CN107065013B - 一种地震尺度下的层速度确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地震尺度下的层速度确定方法及装置，方法包括：获得测井频带下的层速度；根据测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；根据测井频带下的层速度以及岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，根据第一目标函数获得满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；对当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。
Description
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，特别涉及一种能够准确反映地震波传播旅行时信息的地震尺度下的层速度确定方法及装置。
背景技术
随着油气勘探开发的不断深入，如何发挥测井资料在纵向上的高分辨率特征和三维地震资料在横向上的控制能力，在有限测井资料的约束下提高储层预测和含油气性识别的可靠性是油气地震勘探技术发展的必然趋势。井震标定是测井资料与地震资料跨尺度精确标定的桥梁，通过精细合成地震记录制作能够实现井中弹性参数与井旁道反射特征之间的定量映射，建立井中地层、岩性、物性及含油气性等特征与地震属性之间的精确关系，能够为地震资料的定量/半定量解释奠定可靠的基础。目前，在工业化应用环节中通常直接基于测井资料中的信息采用一维褶积模型来制作合成地震记录，没有真正在地震尺度下考虑透射损失、多次波等复杂地震波场特征和地震资料处理过程等因素对井旁地震道的影响，忽略了测井资料与地震资料在尺度和频率等方面所存在的差异。因此，如何在地震尺度下确定地层层速度并提高合成地震记录制作精度能够更好地反映地震波场真实传播特征，对利用地震资料开展储层预测和含油气性识别来说具有非常重要的意义。其中，声波测井的中心频率通常为10-20kHz，而地震勘探频带范围通常为5-100Hz，也就是说，声波测井频率与地震勘探资料在频率方面存在较大差异，两种不同频率的资料在速度上存在明显的频散问题，两种不同频率下的速度特征差异导致合成地震记录上存在差异，同时还影响着合成地震记录制作过程中的时深转换精度。另外，测井资料与地震资料在纵向分辨尺度上存在着较大的差异，直接在测井资料尺度下开展合成地震记录制作必然导致与地震尺度下的井旁道之间存在一定的差异，不利于开展井震资料的精细标定与对比。而且在实际生产过程中通常需要对合成地震记录进行人工拉伸/压缩或者漂移，导致标定结果产生较大的误差，从而影响着地震解释的精度，存在该问题的根源在于基于测井速度建立的时深关系不能满足井旁地震道标定的精度。
综上所述，如何在地震尺度下获得满足井旁地震道标定精度的层速度是解决测井资料与地震资料在尺度、频率特征方面的差异以及常规合成地震记录制作方法精度不高的关键所在。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提出一种能够准确反映地震波传播旅行时信息的地震尺度下的层速度确定方法及装置，通过对测井资料进行速度频散校正、尺度粗化、基于VSP时深关系校正等方法获得地震尺度下更为精确的层速度，从而实现地震尺度下的高精度合成地震记录制作，改善合成地震记录与井旁地震道之间的吻合程度，有效提高井震资料联合标定精度，为地震资料解释和反演提供可靠的基础。
为实现上述目的，本发明提供了一种地震尺度下的层速度确定方法，包括：
对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；
确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。
可选的，在本发明一实施例中，所述第一目标函数的表达式为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
可选的，在本发明一实施例中，所述当前位置处的尺度粗化窗口长度根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长确定；其中，所述地震波波长利用第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频获得。
可选的，在本发明一实施例中，所述当前位置处尺度粗化窗口的样点数根据当前位置处的尺度粗化窗口长度及所述声波测井信号的采样间隔确定。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用实际VSP资料中的初至旅行时对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正的步骤包括：
利用所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间；
以所述理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差最小原则建立第二目标函数；
将实际VSP初至时间作为地震尺度下的层速度反演校正的约束条件，以所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内利用所述第二目标函数进行反演，获得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差达到最小的地震尺度下的层速度。
可选的，在本发明一实施例中，所述第二目标函数的表达式为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。
可选的，在本发明一实施例中，还包括：
利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
可选的，在本发明一实施例中，还包括：
根据地震波场正演模拟建立观测系统；
利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
对应地，为实现上述目的，本发明提供了一种地震尺度下的层速度确定装置，包括：
