CN110941029A - 一种涉及地质戴帽的速度建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及地质戴帽的速度建模方法，涉及地质勘探技术领域，该涉及地质戴帽的速度建模方法包括：基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型；对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面‑地下三维模型；获取各套地层的速度范围，所述各套地层包括浅表层；结合所述地面‑地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围；基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。解决了叠前深度偏移技术中浅层速度建模的刻画不够精细的问题，以便满足目前降低页岩气勘探风险的需求。

Description

一种涉及地质戴帽的速度建模方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，尤其是涉及一种涉及地质戴帽的速度建模方法。

背景技术

地质戴帽是在建立构造地址模式时，收集地面地质资料，包括出露地层的构造特征、岩性特征，绘制出与地震剖面相同比例尺的岩性剖面，并与地震剖面融为一体，便于解释人员对构造地质模式理解与认识。

随着国内外页岩气勘探的成功和开发节奏的加快，水平井轨迹在优质储层中的穿行率成为影响单井产量的重要指标，而叠前深度偏移技术以其较高的偏移成像质量，逐渐替代叠前时间偏移成为地震勘探的常用处理方式。众所周知，叠前深度偏移质量的好坏，高度依赖速度模型的准确程度和精细程度，尤其是浅表层速度如果建立不准确，误差会累积到深部目的储层，影响成像质量和准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地质“戴帽”的深度和速度的建模方法，解决了叠前深度偏移技术中浅层速度建模的刻画不够精细的问题，以便满足目前降低页岩气勘探风险的需求。

本发明实施例提供了一种涉及地质戴帽的速度建模方法，该速度建模方法包括：

基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型；

对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型；

获取各套地层的速度范围，所述各套地层包括浅表层；

结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围；

基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。

优选的，基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型包括：

基于区域地质调查图，分析工区内地表出露地层的边界、产状、岩性特征以及断裂的性质、走向，获得地面地质模式；

根据所述地面地质模式，结合地表高程信息，建立地层和断裂的空间位置信息并投影到三维空间，以构建地面三维模型。

优选的，对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型：

利用叠前深度偏移结果，对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，形成地下三维模型；

将所述地面三维模型与所述地下三维模型结合，形成所述地面-地下三维模型。

优选的，该速度建模方法还包括：

结合地面地质模式，对地下层位和断裂进行上延，并与地面层位衔接，构成地面-地下一体化地质模式。

优选的，获取各套地层的速度范围包括：

通过垂直地震剖面，获取各套地层的速度范围。

优选的，获取各套地层的速度范围包括：

根据测井声波时差资料，得到各套地层的声波时差；

基于每一套地层的声波时差，计算每一套地层的速度范围。

优选的，所得到的各套地层的声波时差的单位为毫秒每英尺。

优选的，各套地层的速度范围的单位为米每秒。

优选的，结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围包括：

按照地面-地下一体化地质模式，将所获得的每一套地层的速度范围逐层充填，直至浅表层。

优选的，该速度建模方法还包括：

利用所构建的速度模型进行叠前深度偏移处理，得到偏移剖面。

综上，本发明提供了一种涉及地质戴帽的速度建模方法，该速度建模方法包括基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型；对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型；获取各套地层的速度范围，所述各套地层包括浅表层；结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围；基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。经过该速度建模方法获得的速度模型能够明显提高显示速度变化的精确度和清晰度，基于这样的速度模型得到的叠前深度偏移结果也能去除成像噪声，从而清晰地展示出地层细节，提高地层的成像效果。

本发明的其他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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1为本发明实施例提供的涉及地质戴帽的速度建模方法的流程图；

图2a和图2b分别示出了根据现有技术获得的速度模型与根据本发明的具体实施方式获得的速度模型的示意图；

图3a和图3b分别示出了根据现有技术获得的叠前深度偏移结果与根据本发明的具体实施方式获得的叠前深度偏移结果的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供了一种涉及地质戴帽的速度建模方法。通常来说，地震解释需要对地面地质进行分析和研究。因此，在地震资料处理完成之后，在地震剖面上进行地质界线及构造形态的解释时，需要准确快速地将地面地质信息、标注到地震剖面上，通过地震波组的认识与识别，从而达到推断地下构造模式与构造形态的目的。准确地识别地质图信息及准确在地震剖面上找到对应的坐标是地质“戴帽”成功的关键。

