CN106842292A - 基于声波时差曲线约束的频带拓展方法 - Google Patents

Abstract

本发明为基于声波时差曲线约束的频带拓展方法，基于声波时差曲线约束进行频带拓展，其实质就是利用从测井数据中提取的声波时差曲线，通过声波阻抗转换成反射系数，将反射系数与不同主频的子波相结合创建人工合成记录，最后从合成记录中提取匹配滤波算子与实际资料进行匹配，得到与井记录相吻合的地震资料。本发明的方法能够在考虑井资料信息的同时，根据需求最大限度的展宽资料频带，且能够最大程度的保护有效信号，方法简便易行。相比其他方法，其技术优势显得更为突出。

Description

基于声波时差曲线约束的频带拓展方法

技术领域

本发明属于油气勘探地震资料处理领域，是一种根据声波时差曲线拓展数据频带的方法。

现有技术

声波时差曲线是计算地层速度、砂岩孔隙率和解释岩性不可缺少的一条曲线。现有的基于声波时差曲线的技术通常应用于测井领域以及进行合成地震记录标定，可以将测井信息与地震信息进行联系，从而间接地进行地震资料分辨率的评价。而在评价或标定的过程中可以通过合成记录获得井旁的地震子波，这些信息可以作为约束地震资料分辨率的一种标准，如果能够加以利用，就可以进行资料分辨率的拓展。目前还没有运用声波时差曲线拓展地震资料频带的方法。

随着油气勘探工作的不断深化，井资料信息在地震资料处理中所起的作用越来越大。但由于处理过程中常规处理技术得到的资料分辨率不能达到地震解释的要求，得到的地震资料分辨率不能与井资料吻合，无法满足地震精细解释的需求，影响解释精度及后期的开发。因此在数据处理过程中如何适当地提高资料分辨率，使之与井资料吻合变得越来越重要。

提高资料分辨率是现阶段地震资料处理中的关键环节。随着油气藏的进一步开发，薄储层、微幅构造、小断层等小尺度的地质体越来越受到关注，而目前的地震资料层间信息不够丰富，难以准确识别微幅构造、薄砂体等小尺度地质体。如何准确提高资料分辨率成为现阶段地震资料处理的重要内容。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题,提供一种通过声波时差曲线获取井位附近的地震子波来拓展资料频带,提高资料分辨率的基于声波时差曲线约束的频带拓展方法。

本发明的总体技术方案是：

基于声波时差曲线约束进行频带拓展，其实质就是利用从测井数据中提取的声波时差曲线，通过声波阻抗转换成反射系数，将反射系数与不同主频的子波相结合创建人工合成记录，最后从合成记录中提取匹配滤波算子与实际资料进行匹配，得到与井记录相吻合的地震资料。

上述方案进一步包括：

(1)根据声波时差曲线获取反射系数。首先将深度域声波时差曲线利用时间-深度转换尺转换到时间域，然后通过时间域的声波时差曲线和地层密度值计算出声波阻抗(ρv),通过声波阻抗的变化计算出反射系数(RC),公式如下：

其中ρ是密度，v是相同位置处的声波时差曲线计算的速度，a代表某一地层，r是反射系数，反映了上下两层介质的波阻抗差。

(2)设定用于产生合成记录的理论子波。使用理论子波作为合成记录的子波可以更方便地进行人为控制，选择其相位、频率及其他参数，也更容易构想出它和反射系数序列褶积出合成记录道的情况。

(3)生成合成地震记录。利用反射系数与创建的理论子波进行褶积获得合成地震记录，公式如下：

x(t)＝w(t)*r(t) (2)

其中x(t)是合成记录，w(t)是给定的理论子波，r(t)是反射系数。

(4)匹配滤波算子求取。利用得到的合成地震记录作为模型与实际地震资料进行互相关求取匹配滤波算子。

(5)匹配滤波算子的应用。将求得的匹配滤波算子作用于实际地震数据的所有地震道，完成实际地震数据子波匹配滤波的处理，获得能够与井资料吻合的不同主频的资料。应用公式如下：

y(t)＝x(t)*m(t) (9)。

上述方案还包括：

利用得到的合成地震记录作为模型与实际地震资料进行互相关求取匹配滤波算子方法是：

假设实际地震资料与合成记录的波记录分别为：实际地震数据子波x_i(t)(i＝1,2，…N)和合成记录子波y_i(t)(i＝1,2，…N)。其中i为道号；N为参与运算的总道数。

