CN111077573A - 一种确定地层弹性参数的方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例公开了一种确定地层弹性参数的方法、装置及系统,所述方法包括获取目标工区的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系,弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度;利用目标函数对纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得目标工区的弹性参数数据。从而可以大幅提高获得的弹性参数的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探处理技术领域,特别地,涉及一种确定地层弹性参数的方法、装置及系统。
背景技术
地下岩层的弹性模量是油气勘探中储层和流体预测的关键参考数据。其中,纵波模量为轴向应力与轴向应变在单一轴向应变状态下的比值,常常用来表征地下岩层中填充的孔隙流体性质等,转换波模量是剪切应力与剪切应变的比值,常用来识别岩性和岩石骨架。
随着勘探程度和难度的不断加大,地震勘探逐步从叠后转向到了叠前,其中叠前反演作为从地震数据中提取弹性信息的有效手段受到了广泛的应用。基于褶积模型的叠前反演的理论基础为Zoeppritz方程,但是由于其形式复杂,包含的弹性参数较为有限,常规方法均利用其近似形式进行弹性参数的提取,弹性模量参数通常也是通过叠前反演在地震数据中获得的。然而基于近似公式的方法在弹性模量提取中会因为正演算子的近似引入近似误差,尤其是对于大偏移距的数据来说影响更大。同时,且上述方法均通常先进行纵转换波速度和密度的求取,然后再间接计算得到待求弹性模量参数,在间接计算过程中由于噪声、子波估计等原因产生累积误差,也使得反演结果的精度下降。
发明内容
本说明书实施例的目的在于提供一种确定地层弹性参数的方法、装置及系统,可以大幅度提高反演获得弹性参数的准确性。
本说明书提供一种确定地层弹性参数的方法、装置及系统是包括如下方式实现的:
一种确定地层弹性参数的方法,包括:
获取目标工区的实测的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;
获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度;
利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
本说明书所述的方法的另一个实施例中,所述目标函数采用下述方式构建:
获取弹性参数反射率反演模型,对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
将所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
将所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
本说明书所述的方法的另一个实施例中,构建的所述目标函数包括:
F(m)=||Dpp-Dpp0+Gppm0-Gppm||2+r||Dps-Dps0+Gpsm0-Gpsm||2
其中,F(m)表示构建的目标函数,m=[RM,Rμ,Rd]T表示待求的弹性参数,m0表示弹性参数的初始值,Dpp表示实测的纵波分角度地震数据,Dps表示实测的转换波分角度地震数据,Dpp0表示根据弹性参数的初始值计算的纵波分角度地震数据,Dps0表示根据弹性参数的初始值计算的转换波分角度地震数据;Gpp为纵波反演映射算子,Gps为转换波反演算子,r表示权重系数。
本说明书所述的方法的另一个实施例中,所述弹性参数反射率反演模型包括:
其中,RM为纵波模量反射率,Rμ为转换波模量反射率,Rd为密度反射率;Rpp表示纵波反射系数,Rps表示转换波反射系数,Tpp为纵波透射系数,Tps为转换波透射系数;a,b分别代表入射的纵波、转换波角度;a',b'分别代表透射的纵波、转换波角度;γ1为上层介质纵转换波速度比。
本说明书所述的方法的另一个实施例中,所述方法还包括:
利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
所述根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数,包括:根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
本说明书所述的方法的另一个实施例中,构建的所述目标函数包括:
其中,F(m)表示构建的目标函数,F(m)seismic表示地震数据约束项,F(m)vertical表示纵向约束项,F(m)lateral表示横向约束项,m=[RM,Rμ,Rd]T为待求的弹性参数,Dpp为实测的纵波分角度地震数据,Dps为实测的转换波分角度地震数据,Dpp0为根据弹性参数的初始值计算的纵波分角度地震数据,Dps0为根据弹性参数的初始值计算的转换波分角度地震数据;Gpp为纵波反演映射算子,Gps为转换波反演映射算子;LM,Lμ,Ld分别为纵波模量、转换波模量、密度的初始值的低频分量;TM,Tμ,Td分别为纵波模量、转换波模量、密度的低通滤波矩阵与积分矩阵乘积;为ψ为尺度矩阵,Zj为3N×3N维的由0和1组成的矩阵,r为地震数据约束权重,Q为纵向约束权重,λx(x=M,μ,d)为弹性参数的横向约束权重。