因此，需要构建更为精准的速度模型，如图1所示，本发明实施例提供的涉及地质戴帽的速度建模方法包括：

步骤S1、基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型。

区域地质调查(Regional Geological Survey，也称区域地质测量，简称区调)是指在选、定的区域范围内，运用现代地质科学理论和技术方法，在充分研究和运用已有资料的基础上，按规定的比例尺进行系统的区域地质调查、找矿和综合研究，阐明区域内的岩石、地层、构造、地貌、水文、工程地质等基本地质特征及其相互关系；研究矿产的形成条件和分布规律，为经济建设、国防建设、科学研究和进一步的地质找矿工作提供基础地质资料。

因此，区域地质调查是为国民经济各部门、重要经济建设区、中心城市发展和国土规划等提供必要的区域地质资料的基础性和公益性工作。随着现代社会和经济的发展、科学技术的进步，以及地质找矿工作的深入发展，区域地质调查的重要作用和深远意义已愈来愈为人们所认识。

区域地质调查是地质工作的先行步骤，又是地质工作的基础工作。它是指在选定地区的范围内，在充分研究和运用已有资料的基础上，采用必要的手段，进行全面系统的综合性的地质调查研究工作。其主要任务是，通过地质填图、找矿和综合研究，阐明区域内的岩石、地层、构造、地貌、水文地质等基本地质特征及其相互关系，研究矿产的形成条件和分布规律。为进一步的地质找矿工作提供基础地质资料。

基于此，本发明实施例在构建速度模型之前，需要先获取该对应该区域的区域地质调查图。基于区域地质调查图，分析工区内地表出露地层的边界、产状、岩性特征以及断裂的性质、走向，从而获得该处区域的地质的各种状态、属性，也就是得到该处区域的地面地质模式。

得到地面地质模式之后，结合地表高程信息，可以建立地层和断裂的空间位置信息，并将空间位置信息和地表高程信息投影到三维空间，从而得到地面三维模型。

其中的地表高程所属现代词，指的是地面某点的高程即称作地表高程。我国的地表高程是以黄海平面为参考平面的竖向高度。市政工程中的地面高程一般是绝对高程，这个每个地方都有国家控制点，以国家控制点给的高程为准，测量出的某项工程的地面高度，就是我们在市政中用的高程，其实就是各所在地的海拔高度。

本发明实施例中，在建立了地面三维模型之后，结合区域地质调查图中标示出的地层产状，对地面层位向地下延伸100-200米，这100-200米的范围，属于浅表层。

步骤S2、对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型。

对于某一区域而言，由地震等地质活动产生的层位和断裂往往不仅仅分布在地表上，而是很有可能蔓延分布在许多套地层上，为了了解层位和断裂的地下三维空间的分布，可以通过叠前深度偏移技术处理。

叠前深度偏移是地震资料处理中的一项新技术，当前越来越多的用于实际生产中。国内叠前深度偏移技术的探索应用始于1995年胜利油田的古潜山勘探，到现今已有十余年的发展历程。从当前技术发展的状况看，当前，当国内研究和应用的叠前深度偏移技术基本上可以概括为基于波动方程积分解的克希霍夫积分法叠前深度偏移和基于波动方程微分解的波动方程叠前深度，而当前大量用于生产的主要是克希霍夫积分法叠前深度偏移。