设计一个匹配滤波算子m_i(t)作用于x_i(t)，使实际地震数据子波x_i(t)经过褶积滤波后逼近合成记录子波y_i(t)。假设匹配滤波后，实际输出x_i(t)*m_i(t)与期望输出y_i(t)的误差为e_i(t)，那么则有

e_i(t)＝x_i(t)*m_i(t)-y_i(t) (3)

误差能量总和为

应用最小二乘法原理，令总误差能量E对m_i(t)的偏导数等于零，即

可以得到求解匹配滤波算子的托布里兹矩阵方程

R_xx·M＝R_zr (6)

式中：R_xx表示输入道x_i(t)的自相关函数矩阵；M为匹配滤波算子向量；R_zr表示期望输出道y_i(t)与输入道x_i(t)的互相关函数向量。公式(6)的矩阵形式为

求解公式(7)的托布里兹矩阵方程，可以得到实际地震数据第i道的匹配滤波算子m_i(t)。对每道合成记录和实际地震数据子波得到的N个匹配滤波算子进行平均，就得到实际数据匹配滤波算子

发明的效果

基于声波时差曲线约束的频带拓展方法与其他方法相比，有以下方面的优势：

一、方法效果稳定可靠。该方法综合考虑井资料合成记录与地震资料在频率上的差异，从而调整子波进行频带拓展，效果明显。

二、操作简便易行。该方法流程及参数设置简单，运算效率高，不需要假设太多条件，不受资料约束。

三、资料频率可根据不同需要进行调节，能够满足各种解释精度要求。

附图说明

图1为时间-深度转换曲线，声波时差曲线及计算出的反射系数(RC)序列。

图2为20Hz理论子波(雷克子波)的波形图及振幅相位图。

图3(a)、(b)、(c)分别为15Hz、30Hz、60Hz雷克子波对应的声波时差曲线、反射系数、雷克子波、合成记录以及相应的地震数据。

图4(a)为将原始数据与合成记录进行互相关得到的互相关记录。

图4(b)为将互相关记录叠加得到的模型道。

图4(c)为将模型道进行转换生成的匹配滤波算子。

图5(a)、(b)、(c)、(d)为一组将原始数据与不同频带匹配滤波算子进行匹配得到的地震数据；其中(a)原始剖面、(b)15Hz剖面、(c)30Hz剖面、(d)60Hz剖面。

图6(a)、(b)、(c)、(d)为一组将原始数据与不同频带匹配滤波算子进行匹配得到的地震数据目的层的频谱；其中(a)原始剖面频谱、(b)15Hz剖面频谱、(c)30Hz剖面频谱、(d)60Hz剖面频谱。

图7为本发明基于声波时差曲线约束的频带拓展方法的流程图。

具体实施方式

利用基于声波时差曲线约束的频带拓展方法提高资料分辨率，实现过程如下，具体流程图见图7。

(1)根据声波时差曲线获取反射系数。首先将深度域声波时差曲线利用时间-深度转换尺转换到时间域，然后通过时间域的声波时差曲线和地层密度值计算出声波阻抗(ρv),通过声波阻抗的变化计算出反射系数(RC),公式如下：

其中ρ是密度，v是相同位置处的声波时差曲线计算的速度，a代表某一地层，r是反射系数，反映了上下两层介质的波阻抗差。

(2)创建用于产生合成记录的理论子波。使用理论子波作为合成记录的子波可以更方便地进行人为控制，选择其相位、频率及其他参数，也更容易构想出它和反射系数序列褶积出合成记录道的情况。

(3)生成合成记录。利用反射系数与创建的理论子波进行褶积获得合成地震记录，公式如下：

x(t)＝w(t)*r(t) (2)

其中x(t)是合成记录，w(t)是给定的理论子波，r(t)是反射系数。

(4)匹配滤波算子求取。利用得到的合成地震记录作为模型与实际地震资料进行互相关求取匹配滤波算子。

假设实际地震资料与合成记录的波记录分别为：实际地震数据子波x_i(t)(i＝1,2，…N)和合成记录子波y_i(t)(i＝1,2，…N)。其中i为道号；N为参与运算的总道数。