滤波单元，用于对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
相关系数确定单元，用于根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
第一校正单元，用于根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；
尺度粗化单元，用于确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
第二校正单元，用于利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。
可选的，在本发明一实施例中，所述第一校正单元建立的第一目标函数的表达式
为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
可选的，在本发明一实施例中，所述尺度粗化单元根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长确定当前位置处的尺度粗化窗口长度；其中，所述地震波波长利用第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频获得。
可选的，在本发明一实施例中，所述尺度粗化单元根据当前位置处的尺度粗化窗口长度及所述声波测井信号的采样间隔确定所述当前位置处尺度粗化窗口的样点数。
可选的，在本发明一实施例中，所述第二校正单元包括：
理论零偏VSP初至旅行时间获取模块，用于利用所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间；
第二目标函数建立模块，用于以所述理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差最小原则建立第二目标函数；
反演模块，用于将实际VSP初至时间作为地震尺度下的层速度反演校正的约束条件，以所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内利用所述第二目标函数进行反演，获得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差达到最小的地震尺度下的层速度。
可选的，在本发明一实施例中，所述第二目标函数建立模块建立的第二目标函数的表达式为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。
可选的，在本发明一实施例中，还包括：
二维水平层状速度模型建立单元，用于利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
地震波场正演模拟单元，用于基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
可选的，在本发明一实施例中，还包括：
观测系统建立单元，用于根据地震波场正演模拟建立观测系统；
共中心点道集获取单元，用于利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
共中心点道集校正单元，用于根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
合成地震记录获取单元，用于对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
上述技术方案具有如下有益效果：
基于测井资料与地震资料在频率和尺度方面存在很大的差异，本案考虑到不同频率下弹性波速度存在的频散现象，在测井资料预处理的基础上开展了速度频散校正和尺度粗化，并充分利用实测VSP资料中的初至旅行时间作为约束条件，在地震尺度下获得有效满足地震波传播特征的层速度信息。进一步利用波动方程开展正演模拟，获得与地震尺度下的速度相吻合的地震波场，并在处理过程中充分考虑了地震资料处理因素的影响，确保了地震尺度下的合成地震记录具备更加可靠和完整的地震波反射特征，且与实际地震资料处理过程更为接近，在地震尺度下为精细井震标定提供了更为精确的合成地震记录，具有更加明确和丰富的物理意义，同时也为储层预测和含油气性识别中建立更为可靠的井震关系提供了技术支持。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例提出的一种地震尺度下的层速度确定方法流程图；
图2为运用本案获得的地震尺度下的层速度的方法流程图之一；
图3为运用本案获得的地震尺度下的层速度的方法流程图之二；
图4为本实施例提出的一种地震尺度下的层速度确定装置框图；
图5为运用本案获得的地震尺度下的层速度的装置框图之一；
图6为运用本案获得的地震尺度下的层速度的装置框图之二；
图7为本实施例基于本案精细合成地震记录制作的流程图；
图8为声波测井信号预处理前后数据的对比图；
图9为速度频散校正前后的对比图；
图10为尺度粗化前后的对比图；
图11为基于VSP资料时深关系速度校正前后的对比图；
图12为基于VSP资料时深关系校正后建立的二维速度模型和相应的地震观测系统示意图；
图13为地震尺度下的二维水平层状速度模型的单炮波动方程正演模拟记录示意图；
图14为基于CMP道集资料动校正后的效果图；
图15为基于地震尺度下的精细合成地震记录示意图；
图16为基于褶积模型的合成地震记录示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
根据本发明的实施方式，提出了一种地震尺度下的层速度确定方法及装置。
此外，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
本技术方案的工作原理为：在测井资料尺度粗化和频散校正的基础上，结合VSP资料提供的初至旅行时间反演出地震尺度下的层速度，采用波动方程来精确刻画实际地震波场传播特征，进一步结合实际地震资料处理流程的影响在地震尺度下实现精细合成地震记录制作。在具体实现过程中，首先需要在测井资料预处理的基础上分别开展尺度粗化和速度频散校正，然后利用VSP资料初至旅行时间作为约束条件反演地震尺度下的层速度信息，建立具有精细时深关系的二维地层模型，进一步采用波动方程精确刻画复杂地震波场，结合实际地震资料处理流程在地震尺度下制作精细合成地震记录。