在叠前深度偏移技术研究推广中，速度模型的建立是最关键的技术难题。

在叠前深度偏移过程中，速度模型建立是非常重要的一个环节。在当今偏移成像算法日趋完善的情况下，速度模型的正确与否或其精度的高低直接影响着偏移成像的效果。特别是当前需要开展叠前深度偏移处理的地区大多为地下岩性变化巨大、构造非常复杂的地区，如具有逆掩断层、盐丘和高陡倾角构造等地区。在这样的条件下采集的地震资料的信噪比一般比较低，因此要建立高精度的速度模型其难度是相当大的，如何解决这一问题是我们当前需要研究的课题。速度模型的建立技术主要分为两个部分：即初始速度模型的建立和速度模型的修改与验证。

当速度存在剧烈的横向变化、速度分界面不是水平层状时，只有叠前深度偏移能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位，使复杂构造或速度横向变化较大的地震资料正确成像，可以修正陡倾地层和速度变化产生的地下图像畸变。已知精确速度模型的情况下，叠前深度偏移被认为是精确地获得复杂构造内部映像最有效的手段，是一种真正的全三维叠前成像技术。但叠前数据处理时数据量很大，以地质模型为基础，需反复修改模型，进行多次迭代，只有大容量的计算机才能实现。

本发明实施例中，通过速度优化前的叠前深度偏移结果，解释出深部地层和断裂的产状。利用叠前深度偏移结果，对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，从而可以构建地下三维模型。

将所构建的地下三维模型结合之前构建的地面三维模型，得到地面-地下三维模型。

另外，由于现有技术中无法通过地震资料获得浅表层，也就是地面以下100-200米的地层反射信息，则无法通过叠前深度偏移技术获得浅表层的精确速度，也无法得知浅表层的地层的边界、产状、岩性特征以及断裂的性质、走向等情况，需要基于地面地质模式，对地下层位和断裂上延，并且根据地质模式，将浅表层的地质与地面层位和深层地下层位合理衔接，也就是基于经验和自然规律，将地面层位和深层地下层位之间不清楚的浅表层进行填充，进而构建地面-地下一体化地质模式。

步骤S3、获取各套地层的速度范围，各套地层包括浅表层。

各套地层的速度范围指在层状地层中地震波传播的速度范围。它直接反映地层的岩性，能用来划分地层。在均匀地层中地震波传播的速度。它直接反映了地层的岩性。利用地震测井可换算出大套地层的层速度；利用声波测井可得到各小层的层速度；利用笛克斯公式，可以根据均方根速度资料计算出层速度。在有利的地质条件下层速度资料可以帮助划分岩性。

关于套地层的速度的求取目前主要有四种方法：

第一，用声波测井资料求取层速度。采用这种方法求得的层速度准确，精度高，便于分析速度与岩性问的对应关系，但井径和钻井液侵入带对层速度有影响，而且由于井数量的限制，这种资料有限，且分布不均。

第二，用地震测井包括VSP资料求取层速度。这种层速度资料精度较低，只反映一些大段地层的速度差别，但其求得的平均速度精度较高，然而该资料十分有限，无法进行区域性研究。

第三，用叠加速度谱求层速度。速度谱资料精度较低，但由于其数量巨大，可控制全盆地，因而可研究目的层速度的区域性变化规律。

第四，用合成速度测井求层速度。这种层速度精度较高，并可以在研究区进行连续速度分析，不仅能用于地震层序层速度计算，还能用于单砂体层速度求取，但资料成本很高。

目前，速度测量的方法较多，但在实际井测量中，主要以声波速度测井和VSP(垂直地震剖面)速度分析为主。其二者在原理和方法上均存在一定差异，由于方法原理的差异，导致误差影响不同，使其方法各有优劣。

其中，垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling，简称VSP)，是一种地震观测方法。它与通常地面观测的地震剖面相对应。垂直地震剖面方法是在地表附近的一些点上激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点上进行观测。在垂直地震剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以不仅能接收到自下而上传播的上行纵波和上行转换波，也能接收到自上而下传播的下行纵波及下行转换波，甚至能接收到横波。

