CN105487113B - 一种用于求取裂缝各向异性梯度的方法 - Google Patents
一种用于求取裂缝各向异性梯度的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于求取裂缝各向异性梯度的方法，包括：基于采集的地震数据获取叠前方位道集角度信息；基于角度信息对叠前方位道集进行叠加处理以获取对应的叠后方位地震数据体；对叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体；基于简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程对反射系数体和角度信息进行处理以获取HTI介质上下两层纵波变异系数差值和相关变量；基于HTI介质上下两层纵波变异系数差值和相关变量计算各向异性梯度。本发明以叠后方位数据为基础，选取地震数据品质高的部分作为反演输入数据，避免了叠前地震资料对计算结果的直接影响，反演方法稳定性高、信噪比高。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理技术领域，具体地说，涉及一种求取地层裂缝的各向异性梯度的方法。
背景技术
在裂缝性油气藏研究中，需要在裂缝预测过程中获得定量的裂缝参数。裂缝参数常选用可以很好的反应裂缝发育强度和方向的各向异性梯度。由于各向异性参数的数量级远远小于地震数据的数量级，因此，多数研究选择将Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程简化，将叠前方位数据作为该方程的输入数据来对该方程反演来得到各向异性梯度。将叠前方位数据作为输入数据虽然保留着野外采集时地震波的振幅随炮检距变化的规律，但地震波数据中有效反射信号信噪比较低，反演结果的准确性和可信度受到叠前资料的直接影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种以叠后地震方位数据为基础获取裂缝各向异性梯度的方法，用以避免叠前地震资料对各向异性梯度结果的直接影响。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于求取裂缝各向异性梯度的方法，包括以下步骤：
步骤一、基于采集的地震数据获取叠前方位道集的角度信息；
步骤二、基于所述角度信息对所述叠前方位道集进行叠加处理以获取对应的叠后方位地震数据体；
步骤三、对所述叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体；
步骤四、基于简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程对所述反射系数体和所述角度信息进行处理以获取各向异性参数和相关变量；
步骤五、基于所述各向异性参数和所述相关变量计算各向异性梯度ΔΓ。
根据本发明的一个实施例，所述各向异性参数包括HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)，所述相关变量为其中，为HTI介质上下两层纵波速度平均值，为HTI介质上下两层横波速度平均值，Δγ为HTI介质上下两层横波各向异性差值。
根据本发明的一个实施例，所述角度信息包括叠前方位道集的方位角信息和入射角信息。
根据本发明的一个实施例，在步骤二中，通过将方位角对应的叠前方位道集按照相同的入射角方向进行叠加以获取该方位角对应的叠后方位地震数据体。
根据本发明的一个实施例，在步骤三中，对所述叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体的过程包括：
基于最大似然反褶积建立所述叠后方位地震数据体的最小目标函数并通过迭代以求取反射系数；
基于所述反射系数和初始阻抗模型，采用递推算法得到初始波阻抗模型；
基于测井约束条件对所述初始波阻抗模型和所述反射系数进行调整以获取对应的反射系数体。
根据本发明的一个实施例，所述简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程为：
其中，θ为入射角，为方位角，为HTI介质上下两层纵波速度平均值，为HTI介质上下两层横波速度平均值，为HTI介质上下两层密度平均值，Δα为HTI介质上下两层纵波速度差值，Δβ为HTI介质上下两层横波速度差值，Δρ为HTI介质上下两层密度差值，Δδ(V)为HTI介质上下两层纵波变异系数差值，Δγ为HTI介质上下两层横波各向异性差值。
根据本发明的一个实施例，在步骤四中，进一步包括：
基于所述入射角信息获取叠前方位道集的最大入射角θ2和最小入射角θ1，并设定累加的间隔，将所述简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程按入射角方向累加以得到：
其中，
基于按入射角方向累加后的简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程，任选三个不同方位角及对应的反射系数体进行处理以得到所述HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和所述相关变量
根据本发明的一个实施例，在步骤五中，基于Ruger各向异性梯度计算公式对所述HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和所述相关变量进行处理以得到各向异性梯度ΔΓ，所述Ruger各向异性梯度计算公式为：
本发明带来了以下有益效果：