基于上述工作原理，本实施例提出一种地震尺度下的层速度确定方法，如图1所示。包括：
步骤101)：对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
在本实施例中，实测的声波测井信号含有大量的环境噪声及其他干扰，噪声的存在会对深时转换、层位解释及地震反演等产生一定的影响，因而需要在一定程度上削弱信号中的噪声。由于测井资料的奈奎斯特频率通常要比地震资料高，采用低通滤波技术则可以降低测井资料的奈奎斯特频率。其中，中值滤波法是一种非线性平滑技术，相当于一个低通滤波器，通过连续多次滤波则能够较好地解决重采样信号的频率混叠现象。
本案采用逐级改变时窗长度的连续多次中值滤波方法对测井数据进行预处理，相比于固定时窗滤波，逐级改变时窗长度进行滤波既有较好的滤波效果，又能够保留原始测井资料的细节信息。该方法表述如下：对于一组速度序列取窗口长度为Mi(Mi为奇数且每滤波一次后将时窗长度加2，连续滤波次数则根据原始测井资料中的噪声和野值分布特征来确定，当噪声较强、野值较多时则需要增加滤波次数，通常连续滤波3次即可)，将该窗口中Mi个速度按从小到大的顺序进行排序并取该序列的中值作为滤波输出值。数学公式表示为：
Vwi＝Med{Vi-d,...,Vi-1,Vi,Vi+1,...,Vi+d} (1)
其中，d＝(Mi-1)/2，Vwi为滤波后第i个样点处的测井频带下的层速度，Vi为窗口内速度序列排序之后中点位置处的速度值。
步骤102)：根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
对于一定区域内的目的层来说，速度与品质因子之间在岩石物理特征上往往存在着一定的统计关系，本案采用测井频带下的层速度与已知的品质因子Qi之间岩石物理统计关系中的相关系数，为后续的速度频散校正提供依据。测井速度与品质因子之间的统计关系为：
其中，Vwi为测井频带下的层速度，Qi为对应位置处的已知的品质因子，a和b为根据已知测井频带下的层速度与已知的品质因子所得到的岩石物理统计关系中的相关系数。
步骤103)：根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；
声波测井与地震勘探都利用了弹性波在实际地层介质中的传播特征，受地层介质吸收衰减特征的影响，不同频率下传播的弹性波速度并不一致，这种现象为频散现象，加上声波测井与地震勘探在工作原理和频带上的差异，声波测井频率远高于地震勘探有效频带，从而导致声波测井速度大于地震波速度。因此，直接利用声波测井资料计算反射系数并褶积得到的合成地震记录与实际井旁地震道之间存在相位差，用该合成地震记录来标定地面地震资料必然会影响地震解释结果的准确性。本案针对此问题对测井速度资料开展频散校正，从而在地震频带内获得更为可靠的等效声波测井速度。该方法利用岩石物理统计关系中的相关系数来确定频散校正所用的品质因子参数Q'i，根据第一目标函数Fi来反演出满足速度频散关系的地震频带下的层速度Vci，由于地震频带下的层速度通常比测井频带下的速度要小，因此本案采用逐步搜索的方法，将测井频带下的层速度Vwi作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，该速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，从而实现将声波测井频率下的层速度校正到地震频带范围内，为后续合成地震记录的制作提供准确反映地震频带特征的层速度信息。第一目标函数Fi表示为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
步骤104)：确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
考虑到声波测井数据采样间隔(约0.125m)远小于地震资料的分辨率(10m数量级)，导致测井尺度下的薄层信息在地震波长范围内很难准确分析其地震波反射特征，因此需要进一步对满足速度频散关系的地震尺度下的层速度Vci进行尺度粗化。尺度粗化的原则就是在尽可能不丢失原有地层细节信息的前提下，对测井数据中的薄层进行等效处理。由于尺度粗化的过程与地震波波长有关，而在不同深度时的速度不同、波长不同，因此在尺度粗化时的窗口长度也应该不同。本案根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频ωc计算出地震波波长，并将第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长作为当前位置处的尺度粗化窗口长度，基于该窗口长度和声波测井信号的采样间隔即可确定当前位置处尺度粗化窗口的样点数N，从而实现在不同深度的采样点位置处采用相应的窗口长度来开展尺度粗化，确保尺度粗化时的速度能够准确反映地震尺度下的等效速度特征。在尺度粗化时，取测井尺度下对应窗口内的N(N一般取奇数)个点速度平均值作为当前位置处地震尺度粗化后的层速度：
Vsi＝(Vc(i-k)+Vc(i-k+1)+...+Vci+...+Vc(i+k-1)+Vc(i+k))/N (4)
其中，k＝(N-1)/2，Vci为速度频散校正后的层速度，Vsi为地震尺度粗化后当前位置处的层速度，在尺度粗化时通常采用比测井层厚度大很多的厚度按照等间隔的方式从浅到深依次开展尺度粗化。
步骤105)：利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。
对于步骤104)获得的当前位置处地震尺度粗化后的层速度来说，与实际地层中的地震波传播速度之间依然存在一定的误差，而在地震尺度下采集的VSP初至旅行时间则可以为层速度的进一步校正提供最为可靠的依据。