从激发传播和接收来分析，VSP速度分析与声速测井有以下差别：

第一，振源的区别，VSP震源为炸药或机械振动，声速测井则是利用脉冲电流激发换能器晶体产生振动波。

第二，在激发频率上，VSP震源激发频率为100Hz左右，而声速测井振动频率为20Hz左右。

第三，VSP接收到的是经地层透射和反射的地震波，因此VSP的探测深度较深，测量地层速度受井况及泥浆的影响较小。而声速测井接收到的是井中泥浆与井壁地层界面上传播的反射波，因此其探测深度较浅，易受井况及泥浆等因素影响。

第四，VSP速度的分辨率与采样率相关，通常为5～50米，声速测井的分辨率通常为0.125m。

第五，VSP速度分析误差主要来自于初至波拾取精度。声速测井误差主要来自于井内泥浆侵入带、井径变化和岩性破碎的变化以及泥浆随井深度泥浆密度增加导致泥浆本身速度的变化。

第六，计算平均速度和时深关系时：首先，声速测井少有全井段测井，因此在计算平均速度时需要对地面与观测起始点之间的速度给一个假设值，由于技术人员经验和业务水平的差异，易造成人为引入误差。其次，声速测井的测量是层速度，若由多个层速度计算平均速度会引入累积误差，因此由声速测井的平均速度计算时深关系结果会存在较大误差。

在本发明实施例中，VSP或声波测井均可采用，则获取各套地层的速度范围可以通过VSP技术来获取，也可利用测井声波时差资料来计算。

其中，当基于测井声波时差资料来求取各套地层的速度时，需要对测井记录的声波时差进行求倒数运算，同时因为所得到的各套地层的声波时差的单位为毫秒每英尺，而所需要求取的各套地层的速度范围的单位为米每秒。

因此，在利用测井声波时差资料来计算各套地层速度时，所采用的式子如下所示：

其中的V是地层速度，单位米每秒。AC是声波时差，单位毫秒每英尺。

随着基于“真地表”叠前深度偏移技术的实施，偏移速度需要由浅表层到深层开始建立，而浅表层的速度一般是利用初至层析技术反演得到，但初至层析技术具有多解性和等效性，这种特性对于静校正量的计算是合理的，但对于叠前深度偏移的速度而言则是不合适的，它直接影响深度偏移射线路径的走向及深层速度迭代的精度。

而无论是通过声波时差求取速度或是VSP速度分析获得套地层的速度，对于地表以下100-200米距离的浅表层都是无法获得精确速度的。但是各套地层的速度分布于地质模式有关，是根据地质模式而有规律地分配的。因此，可以通过声波时差或VSP速度分析获得其他套地层的速度，再基于地质模式，来逐层外推到浅表层，获得浅表层的速度范围。如下：

步骤S4、结合地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围。

虽然不同的地质地貌，地层的分布情况也不一样，但是每一种地质地貌的地层分布和各地层所对应的速度范围是有规律可循的。并且，前后两层相邻的地层之间的速度范围的变化虽然存在突变的情况，但是突变的情况也是限制在一定的范围内的。基于此，可以通过对地面-地下一体化地质模式的了解与研究，将所获得的每一套地层的速度范围逐层充填，在临近浅表层的地方，注意浅表层与相邻的其他层的速度的衔接。如此一层层地填充地层速度，一直填充到浅表层，可得到符合具体情况的浅表层的速度范围。

步骤S5、基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。

地震勘探的主要目的是利用地震波在地下介质中的传播特性与波形特征等信息获取介质的物性参数。在这些物性参数中，速度因与波的运动学、动力学等特征密切相关，故尤为重要。无论地震建模、成像(偏移)或反演技术，其核心问题都是寻求一个正确的地震成像速度模型，即某种数理意义下的地层速度表达。

如图2a和2b分别示出了根据现有技术获得的速度模型与根据本发明的技术方案获得的速度模型的示意图。其中，颜色的深浅代表速度的快慢，颜色深代表速度快，颜色浅代表速度慢。显然，比较图2a和图2b可清晰地看到，图2b更能明显、清晰地反映出速度变化的情况，特别是在图2b所圈出的地方，与图2a中相同的位置相比较，圈内的地方显示出了图2a无法显示的地层速度，而且显示较为清晰。