设计一个匹配滤波算子m_i(t)作用于x_i(t)，使实际地震数据子波x_i(t)经过褶积滤波后逼近合成记录子波y_i(t)。假设匹配滤波后，实际输出x_i(t)*m_i(t)与期望输出y_i(t)的误差为e_i(t)，那么则有

e_i(t)＝x_i(t)*m_i(t)-y_i(t) (3)

误差能量总和为

应用最小二乘法原理，令总误差能量E对m_i(t)的偏导数等于零，即

可以得到求解匹配滤波算子的托布里兹矩阵方程

R_xx·M＝R_zr (6)

式中：R_xx表示输入道x_i(t)的自相关函数矩阵；M为匹配滤波算子向量；R_zr表示期望输出道y_i(t)与输入道x_i(t)的互相关函数向量。公式(6)的矩阵形式为

求解公式(7)的托布里兹矩阵方程，可以得到实际地震数据第i道的匹配滤波算子m_i(t)。对每道合成记录和实际地震数据子波得到的N个匹配滤波算子进行平均，就得到实际数据匹配滤波算子

(5)匹配滤波算子的应用。将求得的匹配滤波算子作用于实际地震数据的所有地震道，完成实际地震数据子波匹配滤波的处理，获得能够与井资料吻合 的不同主频的资料。应用公式如下：

y(t)＝x(t)*m(t) (9)。

本实施例以XX油田SHB地区三维地震资料为目标靶区，应用本方法对该资料进行处理，以验证本方法的效果，。该资料目的层有效频宽为6-43Hz。采用上述方法对该资料进行处理。

1)首先进入步骤1，将深度域声波时差曲线利用该区的时深转换尺转换到时间域，并通过声波阻抗变化求出反射系数(RC)，如图1所示。

2)然后依据步骤2，选择理论子波，如图2所示。

3)依据步骤3，创建不同频率的雷克子波与反射系数褶积成不同频率的合成记录，如图3(a)、(b)、(c)所示。

4)依据步骤4，将不同频率的合成记录与原始数据进行互相关，得到不同频率的互相关，如图4(a)所示。将互相关数据进行叠加，得到不同频率的模型道，如图4(b)所示。对不同频率的模型道进行运算，求取不同频率的匹配滤波算子，如图4(c)所示。

5)依据步骤5，将不同频率的匹配滤波算子与原始数据进行匹配应用，获得不同频带的处理数据，如图5(a)、(b)、(c)、(d)所示。

6)图5(a)为未经处理的地震资料，对其目的层段1s-1.5s进行频谱分析，其频带为6-43Hz，主频约为20Hz，如图6(a)所示。其目的层段的分辨率较低，存在复波现象。图5(b)为原始数据与15Hz子波进行匹配的结果，其目的层段频带为6-41Hz，主频约为15Hz，如图6(b)所示。由于主频降低，分辨率较原始资料降低，但资料构造框架更加清晰，断面波更明显，易于进行构造解释。图5(c)为原始数据与30Hz子波进行匹配的结果，其目的层段频带为11-56Hz，主频提高到30Hz，如图6(c)所示。主频较原始资料提高了10Hz，分辨率有了明显提高，复波现象基本消失；层间信息更加丰富，便于进行精细解释。但由于主频提高，断面波削弱。图5(d)为原始数据与60Hz子波进行匹配的结果，其目的层段频带为6-110Hz，主频提高到60Hz，如图6(d)所示。层间信息较30Hz匹配结果更加丰富，分辨率更高。但由于主频过高，产生了高频噪音，需要做去噪或滤波处理。

因此，如何灵活运用井资料，在保护好有效信号的同时，尽可能的展宽资料频带，提高资料分辨率，在不断追求高精度勘探的今天，就显得越来越重要。而申请提出的基于声波时差曲线约束的频带拓展方法，能够在考虑井资料信息 的同时，根据需求最大限度的展宽资料频带，且能够最大程度的保护有效信号，方法简便易行。相比其他方法，其技术优势显得更为突出。

Claims (3)

1.一种基于声波时差曲线约束的频带拓展方法，其特征在于利用从测井数据中提取的声波时差曲线，通过声波阻抗转换成反射系数，将反射系数与不同主频的子波相结合创建人工合成记录，最后从合成记录中提取匹配滤波算子与实际资料进行匹配，得到与井记录相吻合的地震资料。