另一方面,本说明书实施例还提供一种确定地层弹性参数的装置,包括:
数据获取模块,用于获取目标工区的实测的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;
反演函数获取模块,用于获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系;
反演模块,用于利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
本说明书所述的装置的另一个实施例中,所述装置还包括函数构建模块,所述函数构建模块包括:
模型获取单元,用于获取弹性参数反射率反演模型,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得;
第一映射算子构建单元,用于对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
第二映射算子构建单元,用于对所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
第三映射算子构建单元,用于对所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
目标函数构建单元,用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
本说明书所述的装置的另一个实施例中,所述函数构建模块还包括:
第一约束项构建单元,用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
第二约束项构建单元,用于根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
第三约束项构建单元,用于根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
目标函数构建单元,用于根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
另一方面,本说明书实施例还提供一种确定地层弹性参数的系统,所述系统包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个实施例所述方法的步骤。
本说明书一个或多个实施例提供的确定地层弹性参数的方法、装置及系统,可以通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理,可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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说明书中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1为本说明书提供的一种确定地层弹性参数的方法实施例的流程示意图;
图2为本说明书提供的一个实施例中的弹性模量确定方法流程示意图;
图3为本说明书提供的另一个实施例中的纵波反射系数对比示意图;
图4为本说明书提供的另一个实施例中的转换波波反射系数对比示意图;
图5为本说明书提供的另一个实施例中的测井理论曲线示意图;
图6为本说明书提供的另一个实施例中的合成叠前纵波地震数据示意图;
图7为本说明书提供的另一个实施例中的合成叠前转换波地震数据示意图;
图8为本说明书提供的另一个实施例中的利用不含噪声的数据基于单独纵波以及弹性模量近似公式得到的反演结果示意图;
图9为本说明书提供的另一个实施例中的不含噪声数据的反演结果示意图;
图10为本说明书提供的另一个实施例中的不含噪声数据的反演结果示意图;
图11为本说明书提供的另一个实施例中的含噪声数据的反演结果示意图;
图12为本说明书提供的另一个实施例中的含噪声数据的反演结果示意图;
图13为本说明书提供的一种确定地层弹性参数的装置实施例的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案,下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图,对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是说明书一部分实施例,而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例,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,都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。