本发明以叠后方位数据为基础，避免了叠前地震资料对反演计算结果的直接影响，使得反演方法稳定性高、信噪比高。同时，本发明计算精度不受输入数据体的个数影响，在实际应用过程中易于实现。本发明直接选取地震数据品质高的部分进行叠加作为反演输入数据，避免了叠前角度域道集存在的能量分布不均的问题。
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
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；
图2是根据本发明的一个实施例的正演得到的10°、45°、90°方位的叠前数据；
图3是根据本发明的一个实施例的反演得到的10°、45°、90°方位对应的反射系数；以及
图4是根据本发明的一个实施例的计算得到的各向异性梯度ΔΓ。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图。以下参考图1来对本发明所述的方法进行详细说明。
在步骤S110中，基于采集的地震数据获取叠前方位道集的角度信息。
在该步骤中，在进行叠加处理之前，基于采集到的地震数据获取地震数据的叠前方位道集，并同时获取对应叠前方位道集的方位角信息和叠前方位道集的入射角信息。
在步骤S120中，对叠前方位道集进行叠加处理以获取对应的叠后方位地震数据体。在该步骤中，针对每个叠前方位道集按相同的入射角方向进行叠加处理以获取对应的叠后方位地震数据体。
在步骤S130中，对叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体。现有的稀疏脉冲反演过程可分为以下几个步骤。
首先，采用最大似然反褶积进行反射系数的反演。最大似然反褶积对地层的假设认为：地层的反射系数是由较大的反射界面的反射和具有高斯背景的小反射叠加组合而成，导出一个最小目标函数：
其中，R2和N2分别为反射系数的均方值和噪音的均方值，r(K)和n(K)表示第K个采样点的反射系数和噪音，M表示反射层数，N表示采样总数，λ1表示给定反射系数的似然值。通过对该最小目标函数进行多次迭代来求取反射系数。
然后，根据最大似然反褶积计算得到的反射系数序列，结合初始阻抗模型，采用递推算法，反演得到初始的波阻抗模型：
其中，Z(i)为第i层的波阻抗值，R(i)为第i层的反射系数。
最后，结合测井约束条件进行波阻抗反演。约束稀疏脉冲反演对每一道依据目标函数对计算出的初始波阻抗进行调整，包括对反射系数的调整。目标优化函数为：
F＝Lp(r)+λ2Lq(s-d)+a-1L1ΔZ (3)
其中，r为反射系数序列，ΔZ为阻抗趋势的差序列，d为地震道序列，s为合成地震道序列，λ2为残差权重因子，a为趋势权重因子，p、q为L模因子。具体的，右式第一项反映了反射系数的绝对值和，第二项反映了合成声波记录与原始地震数据的差值，第三项为趋势约束项。
通过稀疏脉冲反演计算得到分别对应不同方位角的反射系数体。
在步骤S140中，基于简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程对所述反射系数体和所述角度信息进行处理以获取各向异性参数和相关变量。其中，各向异性参数包括HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)，相关变量为
Ruger(1998)借助弱各向异性的概念，推导出HTI(横向各向异性介质)介质纵波近似反射系数方程：
其中，和分别为HTI介质上下两层纵波速度平均值、横波速度平均值以及介质密度平均值；Δδ(V)、Δε(V)和Δγ分别为上下两层各向异性参数差值，与裂缝密度和缝隙充填流体有关，Δδ(V)为上下两层纵波变异系数差值，Δε(V)为上下两层纵波各向异性差值，Δγ为上下两层横波各向异性差值；θ和分别代表入射角和方位角，分别与裂缝的发育方向有关。
根据Thomsen(1986)得到的弱各向异性理论，在绝大多数情况下认为Δδ(V)项是影响各向异性的最主要参数。以此为依据对式(4)进行化简，舍去Δε(V)cos4 项，从而得到下式：
基于叠前方位道集的角度信息获取入射角的最大入射角θ2和最小入射角θ1。一般入射角的范围可选择0°≤θ1≤θ2≤30°。在实际资料应用中，入射角叠加的范围(θ1,θ2)的选取可以根据叠前方位道集的资料品质进行调整来选取资料品质高的道集进行计算。依据选取的入射角范围(θ1,θ2)和入射角累加的间隔将式(3)中的参数入射角θ消去，从而得到下式：
其中，
0°≤θ1≤θ2≤30°，
此处的入射角累加的间隔可选择1°或2°等，当然依据具体情况也可选择其他的角度间隔。
选取通过稀疏脉冲反演计算得到的分别对应三个不同方位角和的反射系数体和然后将三个不同方位角和及对应的反射系数和分别代入式(7)中得到：
然后将(8)中的三个方程联立得到HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和相关变量其中，
最后，在步骤S150中，将HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和相关变量代入Ruger各向异性梯度计算公式以得到各向异性梯度ΔΓ。Ruger各向异性梯度计算公式为：
以下将通过一个具体的实施例来对本发明所述的方法进行说明。该实施例基于表1的向异性介质模型数据进行试算。
表1 各向异性介质模型数据
| 分层 | α | β | ρ | ε(V) | δ(V) | γ |
| 1 | 2400 | 912 | 2.17 | 0.06 | 0.15 | 0.20 |
| 2 | 2800 | 1064 | 2.25 | 0.04 | 0.18 | 0.12 |