本案利用实际VSP资料中的初至旅行时间对开展尺度粗化之后的层速度进行校正，从而在地震尺度下获取能够准确反映地震波传播旅行时间信息的层速度。在具体实现过程中，基于步骤104)获得的当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间，并采用该速度所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP资料旅行时间之间误差最小的原则来建立第二目标函数，从而在地震尺度下反演出能够与实际VSP初至旅行时间信息更加吻合的层速度信息。即根据实际VSP初至时间作为地震尺度下层速度反演校正的约束条件，以步骤104)获得的当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内反演出使得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至时间之间的误差达到最小的层速度值。该速度值即为准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。该第二目标函数表示为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。采用实测VSP资料初至旅行时间约束反演所获得的层速度不仅是在地震频率和地震尺度上开展的，而且能够与实际地震勘探的旅行时信息达到最佳吻合，此时的层速度也能够更加精确地反映地震尺度下的层速度与旅行时之间的对应关系。
利用本技术方案确定的准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度，可以开展地震波场正演模拟。如图2所示，步骤包括：
步骤201)：利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
步骤202)：基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
利用上述开展的地震波场正演模拟，可以制作精细合成地震记录。如图3所示，在图2的基础上，还包括：
步骤203)：根据地震波场正演模拟建立观测系统；
步骤204)：利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
步骤205)：根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
步骤206)：对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在电子设备中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述电子设备中执行如图1、2、3所述的方法。
本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在电子设备中执行如图1、2、3所述的方法。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
如图4所示，为本实施例提供的一种地震尺度下的层速度确定装置，包括：
滤波单元401，用于对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
相关系数确定单元402，用于根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
第一校正单元403，用于根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；其中，
所述第一校正单元403建立的第一目标函数的表达式为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
尺度粗化单元404，用于确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
在本实施例中，所述尺度粗化单元404根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长确定当前位置处的尺度粗化窗口长度；其中，所述地震波波长利用第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频获得。
所述尺度粗化单元404根据当前位置处的尺度粗化窗口长度及所述声波测井信号的采样间隔确定所述当前位置处尺度粗化窗口的样点数。
第二校正单元405，用于利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度。其中，所述第二校正单元包括：
理论零偏VSP初至旅行时间获取模块，用于利用所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间；
第二目标函数建立模块，用于以所述理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差最小原则建立第二目标函数；
所述第二目标函数建立模块建立的第二目标函数的表达式为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。
反演模块，用于将实际VSP初至时间作为地震尺度下的层速度反演校正的约束条件，以所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内利用所述第二目标函数进行反演，获得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差达到最小的地震尺度下的层速度。
如图5所示，为运用本案获得的地震尺度下的层速度的装置框图之一。包括：
二维水平层状速度模型建立单元501，用于利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
地震波场正演模拟单元502，用于基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
如图6所示，为运用本案获得的地震尺度下的层速度的装置框图之二。在图5的基础上，还包括：
观测系统建立单元503，用于根据地震波场正演模拟建立观测系统；
共中心点道集获取单元504，用于利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