图1是本说明书提供的所述确定地层弹性参数的方法实施例流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构,但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中,这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时,可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。
具体的一个实施例如图1所示,本说明书提供的确定地层弹性参数的方法的一个实施例中,所述方法可以应用于执行地层的弹性参数反演处理的处理设备,所述方法可以包括:
S20:获取目标工区的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据。
处理设备可以获取目标工区的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据。如可以获取目标工区的实测的纵波叠前地震数据以及转换波叠前地震数据,对地震数据进行包括切除、叠前道集去噪声、道集拉平的优化处理。对优化处理后的叠前地震数据进行分角度叠加,获得目标工区的实测纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据。对于纵波和转换波可以分别求取L个分角度叠加地震数据体Dpp(θ1),Dpp(θ2)...Dpp(θL),Dps(θ1),Dps(θ2)...Dps(θL),其中,Dpp表示纵波叠加地震数据体,Dps表示纵波叠加地震数据体,θ1、θ2、……、θL分别表示L个入射角度,每一分角度叠加地震数据体可以包含N个采样点,采样时间为tj(j=1,2,3...N)。
另一些实施例中,还可以根据所述纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据分别提取纵波地震子波以及转换波地震子波。处理设备可以获取目标工区的实测纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据,根据所述纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据分别提取纵波地震子波以及转换波地震子波。然后,可以针对纵波、转换波叠加地震数据体提取地震子波Wpp(θ1),Wpp(θ2)…Wpp(θL),Wps(θ1),Wps(θ2)…Wps(θL)。如可以自相关算法或者维纳-莱文森算法等从纵波、转换波叠加地震数据体中提取纵波地震子波及转换波地震子波。
例如,可以利用测井数据制作井旁纵波合成地震道集,基于纵波合成地震道集以及纵波分角度地震数据估算每个角度下的纵波分角度地震数据对应的子波Wpp(θ1),Wpp(θ2)…Wpp(θL)。利用测井数据制作井旁转换横波合成地震道集,基于转换横波合成地震道集以及转换波分角度地震数据估算每个角度下的转换波分角度地震数据对应的子波Wps(θ1),Wps(θ2)…Wps(θL)。
S22:获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系。
处理设备可以获取目标函数,所述目标函数可以表示实测地震数据与根据弹性参数计算的理论地震数据之间的接近关系。所述接近关系可以是指实测地震数据与根据弹性参数计算的理论地震数据之间的差异性大小,差异性越小,则两个数据越接近。所述弹性参数可以包括弹性模量及密度,所述弹性模量可以包括纵波模量以及转换波模量。
一些实施例中,所述目标函数可以根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型可以根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得。所述反射系数方程可以用于表示弹性波在地层分界面处的波形转换以及能量分配机制。可以根据弹性分界面处的边界条件求解弹性波动方程,获得未近似的反射系数方程。一些实施例中,所述未近似的反射系数方程如可以为未进行近似处理的Zeoppritz方程。
然后,可以根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,获得弹性参数反射率反演模型。所述弹性参数反射率可以表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系。相应的,对应于弹性参数:纵波模量、转换波模量及密度,可以获得纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率。
可以将纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率根据一定的参数转换关系,代入Zeoppritz方程中,获得弹性参数反射率反演模型。例如,可以首先利用纵波速度反射率、转换波速度反射率、密度反射率对Zeoppritz方程进行变换处理,然后,可以将弹性模量反射率与纵波速度反射率、转换波速度反射率之间的关系代入变换处理后的Zeoppritz方程中,获得弹性参数反射率反演模型。当然,也可以采用其他方式将纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率代入Zeoppritz方程中,这里不做限定。
一些实施例中,所述弹性参数反射率反演模型可以为:
