CN106443768A - 一种叠前深度域合成地震记录制作方法 - Google Patents

Abstract

一种叠前深度域合成地震记录制作方法是一种石油地震勘探正演数值模拟技术，它首先利用纵波速度场把深度域地震数据转换为常速度深度域地震数据，然后从常速度深度域地震数据中提取深度域地震子波，再利用纵波速度模型将常速度深度域地震子波变换到深度域，得到一组匹配不同深度地层速度的深度域地震子波集合，利用深度域AVO反射系数对深度域地震子波进行加权，然后叠加即可得到叠前深度域合成地震记录角道集。该技术解决了深度域褶积模型不满足线性时不变条件的算法问题，可作为深度域地震数据的正演分析和深度域叠前参数反演的基础。

Description

一种叠前深度域合成地震记录制作方法

技术领域

本发明涉及石油地震勘探正演数值模拟领域，建立了一种利用依赖地层速度的深度域地震子波和深度域地震弹性参数计算叠前深度域地震正演记录角道集的技术，它解决了深度域褶积模型存在的不满足线性时不变系统的算法问题。

背景技术

利用弹性参数模型正演模拟获得地震记录，是研究储层物理性质的地震响应特征和反演储层岩石弹性参数的重要基础。地震子波与反射系数褶积是实现时间域地震记录正演模拟的主要手段之一。然而，在深度域，地震子波是受地层速度控制的，即依赖地层速度，其波长随着速度的增加而增大，而地层速度在深度域中的变化和差异，将使得深度域地震子波随深度发生变化，此时的反射系数与地震子波的褶积不满足线性时不变条件，导致在深度域地震子波与反射系数直接褶积合成深度域地震记录不具备可行性。

目前实现深度域合成地震记录的方法，一种方法是采用恒定的深度域地震子波与反射系数褶积合成地震记录；第二种方法是实现线性时不变褶积条件，从而通过地震子波与反射系数褶积运算合成深度域地震记录，它利用深度域速度模型将反射系数转换到常速度下的伪深度域，该常速度与提取伪深度域地震子波的速度一致，对伪深度域地震子波和转换后的非一致性采样反射系数以相同的采样率进行重采样，由于伪深度域中速度为常量，地震子波是恒定的，与伪深度不具有相关性，因此反射系数与地震子波的褶积运算满足线性时不变系统，运用褶积算子合成地震记录，再进行伪深度域到深度域的反变换，达到正演模拟深度域地震记录的目的。

随着叠前深度偏移技术的发展以及地震资料时深转换造成的高频信息损失，发展包括深度域正演数值模拟等的深度域地震数据处理和解释技术意义重大。上述利用恒定深度域地震子波与反射系数的褶积运算合成深度域地震记录的技术，没有考虑深度域地震子波依赖速度在深度域的变化性质；此类基于线性时不变褶积条件下的深度域地震记录合成方法，对伪深度域反射系数进行非一致性重采样，会导致部分反射系数信息丢失，除非使用极高的采样率时才能避免对反射系数的漏采样；此外，在执行反变换至深度域获得合成地震记录的过程中，因为插值和一致性重采样，新增的深度采样点数据直接导致合成地震记录中较高频率的有效信息缺失。

发明内容

本发明是要提供一种通过对依赖速度的深度域地震子波进行地震反射系数加权再叠加，以合成深度域地震记录的方法。这种方法考虑了深度域地震子波在深度域中随地层速度变化的特性，并且直接在深度域中完成合成地震记录的制作。

本发明的一种叠前深度域合成地震记录制作方法，首先根据深度域速度模型和常速度深度域地震子波，插值求取匹配不同深度范围的地震子波以构成深度域地震子波集合，该集合中的深度域地震子波因不同深度位置的地层速度差异而不同，体现了深度域地震子波在深度方向上变化的特性。

本发明的一种叠前深度域合成地震记录制作方法，采用深度域信号“加权-叠加”的褶积计算方法，能将线性时变的依赖地层速度的深度域地震子波与线性时不变反射系数进行褶积运算，实现深度域地震记录的合成。