进一步的，得到改进后的速度模型之后，可以利用所构建的速度模型再次进行叠前深度偏移处理，得到偏移剖面。

如图3a示出了基于根据现有技术获得的速度模型进行叠前深度偏移处理的结果，图3b示出了基于根据本发明的技术方案获得的速度模型进行叠前深度偏移处理的结果。比较图3a和图3b可知，图3b的成像质量与图3a相比提高了很多，特别是图3b所圈出的地方，与图3a相同的位置相比较，明显能看到许多图3a所无法展示出的地层细节。

显然，对比图3a和图3b还可得知，图3a存在较为明显的成像噪声，而基于经过改进的速度模型得到的图3b则明显去除了成像噪声，地层成像效果更好、质量更优。

进一步的，可以通过检测基于经过改进的速度模型得到叠前深度偏移处理的结果，即偏移剖面的精确度、成像效果等因素是否达到预期目标，如果没有的话，再次执行步骤S4和步骤S5，即再次结合地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围，之后基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。即再次优化速度模型，之后继续通过叠前深度偏移技术处理，得到偏移剖面。

如果偏移剖面到达成像质量改善的目标，则可以不再优化浅表层速度，构建速度模型完成。

综上所述，本发明实施例提供了一种涉及地质戴帽的速度建模方法，该速度建模方法包括基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型；对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型；获取各套地层的速度范围，所述各套地层包括浅表层；结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围；基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。经过该速度建模方法获得的速度模型能够明显提高显示速度变化的精确度和清晰度，基于这样的速度模型得到的叠前深度偏移结果也能去除成像噪声，从而清晰地展示出地层细节，提高地层的成像效果。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种涉及地质戴帽的速度建模方法，其特征在于，包括：

基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型；

对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型；

获取各套地层的速度范围，所述各套地层包括浅表层；

结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围；

基于所获得的浅表层的速度范围，修正获得的浅表层的速度，以构建速度模型。

2.根据权利要求1所述的速度建模方法，其特征在于，基于区域地质调查图上的层位和断裂的空间属性，构建地面三维模型包括：

基于区域地质调查图，分析工区内地表出露地层的边界、产状、岩性特征以及断裂的性质、走向，获得地面地质模式；

根据所述地面地质模式，结合地表高程信息，建立地层和断裂的空间位置信息并投影到三维空间，以地面三维模型。

3.根据权利要求1所述的速度建模方法，其特征在于，对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，并形成地面-地下三维模型包括：

利用叠前深度偏移结果，对层位和断裂进行地下三维空间的追踪识别，形成地下三维模型；

将所述地面三维模型与所述地下三维模型结合，形成所述地面-地下三维模型。

4.根据权利要求3所述的速度建模方法，其特征在于，还包括：

结合地面地质模式，对地下层位和断裂进行上延，并与地面层位衔接，构成地面-地下一体化地质模式。

5.根据权利要求4所述的速度建模方法，其特征在于，获取各套地层的速度范围包括：

通过垂直地震剖面，获取各套地层的速度范围。

6.根据权利要求4所述的速度建模方法，其特征在于，获取各套地层的速度范围包括：

根据测井声波时差资料，得到各套地层的声波时差；

基于每一套地层的声波时差，计算每一套地层的速度范围。

7.根据权利要求6所述的速度建模方法，其特征在于，所得到的各套地层的声波时差的单位为毫秒每英尺。

8.根据权利要求7所述的速度建模方法，其特征在于，各套地层的速度范围的单位为米每秒。

9.根据权利要求5或6所述的速度建模方法，其特征在于，结合所述地面-地下三维模型，逐层外推各套地层的速度，获得浅表层的速度范围包括：

按照地面-地下一体化地质模式，将所获得的每一套地层的速度范围逐层充填，直至浅表层。

10.根据权利要求1所述的速度建模方法，其特征在于，还包括：

利用所构建的速度模型进行叠前深度偏移处理，得到偏移剖面。

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