为了便于表述,可以将公式(1)称之为M-EXACT公式,公式(1)中RM为纵波模量反射率,Rμ为转换波模量反射率,Rd为密度反射率;Rpp表示纵波反射系数,Rps表示转换波反射系数,Tpp为纵波透射系数,Tps为转换波透射系数;a、b分别代表入射的纵波、转换波角度;a'、b'分别代表透射的纵波、转换波角度,γ1为上层介质纵转换波速度比。
一些实施例中,可以所述目标函数采用下述方式构建:
获取弹性参数反射率反演模型,对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
将所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
将所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
可以基于上述方案根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,获得弹性参数反射率反演模型。一些实施方式中,对变换获得的上述M-EXACT方程可以分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,分别获得下述公式(2)、(3)、(4):
基于纵波模量反射率RM的泰勒展开为:
基于转换波模量反射率Rμ的泰勒展开为:
基于密度反射率Rd的泰勒展开为:
然后,可以根据泰勒展开结果确定各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子,如下:
其中,GppM、Gppμ、Gppd分别表示纵波模量相对纵波的反演映射算子、转换波模量相对纵波的反演映射算子、密度相对纵波的反演映射算子,GpsM、Gpsμ、Gpsd分别表示纵波模量相对转换波的反演映射算子、转换波模量相对转换波的反演映射算子、密度相对转换波的反演映射算子,t0表示地震数据的初至时间,θi表示第i个入射角度,L为分角度叠加数据的个数,N为采样点总数。
然后,可以确定纵波映射反演算子Gpp以及转换波反演映射算子Gps如下:
然后,可以利用纵波反演映射算子以及转换波反演映射算子构建目标函数。一些实施例中,构建的所述目标函数F(m)可以表示为:
F(m)=F(m)seismic=||Dpp-Dpp0+Gppm0-Gppm||2+r||Dps-Dps0+Gpsm0-Gpsm||2 (5)
其中,F(m)seismic表示基于地震数据构建的目标函数,m=[RM,Rμ,Rd]T表示待求的弹性参数,m0表示弹性参数的初始值,Dpp表示实测的纵波分角度地震数据,Dps表示实测的转换波分角度地震数据,Dpp0表示根据弹性参数的初始值计算的纵波分角度地震数据,Dps0表示根据弹性参数的初始值计算的转换波分角度地震数据;Gpp为纵波反演映射算子,Gps为转换波反演算子,r表示权重系数。
通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可以有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,在上述实施例中,根据纵波模量反射率、转换波模量反射率及密度反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理。可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
本说明书的另一些实施例中,可以在未近似的反射系数方程的基础上,进一步考虑实际地质环境中地层纵向或者地层横向的变化对地震数据传播的影响,进行弹性参数的反演,从而进一步使得最终获得弹性参数更符合实际地层构造,提高反演结果的精度。一些实施例中,所述方法还可以包括:
利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
所述根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数,可以包括:根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
地层纵向的影响可以通过考虑弹性参数之间的相关性进行分析,一些实施方式中,可以假设弹性模量反射率和密度反射率之间的先验概率分布为:
可以根据上述先验概率分布确定反演的目标函数的纵向约束项F(M)vertical为:
其中,m=[RM,Rμ,Rd]T表示待求的弹性参数,ψ为尺度矩阵,Zj为维度为3N×3N的矩阵,N表示采样点总数,Zj的(1,j),(2,j+N),(1,j+2N)处的元素为1,其余元素为0。
可以获取弹性参数的低频成分,建立横向约束项F(m)lateral为:
F(m)lateral=λM||TMm-LM||2+λμ||Tμm-Lμ||2+λd||Tdm-Ld||2 (8)
公式(8)中,LM,Lμ,Ld分别为弹性参数的纵波模量、转换波模量、密度的初始值的低频分量的对数;λM、λμ、λd分别为纵波模量、转换波模量、密度的横向约束权重;TM,Tμ,Td分别为纵波模量、转换波模量、密度的低通滤波矩阵F-1ΛF与积分矩阵P乘积:
Ta=F-1ΛFP,(a=M,μ,d), (9)
其中,Λ为低通滤波器表示的对角矩阵,
根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数,则构建的所述目标函数可以表示为:
其中,Q为纵向约束权重。
通常利用近似的方法在求解过程中仅考虑反演的稀疏约束,忽略了待求参数之间的相关性,导致反演过程存在不适定性。且该方法仅可得到纵转换波模量的相对值,缺少低频信息的约束,导致储层和流体预测具有较强的多解性。本说明书上述实施例通过进一步考虑地层的横向及纵向变化的影响,根据参数之间的相关性及横向低频信息作为约束进行目标函数的构建,可以进一步使得弹性参数的反演结果更符合工区的实际地层分布,提高反演结果的准确性。
S24:利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
可以利用构建的目标函数对上述步骤确定的实测地震数据以及地震子波数据进行反演处理,求取目标函数的极小值,获得纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率。然后,可以对求得的纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行积分和指数运算,即可获得弹性模量和密度参数的绝对值,从而直接定量计算出目标工区的弹性模量和密度参数数据。一些实施方式中,可以利用下述方式对纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行积分和指数运算:
其中,M表示纵波模量,M(t1)表示采样点j为1时的纵波模量,RM(tj)表示采样点j对应的纵波模量反射率;μ表示转换波模量,μ(t1)表示采样点j为1时的转换波模量,Rμ(tj)表示采样点j对应的转换波模量反射率;d表示密度,d1表示采样点j为1时的密度,Rd(tj)表示采样点j对应的密度反射率。
基于本说明书上述实施例提供的方案,本说明书还提供一种具体场景示例,以说明本说明书各实施例提供的方案的实用性。图2表示本说明书提供的一个场景示例中的性参数确定方法流程示意图。如图2所示,所述方法可以包括如下步骤:
A:叠前道集修饰性处理,构建高保幅、保真的观测地震道集;
B:基于弹性模量精确表达式,利用泰勒展开,得到目标函数的地震数据约束项;
C:利用测井数据,求取弹性模量反射率,建立目标函数的的纵向约束项;
D:解释地质框架,结合测井数据,建立目标函数的横向低频信息约束项;
E:结合地震数据约束、纵向约束、横向约束建立求取弹性模量的多项约束的目标函数,利用目标函数反演得到弹性模量、和密度数据体。
基于上述方案,本说明书还提供了具体的实例对比分析,如图3至图12所示,具体对比分析结果如下:
图3为基于不同的AVO类型,利用本说明书实施例推导的M-EXACT方程、弹性模量近似公式以及精确的Zeoppritz公式进行计算得到的纵波反射系数对比。其中实线1为利用Zeoppritz公式求取的纵波反射系数曲线,实线2为利用M-EXACT方程求取的纵波反射系数曲线,实线3为利用弹性模量近似公式求取的纵波反射系数曲线。从图中可见,在入射角度(Incident angle)在30°以内时,利用弹性模量近似公式求得的纵波反射系数与Zeoppritz公式求得的结果吻合的较好,但是当入射角度大于30°时就出现了较大的偏差,尤其是在第一、二、四类AVO异常的情况下误差较大,但是本说明书实施例的M-EXACT求得的纵波反射系数与Zeoppritz公式求得的结果一致性非常高,因此,可以说明本说明书实施例提供的方案可以有效改善大角度入射情况下纵波反射系数精度不高的现象。
图4为基于不同的AVO类型,利用本说明书实施例推导的M-EXACT方程、弹性模量近似公式以及精确的Zeoppritz公式进行计算得到的转换波反射系数对比。其中实线4为利用Zeoppritz公式求取的转换波反射系数曲线,实线5为利用M-EXACT方程求取的转换波反射系数曲线,实线6为利用弹性模量近似公式求取的转换波反射系数曲线。从图4中可见,在第一、二类AVO异常的情况下,当入射角度在20°以内时,利用弹性模量近似公式求得的转换波反射系数与Zeoppritz公式求得的结果具有相对较高的吻和率,而在第三、四类AVO异常的情况下利用近似公式求得的转换波反射系数均与理论值具有较为明显的误差。相对地,无论哪种范围的角度入射,本说明书实施例的M-EXACT方程求得的转换波反射系数与Zeoppritz公式求得的反射系数吻和率较高,证明了本说明书实施例方案计算的准确性。
图5给出了反演测试的理论数据以及初始模型数据。其中,7、9、11、13、15实线表示理论值,8、10、12、14、16虚线表示反演过程中的初始模型值。7、8线代表纵波速度,9、10线代表转换波速度,15、16线代表密度,11、12线以及13、14线分别表示利用纵波、转换波速度以及密度值计算得到的纵波、转换波模量值。
图6为在入射角度分别为20°、30°、40°、50°时基于Zeoppritz公式,利用图5中的理论值与雷克子波褶积得到的未含噪声的角度道集。其中图6中的(a)图为纵波地震角度道集,图6中的(b)图为转换波地震角度道集。
图7是在图6给出的角度道集基础上增加了噪声干扰后的角度道集,其中图7中的(a)图为纵波地震角度道集,图7中的(b)图为转换波角度道集,对比可以验证本说明书实施例提出方法的抗噪性。