本发明的基于加权叠加的深度域合成地震记录制作方法，具有以下优越性：

本发明提出了一种新的深度域加权叠加褶积算法，使深度域地震子波与反射系数合成地震记录的运算真正在深度域直接实现，从而使合成地震记录保留有完整的较高频率的信息，避免了常规算法在合成深度域地震记录时存在的这些问题：需要进行深度域和时间域相互转换、产生的重采样需求导致更多的插值处理，尤其是对地震波场的内插运算。

本发明的具体实现原理如下：

首先输入深度域地震数据S(iΔh)和纵波速度场V_p(iΔh)、横波速度V_s(iΔh)和密度参数ρ(iΔh)，依据AVO方程计算深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)，其中θ为入射角。

利用纵波速度场V_p(iΔh)将深度域地震数据转换到速度为V_m的常速度深度域中，得到常速度深度域地震数据S_pse(iΔh_pse，i)，其采样间隔为：

Δh_pse，i＝Δh·V_m/V(iΔh)

其中，Δh为深度域采样间隔，Δh_pse，i是常速度深度域的非一致性采样间隔，i表示地震信号采样点序号。对转换得到的常速度深度域非一致性采样地震数据进行重采样得到一致性采样地震数据S_pse(iΔh_pse)，Δh_pse是常速度深度域的常采样间隔，然后提取出合成深度域地震记录所需的依赖速度V_m的地震子波W_Vm(jΔh_pse)，j为地震子波采样点序号。

然后，根据纵波速度模型V_p(iΔh)和控制常速度深度域地震子波的速度V_m，将深度域一致性采样间隔序列{Δh₁,Δh₂,…,Δh_N-1}映射至常速度深度域，映射方法与上述地震数据从深度域转换到常速度深度域的算法同理，得到常速度深度域非一致性采样间隔序列{Δh_pse,1,Δh_pse,2,…,Δh_pse,N-1}。深度域采样间隔序列满足Δh＝Δh₁＝Δh₂＝…＝Δh_N-1，其中N为深度域反射系数采样长度。

拾取常速度深度域地震子波波峰的深度坐标j_peakΔh_pse，再从常速度深度域非一致性采样间隔序列中抽取出计算反射系数R(iΔh)待加权地震子波所需的采样间隔序列：

{Δh_pse,i-m,…,Δh_pse,i-2,Δh_pse,i-1,Δh_pse,i,Δh_pse,i+1,…,Δh_pse,i+n}

式中，i-m≥1，i+n≤N-1。

利用地震子波波峰的深度坐标j_peakΔh_pse和抽取出的一段采样间隔序列计算地震子波非一致性采样的常速度深度坐标序列：

式中，整数m与n的值分别由以下条件自适应决定：

其中，j_minΔh_pse和j_maxΔh_pse分别为常速度深度域地震子波的最小和最大深度坐标。

然后，根据已知的一致性采样点的地震子波数据，利用三次样条插值求取已计算的常速度深度坐标序列的地震子波采样值，得到的常速度深度域非一致性采样地震子波即为Δh采样的深度域地震子波W_i(jΔh)，且常速度深度域的深度域地震子波的深度坐标j_peakΔh_pse映射为深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)的深度坐标iΔh。

重复上述常速度深度域的深度采样间隔序列抽取至地震子波插值的操作，计算每个反射系数待加权深度域地震子波，得到一组匹配不同深度位置且受该位置地层速度控制的深度域地震子波集合。

最后，用深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)加权对应的深度域地震子波W_i(jΔh)，再对这些加权后的深度域地震子波进行叠加，就得到了叠前深度域合成地震记录角道集，其表达式如下：

附图说明

图1是包含多个地层的地质模型的深度域地震记录合成图，其中图1a是地质模型的深度域纵波、横波和密度参数，图1b是与图1a对应的叠前深度域合成地震记录角道集。其中，纵坐标是深度，单位为米，图1a的横坐标为速度(左)和密度(右)，单位分别为米/秒、克/立方厘米，图1b的横坐标是地震波入射角度，单位为度。