2.根据权利要求1的基于声波时差曲线约束的频带拓展方法，其特征在于，

(1)根据声波时差曲线获取反射系数：首先将深度域声波时差曲线利用时间-深度转换尺转换到时间域，然后通过时间域的声波时差曲线和地层密度值计算出声波阻抗(ρv),通过声波阻抗的变化计算出反射系数(RC),公式如下：

$r_{a-1}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a{v}_a-{\mathrm{\ρ}}_{a-1}{v}_{a-1}}{{\mathrm{\ρ}}_a{v}_a+{\mathrm{\ρ}}_{a-1}{v}_{a-1}}---\left(1\right)$

其中ρ是密度，v是相同位置处的声波时差曲线计算的速度，a代表某一地层，r是反射系数；

(2)设定用于产生合成记录的理论子波，使用理论子波作为合成记录的子波进行人为控制，选择其相位、频率及其他参数；

(3)生成合成地震记录：利用反射系数与理论子波进行褶积获得合成地震记录，公式如下：

x(t)＝w(t)*r(t) (2)

其中x(t)是合成记录，w(t)是给定的理论子波，r(t)是反射系数；

(4)匹配滤波算子求取：利用得到的合成地震记录作为模型与实际地震资料进行互相关求取匹配滤波算子；

(5)匹配滤波算子的应用：将求得的匹配滤波算子作用于实际地震数据的所有地震道，完成实际地震数据子波匹配滤波的处理，获得能够与井资料吻合的不同主频的资料；应用公式如下：

y(t)＝x(t)*m(t) (9)。

3.根据权利要求2的基于声波时差曲线约束的频带拓展方法，其特征在于利用得到的合成地震记录作为模型与实际地震资料进行互相关求取匹配滤波算子方法是：设实际地震资料与合成记录的波记录分别为，实际地震数据子波x_i(t))和合成记录子波y_i(t)，其中i为道号，i＝1,2，…N，N为参与运算的总道数；

设计一个匹配滤波算子m_i(t)作用于x_i(t)，使实际地震数据子波x_i(t)经过褶积滤波后逼近合成记录子波y_i(t)，设匹配滤波后，实际输出x_i(t)*m_i(t)与期望输出y_i(t)的误差为e_i(t)，那么则有

e_i(t)＝x_i(t)*m_i(t)-y_i(t) (3)

误差能量总和为

$E=\underset{t}{\Σ}{e}_t^2\left(t\right)=\underset{t}{\Σ}{\[x_i\left(t\right)*m_i\left(t\right)-y_i\left(t\right)\]}^2---\left(4\right)$

应用最小二乘法原理，令总误差能量E对m_i(t)的偏导数等于零，即

$\frac{\∂E}{\∂m_i}=\frac{\∂}{\∂m_i}\underset{t}{\Σ}{\[x_i\left(t\right)*m_i\left(t\right)-y_i\left(t\right)\]}^2---\left(5\right)$

得到求解匹配滤波算子的托布里兹矩阵方程

R_xx·M＝R_zr (6)

式中：R_xx表示输入道x_i(t)的自相关函数矩阵；M为匹配滤波算子向量；R_zr表示期望输出道y_i(t)与输入道x_i(t)的互相关函数向量；

公式(6)的矩阵形式为

$\left[\begin{array}{cccc}{R}_{xx}\left(0\right)& R_{xx}\left(1\right)& \mathrm{...}& R_{xx}\left(N\right)\\ R_{xx}\left(1\right)& R_{xx}\left(0\right)& \mathrm{...}& R_{xx}(N-1)\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ R_{xx}\left(N\right)& R_{xx}(N-1)& \mathrm{...}& R_{xx}\left(0\right)\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}M\left(0\right)\\ M\left(1\right)\\ .\\ .\\ .\\ M\left(N\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_{yr}\left(0\right)\\ R_{yr}\left(1\right)\\ .\\ .\\ .\\ R_{yr}\left(N\right)\end{array}\right]---\left(7\right)$

求解公式(7)的托布里兹矩阵方程，得到实际地震数据第i道的匹配滤波算子m_i(t)，对每道合成记录和实际地震数据子波得到的N个匹配滤波算子进行平均，就得到实际数据匹配滤波算子

$m\left(t\right)=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{m}_i\left(t\right)---\left(8\right)$