共中心点道集校正单元505，用于根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
合成地震记录获取单元506，用于对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
此外，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。同样，上文描述的一个单元的特征和功能也可以进一步划分为由多个单元来具体化。
实施例
为了能够更加直观的描述本发明的特点和工作原理，下文将结合一个实际运用场景来描述。
如图7所示，为本实施例基于本案精细合成地震记录制作的流程图。包括：
步骤1)：声波测井信号的预处理，获得测井频带下的层速度；
如图8所示，为声波测井信号预处理前后数据的对比图。在图中，预处理前的数据构成实线，预处理后的数据构成点线。预处理的目的是进行声波测井曲线环境校正，如泥浆侵蚀校正和井径校正等，并对采集信号以噪声形式存在的干扰进行压制或在一定程度上对其进行削弱。采用变时窗滤波对资料进行预处理，相较于固定时窗有更好的滤波效果，而且可以减少高频信号的影响。
步骤2)：确定岩石物理统计关系中的相关系数；其中，根据测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数。
步骤3)：地震频带下的层速度频散校正；
如图9所示，为速度频散校正前后的对比图。在图中，速度频散校正前的数据构成实线，速度频散校正后的数据构成点线。由于声波测井与地震勘探在工作原理和频带上的差异，不同频率下波速存在频散现象，声波测井频率远高于地震勘探主频导致声波测井速度大于地震波速度，对测井频带下的层速度进行频散校正能够使其与地震速度资料更好地匹配。
步骤4)：地震尺度下的层速度粗化处理；
如图10所示，为尺度粗化前后的对比图。在图中，尺度粗化前的数据构成实线，尺度粗化后的数据构成点线。由于声波测井数据采样间隔远小于地震采样间隔，且只有当相邻两层地层厚度及速度差均达到一定数值之后才会对地震反射产生影响。对测井资料进行尺度粗化，为在地震尺度下获得更为可靠的地震波传播特征奠定基础。
步骤5)：在地震尺度下基于VSP初至旅行时间反演的速度校正；
如图11所示，为基于VSP资料时深关系速度校正前后的对比图。在图中，基于VSP资料时深速度校正前的数据构成实线，基于VSP资料时深速度校正后的数据构成点线。实测VSP资料中提供的初至波旅行时间是最为可靠的约束条件，基于该约束条件能够反演出与地震尺度特征更加吻合的层速度信息，为后续地震尺度下波场特征的正演模拟与分析提供可靠的时深关系。
步骤6)：基于地震尺度下二维速度模型的地震波反射特征正演模拟；
如图12所示，为基于VSP资料时深关系校正后建立的二维速度模型和相应的地震观测系统示意图。以准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度为依据，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型，二维速度模型宽1400m，深度为2900m，空间采样间隔为3.5m(具体参数可根据实际资料来确定)。在该尺度下模拟地震波反射特征时采用震源从左到右依次激发、地表所有点接收的观测方式，如图12所示，激发点间隔和接收点间隔与模型空间采样间隔一致。
如图13所示，为地震尺度下的二维水平层状速度模型的单炮波动方程正演模拟记录示意图。正演模拟震源及检波点位于地表，从左到右依次激发，时间采样间隔为0.3ms，时间采样总长度为2.4s，地震子波为主频30Hz的雷克子波。采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟，从而获得地震尺度下二维层状介质下对应的地震反射波场。此处采用的波动方程公式为：
其中，P为波场值，v为地震尺度下的层速度。
根据地震尺度下获取的可靠层速度信息开展二维建模，设计相应的地震观测系统能够确保地震波的传播特征能够与实际地震波场更加吻合。
步骤7)：基于共中心点道集处理叠加的合成地震记录制作；
如图14所示，为基于CMP道集资料动校正后的效果图。根据设计观测系统对地震波正演道集进行重排并抽取CMP道集，在速度分析的基础上其进行动校正和动校拉伸切除，为水平叠加获取合成地震记录提供可靠的资料基础。如图15所示，为基于地震尺度下的精细合成地震记录示意图；如图16所示，为常规基于褶积模型得到的合成地震记录示意图。图15与图16对比可知，两种合成地震记录具有很强的相似性，表明本发明获得的合成地震记录是可靠的。同时，基于地震尺度下的精细合成地震记录则考虑了更加丰富的地震波传播现象，而且充分考虑了地震资料处理过程的影响，波形特征的变化更为平滑，具备了更加丰富的细节信息，且具备了与实际地震资料相比拟的基础，具有更加明确和丰富的物理意义。
以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种地震尺度下的层速度确定方法，其特征在于，包括：
对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；
确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度；其中，所述第一目标函数的表达式为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前位置处的尺度粗化窗口长度根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长确定；其中，所述地震波波长利用第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频获得。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前位置处尺度粗化窗口的样点数根据当前位置处的尺度粗化窗口长度及所述声波测井信号的采样间隔确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用实际VSP资料中的初至旅行时对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正的步骤包括：