图2是利用某油田测井纵波速度、横波速度和密度曲线计算的深度域合成地震记录，其中图2a是深度域纵波、横波和密度测井曲线，图2b是与图2a对应的叠前深度域合成地震记录角道集。其中，纵坐标是深度，单位为米，图2a的横坐标为速度(左)和密度(右)，单位分别为米/秒、克/立方厘米，图2b的横坐标是地震波入射角度，单位为度。

具体实施方式

本发明的实施方案包括以下步骤：(1)输入深度域地震数据和弹性参数(纵波速度、横波速度和密度)模型，根据AVO方程计算得到深度域地震反射系数R(θ,iΔh)；(2)利用纵波速度场将深度域地震数据转换到速度V_m下的常速度深度域中，提取合成地震记录所需的深度域地震子波W_Vm(jΔh_pse)；(3)利用深度域纵波速度模型及常速度V_m，将深度域采样间隔序列映射至常速度深度域，得到常速度深度域非一致性采样间隔序列；(4)拾取常速度深度域地震子波W_Vm(jΔh_pse)波峰的深度值，利用该深度和常速度深度域非一致性采样间隔序列计算深度域地震子波非一致性采样深度序列，采用三次样条插值求取常速度深度域非一致性采样地震子波，得到R(iΔh)待加权深度域地震子波W_i(jΔh)，依次计算每个反射系数待加权深度域地震子波，得到一组匹配不同深度范围且受纵波速度控制的深度域地震子波集合；(5)用深度域地震反射系数R(θ,iΔh)加权对应的深度域地震子波W_i(jΔh)，将它们叠加后得到叠前深度域合成地震记录角道集。

本发明的实施实例说明：

图1是深度域多层地质模型的合成地震记录计算实例，从图1a可见，地质模型的纵波速度、横波速度与密度值在局部有所减小，总体则呈现逐渐增大的低频趋势。利用本发明的方法，对图1a中的纵波速度、横波速度与密度计算深度域AVO反射系数，采用速度为2000米/秒的常速度深度域地震子波(采样率为0.1米)，形成不同地层速度的深度域地震子波集合，计算得到了不同角度的叠前深度域合成地震记录角道集(如图1b所示)。从图1b可见，在深度方向上，随着纵波速度增大，反射界面处的地震同相轴变宽，说明深度域地震记录中的地震子波是依赖地层速度的，它具有随地层速度变化而发生变化的特性。

图2是利用某油田采集的实际深度域测井数据和地震数据计算的深度域合成地震记录实例，图2a是一段深度间隔内的测井纵波速度和密度曲线，其中的横波速度曲线通过纵横波速度关系式求得到。图2b是与之对应的，利用本发明的方法，对图2a中的测井曲线计算AVO 反射系数，将对应的深度域地震数据转换至速度为2000米/秒的常速度深度域，再提取深度域地震子波(采样率为0.1米)，形成不同地层速度的深度域地震子波集合，计算得到了不同角度的叠前深度域合成地震记录角道集(如图2b所示)，从图2b可见，在深度方向上，深度域地震记录中的地震子波表现出随地层速度变化而发生变化的特性，即依赖地层速度的特征；另外，各地层的地震反射振幅随入射角度变化，即体现了AVO特征。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种叠前深度域合成地震记录制作方法，包括以下具体步骤：

1)输入深度域地震数据、纵波速度、横波速度与密度参数模型，计算深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)；

2)利用纵波速度场将深度域地震数据转换为速度是V_m的常速度深度域地震数据，提取依赖该速度的常速度深度域地震子波

3)通过深度域纵波速度模型和速度V_m，将深度域采样间隔序列映射到常速度深度域，得到常速度深度域非一致性采样间隔序列；

4)拾取常速度深度域地震子波波峰的深度位置，然后从常速度深度域非一致性采样间隔序列中抽取出深度域地震子波所需的采样间隔序列，进而计算深度域地震子波的非一致性采样深度序列，并采用三次样条插值求取深度域地震子波在各采样点的值，得到待加权深度域地震子波W_i(jΔh)，建立不同深度范围且依赖地层纵波速度的深度域地震子波集合；

