终叠剖面，以及根据时移量获得的纵横波速度比剖面。其中，图5(a)为纵波终叠剖面，记录时长为5秒，图5(b)为压缩后的转换波终叠剖面，记录时长为5秒，图5(c)为根据时移量获得的纵横波速度比剖面，记录时长为5秒。

实施例二

图6显示了某工区L385线通过速度交互分析获得的纵波偏移速度模型。图6中纵坐标为纵波双程旅行时(毫秒)，横坐标为道集序号，方框中标示出纵波速度值。根据本发明提供的方法，应用动态图像变形技术DIW(DynamicImageWarping)，对L385线的纵波终叠剖面和转换波终叠剖面进行层位自动匹配处理。在层位匹配处理过程中，计算纵波终叠剖面和转换波终叠剖面之间平滑的垂向时移序列，然后根据时移量计算相应的纵横波速度比。

图7显示了L385线纵横波速度比剖面。图7中纵坐标为纵波双程旅行时(毫秒)，横坐标为道集序号，方框中标示出纵横波速度比值。在已知纵波偏移速度模型的情况下，根据计算出的纵横波速度比，就可以换算出相应的横波偏移速度，建立横波偏移速度模型。

图8显示了根据图7所示的纵横波速度比剖面换算出的横波偏移速度模型。图8中纵坐标为纵波双程旅行时(毫秒)，横坐标为道集序号，方框中标示出横波速度值。在已知纵波偏移速度模型的情况下，利用横波偏移速度模型对转换波地震资料进行时间一致性叠前偏移处理，就可以得到时间注册在纵波旅行时的转换波叠前时间偏移剖面。

图9显示了L385线转换波层位一致性叠前时间偏移剖面和纵波叠前时间偏移剖面的比较结果。其中，图9(a)为转换波叠前时间偏移剖面，图9(b)为纵波叠前时间偏移剖面。图9纵坐标为纵波双程旅行时(毫秒)，横坐标为道集序号，成像的道集范围比速度场小。两种波场的叠前时间偏移剖面在时间坐标轴一致，以便在人机交互中对纵波和转换波进行层位匹配解释。

图10显示了通过不同的方法获得的两种转换波叠前时间偏移剖面的对比图。其中，图10(a)为基于现有的参数各向异性偏移速度建模方法获得的转换波叠前时间偏移剖面，图10(b)为基于本发明的横波偏移速度建模方法获得的转换波叠前时间偏移剖面。前者实质为利用转换波各向异性叠前时间偏移方法获得的结果，后者实质为利用转换波各向同性叠前时间偏移方法获得的结果。这两种偏移结果除了旅行时差异外，前者是按照转换波双程时计时(毫秒)，后者是按照纵波双程时计时(毫秒)，在构造上没有大的差别。这表明本发明提供的横波偏移速度建模方法对转换波偏移成像的有效性。此外，根据多次试验可知，在浅层噪声压制方面后者略好于前者，没有明显的画弧现象，而且在偏移成像能量的聚焦性方面后者也好于前者。当然，本发明的方法也适用于深度域的横波速度建模，能够为解决转换波深度域叠前偏移提供深度域的横波速度模型。

转换波叠前时间偏移剖面提供了另外一种波场的构造成像结果。应用转换波叠前时间偏移剖面提供的地下构造信息，可以弥补由于储层所含流体造成纵波成像出现的成像假象、成像模糊带、小断层和小幅度构造识别等缺陷。在解决特殊储层的构造成像等问题上具备广泛的应用前景。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种横波偏移速度建模方法，包括以下步骤：

S100，分别对纵波地震资料和转换波地震资料进行叠加处理，获取纵波和转换波的等效速度终叠剖面，并建立纵波偏移速度模型以及获取纵波叠前时间偏移剖面；

S200，对纵波终叠剖面和转换波终叠剖面进行层位匹配处理，求取两个终叠剖面之间的时移序列，根据两个终叠剖面之间的时移序列反演纵横波速度比；

S300，根据纵波偏移速度模型和纵横波速度比，建立横波偏移速度模型；

S400，根据纵波偏移速度模型和横波偏移速度模型，对转换波地震资料进行叠前时间偏移处理，获取其时间与纵波旅行时一致的转换波叠前时间偏移剖面；

S500，对纵波叠前时间偏移剖面和转换波叠前时间偏移剖面进行层位匹配处理，求取两个偏移剖面之间的时移序列；

S600，判断两个偏移剖面之间的时移序列是否大于给定的精度阈值：

如果是，进入步骤S700；

如果否，进入步骤S900；

S700，根据两个偏移剖面之间的时移序列反演纵横波速度比微量变化，根据纵横波速度比微量变化修正纵横波速度比；

S800，根据纵波偏移速度模型和修正后的纵横波速度比，更新横波偏移速度模型，返回步骤S400；

S900，输出横波偏移速度模型。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S200中，采用动态图像变形最优化技术对两个终叠剖面进行层位匹配处理，求取两个终叠剖面之间的时移序列。

3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S500中，采用动态图像变形最优化技术对两个偏移剖面进行层位匹配处理，求取两个偏移剖面之间的时移序列。

4.如权利要求1～3任意一项所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S200中，在反演纵横波速度比之后，还以纵波速度场的时间-速度对为控制点，对纵横波速度比做层内的趋势平滑处理。

5.如权利要求1～3任意一项所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S700中，在反演纵横波速度比微量变化之后，还以纵波速度场的时间-速度对为控制点，对纵横波速度比微量变化做层内的趋势平滑处理。

6.如权利要求1～3任意一项所述的横波偏移速度建模方法，其特征在于，所述步骤S200中，通过下式求取纵横波速度比：

$\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}=(2c-1)+2c\frac{\mathrm{du}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}$

式中，γ表示纵横波速度比，V_p，V_s分别表示纵波速度和横波速度，t_pp表示纵波双程旅行时，du/dt_pp表示两个终叠剖面之间的时移函数u对纵波双程旅行时t_pp的偏导数，c是比例因子。

7.如权利要求1～3任意一项所述的横波偏移速度建模方法，其特征在于，所述步骤S300中，通过下式换算出横波偏移速度，建立横波偏移速度模型：

$V_s\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=\frac{V_p\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}{\mathrm{\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)}$

式中，γ表示纵横波速度比，V_p，V_s分别表示纵波速度和横波速度，t_pp表示纵波双程旅行时。

8.如权利要求1～3任意一项所述的横波偏移速度建模方法，其特征在于，所述步骤S700中，通过下式求取纵横波速度比微量变化：

$\mathrm{\Δ\γ}\left(t_{\mathrm{pp}}\right)=(2c^{\′}-1)+{2c}^{\′}\frac{{\mathrm{du}}^{\′}}{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{pp}}}$

式中，△γ(t_pp)是纵横波速度比微量变化，du′/dt_pp表示两个偏移剖面之间的时移函数u′对纵波双程旅行时t_pp的偏导数，c′是比例因子。

9.如权利要求1～3任意一项所述的横波偏移速度建模方法，其特征在于，所述步骤S700中，通过下式修正纵横波速度比：

γ(t_pp)＝γ(t_pp)±△γ(t_pp)

式中，γ(t_pp)是纵横波速度比，△γ(t_pp)是纵横波速度比微量变化。