利用所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间；
以所述理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差最小原则建立第二目标函数；
将实际VSP初至时间作为地震尺度下的层速度反演校正的约束条件，以所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内利用所述第二目标函数进行反演，获得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差达到最小的地震尺度下的层速度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二目标函数的表达式为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
根据地震波场正演模拟建立观测系统；
利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
8.一种地震尺度下的层速度确定装置，其特征在于，包括：
滤波单元，用于对实测的声波测井信号进行滤波处理，获得测井频带下的层速度；
相关系数确定单元，用于根据所述测井频带下的层速度及对应的已知品质因子确定岩石物理统计关系中的相关系数；
第一校正单元，用于根据所述测井频带下的层速度以及所述岩石物理统计关系中的相关系数建立第一目标函数，将所述测井频带下的层速度作为搜索起点并依次减小，在一定范围内寻找到使第一目标函数达到最小的速度值，所述速度值即为满足速度频散关系的地震尺度下的层速度；
尺度粗化单元，用于确定当前位置处的尺度粗化窗口长度，利用所述当前位置处的尺度粗化窗口长度获得当前位置处尺度粗化窗口的样点数；并根据所述满足速度频散关系的地震尺度下的层速度以及对应的样点数确定当前位置处地震尺度粗化后的层速度；
第二校正单元，用于利用实际VSP资料中的初至旅行时间对所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度进行校正，获得准确反映地震波传播旅行时间信息的地震尺度下的层速度；其中，所述第一校正单元建立的第一目标函数的表达式为：
其中，ω为声波测井频率，ωc为地震频率，采用地震资料主频，ω0为谐振频率，Q0为谐振频率ω0处的品质因子值，τ0＝1/ω0，ΔQi＝Q'i-Q0＞0，Q'i＝a*Vci b；a、b均表示为岩石物理统计关系中的相关系数，Vci表示第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度，Vwi为滤波处理后第i个采样点处测井频带下的层速度，Fi表示第i个采样点的第一目标函数。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述尺度粗化单元根据第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度对应的地震波波长确定当前位置处的尺度粗化窗口长度；其中，所述地震波波长利用第i个采样点处满足速度频散关系的地震尺度下的层速度和地震资料主频获得。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述尺度粗化单元根据当前位置处的尺度粗化窗口长度及所述声波测井信号的采样间隔确定所述当前位置处尺度粗化窗口的样点数。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二校正单元包括：
理论零偏VSP初至旅行时间获取模块，用于利用所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度计算理论零偏VSP初至旅行时间；
第二目标函数建立模块，用于以所述理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差最小原则建立第二目标函数；
反演模块，用于将实际VSP初至时间作为地震尺度下的层速度反演校正的约束条件，以所述当前位置处地震尺度粗化后的层速度作为初始模型，在一定范围内利用所述第二目标函数进行反演，获得各层所对应的理论零偏VSP初至旅行时间与实际VSP初至旅行时间之间误差达到最小的地震尺度下的层速度。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二目标函数建立模块建立的第二目标函数的表达式为：
其中，ΔTsi为当前位置处第二目标函数，Tvsp为反演位置处的实际VSP初至旅行时间，hi为尺度粗化时每一位置处采用的地层厚度，Vsi为当前位置处地震尺度粗化后的层速度，n表示尺度粗化时涉及的地层层数。
13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
二维水平层状速度模型建立单元，用于利用所述地震尺度下的层速度，在深度保持不变的条件下横向平推建立起地震尺度下的二维水平层状速度模型；
地震波场正演模拟单元，用于基于所述震尺度下的二维水平层状速度模型模拟地震波反射特征，并采用有限差分方法求解波动方程开展地震波场正演模拟。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：
观测系统建立单元，用于根据地震波场正演模拟建立观测系统；
共中心点道集获取单元，用于利用所述观测系统对所述地震尺度下二维水平层状介质模型所对应的单炮炮集进行球面扩散补偿，拾取并切除初至波，并根据震源激发点与接收点之间的相互位置关系对反射地震道集进行重新排列，抽取得到偏移距不同的共中心点道集；
共中心点道集校正单元，用于根据所述地震尺度下的层速度计算出均方根速度作为共中心点道集的叠加速度场，并采用所述共中心点道集的叠加速度场对共中心点道集进行动校正，同时对远道距出现的动校正拉伸现象进行切除，在切除时则需要根据震源激发点和接收点之间的关系保留有效信息；
合成地震记录获取单元，用于对切除处理后的数据信息进行加权叠加，获得反映地震资料传播特征的合成地震记录。
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