5)用深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)加权对应的深度域地震子波W_i(jΔh)后，将它们叠加，得到叠前深度域合成地震记录角道集。

2.根据权利要求1所述的一种叠前深度域合成地震记录制作方法，其特征在于：各步骤采用了以下详细的实现算法：

利用纵波速度场V_p(iΔh)将深度域地震数据转换到速度为V_m的常速度深度域中，得到常速度深度域地震数据S_pse(iΔh_pse,i)，其采样间隔为：

Δh_pse,i＝Δh·V_m/V(iΔh)

其中，Δh为深度域采样间隔，Δh_pse,i是常速度深度域的非一致性采样间隔，i表示地震信号采样点序号。对转换得到的常速度深度域非一致性采样地震数据进行重采样得到一致性采样地震数据S_pse(iΔh_pse)，Δh_pse是常速度深度域的常采样间隔，然后提取出合成深度域地震记录所需的依赖速度V_m的地震子波j为地震子波采样点序号。

然后，根据纵波速度模型V_p(iΔh)和控制常速度深度域地震子波的速度V_m，将深度域一致性采样间隔序列{Δh₁,Δh₂,…,Δh_N-1}映射至常速度深度域，得到常速度深度域非一致性采样间隔序列{Δh_pse,1,Δh_pse,2,…,Δh_pse,N-1}。深度域采样间隔序列满足Δh＝Δh₁＝Δh₂＝…＝Δh_N-1，其中N为深度域反射系数采样长度。

拾取常速度深度域地震子波波峰的深度坐标j_peakΔh_pse，再从常速度深度域非一致性采样间隔序列中抽取出计算反射系数R(iΔh)待加权地震子波所需的采样间隔序列：

{Δh_pse,i-m,…,Δh_pse,i-2,Δh_pse,i-1,Δh_pse,i,Δh_pse,i+1,…,Δh_pse,i+n}

式中，i-m≥1，i+n≤N-1。

利用地震子波波峰的深度坐标j_peakΔh_pse和抽取出的一段采样间隔序列计算地震子波非一致性采样的常速度深度坐标序列：

$\left\{j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}-\underset{index=i-1}{\overset{i-m}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_{pse,index},\mathrm{...},j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}-{\mathrm{\Δh}}_{pse,i-1},j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse},j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}+{\mathrm{\Δh}}_{pse,i},\mathrm{...},j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}+\underset{index=i}{\overset{i+n}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_{pse,index}\right\}$

式中，整数m与n的值分别由以下条件自适应决定：

$\left\{\begin{array}{c}{j}_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}-\underset{index=i-1}{\overset{i-m}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_{pse,index}\≤j_{\min }{\mathrm{\Δh}}_{pse}\\ j_{peak}{\mathrm{\Δh}}_{pse}+\underset{index=i}{\overset{i-n}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_{pse,index}\≥j_{\max }{\mathrm{\Δh}}_{pse}\end{array}\right.$

其中，j_minΔh_pse和j_maxΔh_pse分别为常速度深度域地震子波的最小和最大深度坐标。

然后，根据已知的一致性采样点的地震子波数据，利用三次样条插值求取已计算的常速度深度坐标序列的地震子波采样值，得到的常速度深度域非一致性采样地震子波即为Δh采样的深度域地震子波W_i(jΔh)，且常速度深度域的深度域地震子波的深度坐标j_peakΔh_pse映射为深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)的深度坐标iΔh。

重复上述常速度深度域的深度采样间隔序列抽取至地震子波插值的操作，计算每个反射系数待加权深度域地震子波，得到一组匹配不同深度位置且受该位置地层速度控制的深度域地震子波集合。

最后，用深度域地震AVO反射系数R(θ,iΔh)加权对应的深度域地震子波W_i(jΔh)，再对这些加权后的深度域地震子波进行叠加，就得到了叠前深度域合成地震记录角道集，其表达式如下：

$S_{syn}(\mathrm{\θ},i\mathrm{\Δ}h)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}R(\mathrm{\θ},i\mathrm{\Δ}h)W_i\left(j\mathrm{\Δ}h\right)$