其中，α，β和ρ分别为HTI介质纵波速度、横波速度以及密度；δ(V)为纵波变异系数，ε(V)为纵波各向异性，γ为横波各向异性。此处选择方位角为10°、45°和90°的叠前方位道集的数据。如图2所示为正演得到的10°、45°和90°方位角的叠前方位道集数据。如图2所示，图中表示了方位角分别为10°、45°和90°时对应入射角在1°～30°的范围内的分布，其中，图中横轴为入射角度范围，纵轴为时间。将图2中三个方位角的叠前方位道集数据分别按照相同的入射角方向进行叠加，然后对叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演，计算得到对应的反射系数体RPP(10°)、RPP(45°)和RPP(90°)。如图3所示为稀疏脉冲反演得到的对应以上三个方位角的反射系数体，其中横轴为入射角范围，纵轴为反射系数值。
然后，基于叠前方位道集的入射角信息，本次叠前地震数据沿入射角累加的范围选取为0°≤θ1≤θ2≤30°，入射角间隔为1°。
根据：和分别计算出A＝1.3607，B＝0.2636，C＝2.7214。
在实际资料应用中入射角叠加的范围(θ1，θ2)的选取可以根据叠前方位道集的资料品质进行调整，比如目前大多数叠前地震道集中存在着小入射角和大入射角能量分布不均衡的现象，此时可以调整θ1和θ2的取值来避开资料品质低的道集，选取资料品质高的道集进行计算。虽然在叠加的过程中缺少了地震资料，但是在理论上还是可以得到精确的解。
根据已知的方位角信息和反射系数体RPP(10°)、RPP(45°)和RPP(90°)，A、B和C的值，带入式(9)和(10)中，计算得到HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和相关变量通过式(11)计算得到各向异性梯度ΔΓ。图4为根据各向异性梯度绘制的各向异性梯度椭圆，各向异性梯度椭圆的扁率代表各向异性的强度，椭圆的长轴方向代表裂缝发育方向。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (5)
1.一种用于求取裂缝各向异性梯度的方法，包括以下步骤：
步骤一、基于采集的地震数据获取叠前方位道集的角度信息，所述角度信息包括叠前方位道集的方位角和入射角；
步骤二、基于所述角度信息对所述叠前方位道集进行叠加处理以获取对应的叠后方位地震数据体；
步骤三、对所述叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体；
步骤四、基于简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程对所述反射系数体和所述角度信息进行处理以获取各向异性参数和相关变量；
步骤五、基于所述各向异性参数和所述相关变量计算各向异性梯度ΔΓ；
其中，在步骤四中，进一步包括：
基于所述入射角信息获取叠前方位道集的最大入射角θ2和最小入射角θ1，并设定累加的间隔，将所述简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程按入射角方向累加以得到：
其中，
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基于按入射角方向累加后的简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程，任选三个不同方位角及对应的反射系数体进行处理以得到所述HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和所述相关变量同时，θ为入射角，为方位角，为HTI介质上下两层纵波速度平均值，为HTI介质上下两层横波速度平均值，为HTI介质上下两层密度平均值，Δα为HTI介质上下两层纵波速度差值，Δβ为HTI介质上下两层横波速度差值，Δρ为HTI介质上下两层密度差值，Δδ(V)为HTI介质上下两层纵波变异系数差值，Δγ为HTI介质上下两层横波各向异性差值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，通过将方位角对应的叠前方位道集按照相同的入射角方向进行叠加以获取该方位角对应的叠后方位地震数据体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤三中，对所述叠后方位地震数据体进行稀疏脉冲反演以获取对应的反射系数体的过程包括：
基于最大似然反褶积建立所述叠后方位地震数据体的最小目标函数并通过迭代以求取反射系数；
基于所述反射系数和初始阻抗模型，采用递推算法得到初始波阻抗模型；
基于测井约束条件对所述初始波阻抗模型和所述反射系数进行调整以获取对应的反射系数体。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述简化的Ruger HTI介质纵波近似反射系数方程为：
其中，θ为入射角，为方位角，为HTI介质上下两层纵波速度平均值，为HTI介质上下两层横波速度平均值，为HTI介质上下两层密度平均值，Δα为HTI介质上下两层纵波速度差值，Δβ为HTI介质上下两层横波速度差值，Δρ为HTI介质上下两层密度差值，Δδ(V)为HTI介质上下两层纵波变异系数差值，Δγ为HTI介质上下两层横波各向异性差值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤五中，基于Ruger各向异性梯度计算公式对所述HTI介质上下两层纵波变异系数差值Δδ(V)和所述相关变量进行处理以得到各向异性梯度ΔΓ，所述Ruger各向异性梯度计算公式为：
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