图8是基于图6中的(a)图的数据,利用弹性模量近似公式反演得到的结果。其中虚线17为利用该方法反演的到的纵波模量数据,虚线18为利用该方法得到的转换波模量数据,虚线19为利用该方法得到的密度反演结果。从图8中可以看出基于单独的纵波数据以及近似公式反演得到的数据在无噪声干扰的情况下与理论数据基本吻合,但是局部出现明显的误差。
图9是基于图6中的(a)图的数据,利用本说明书实施例推导的M-EXACT方程基于单独纵波反演得到的结果与理论值对比。其中,虚线20为利用本说明书实施例方法反演的到的纵波模量数据,虚线21为利用本说明书实施例方法得到的转换波模量数据,虚线22为利用本说明书实施例方法得到的密度反演结果。将图9与图8对比可见,在无噪声的情况下,基于M-EXACT方程反演得到的结果精度要高于基于弹性模量近似方程反演得到的结果,可以证明基于M-EXACT方程反演可克服大角度入射的精度不高的现象。
图10是基于图6中的(a)图以及图6中的(b)图的数据,利用本说明书实施例提出的基于多波数据的弹性模量的叠前高精度提取方法反演得到的结果。其中,虚线23为利用本说明书实施例方法反演的到的纵波模量数据,虚线24为利用本说明书实施例方法得到的转换波模量数据,虚线25为利用本说明书实施例方法得到的密度反演结果。结合图9与图10来看,可见基于多波的弹性模量提取方法相对于单纯基于纵波的弹性模量提取方法能够获得更高精度的结果。通过上述对比可知,本说明书实施例提出的基于多波数据提取弹性模量的方法相对其他常规方法能获得精度更高的弹性模量结果。
为了进一步验证本说明书实施例的抗噪性,对含有噪声的数据也进行了基于M-EXACT方程的单独纵波以及多波反演方法的对比。图11是基于图7中的(a)图的数据利用单独纵波得到的反演结果。其中,虚线26为利用本说明书实施例方法反演的到的纵波模量数据,虚线27为利用本说明书实施例方法得到的转换波模量数据,虚线28为利用本说明书实施例方法得到的密度反演结果。通过反演结果可知,基于本说明书实施例的M-EXACT方程的单独纵波以及多波反演方法在数据含有噪声的情况下均可以有效地反演出弹性模量和密度结果,反演结果能够基本反映理论弹性参数的变化情况。
图12为利用本说明书实施例的M-EXACT方程基于多波数据对图7中的(a)图以及图7中的(b)图数据的反演结果。其中,虚线29为利用本说明书实施例方法反演的到的纵波模量数据,虚线30为利用本说明书实施例方法得到的转换波模量数据,虚线31为利用本说明书实施例方法得到的密度反演结果。通过对比图11和图12可知,图12中的反演结果曲线均比图11中的反演结果曲线精度高,尤其是转换波模量反演结果。因此利用本说明书实施例提出的基于多波数据的弹性模量的叠前高精度提取方法具有较强的抗噪性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,但本发明保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可容易地进行改变或变化,而这种改变或变化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以权利要求书的保护范围为准。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。具体的可以参照前述相关处理相关实施例的描述,在此不做一一赘述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书一个或多个实施例提供的确定地层弹性参数的方法,可以通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理,可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
基于上述所述的确定地层弹性参数的方法,本说明书一个或多个实施例还提供一种确定地层弹性参数的装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统、软件(应用)、模块、组件、服务器等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思,本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似,因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施,重复之处不再赘述。以下所使用的,术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。具体的,图13表示说明书提供的一种确定地层弹性参数的装置实施例的模块结构示意图,如图13所示,所述装置可以包括:
数据获取模块102,可以用于获取目标工区的实测的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;
反演函数获取模块104,可以用于获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系;
反演模块106,可以用于利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
本说明书的另一些实施例中,所述装置还可以包括函数构建模块,所述函数构建模块可以包括:
模型获取单元,可以用于获取弹性参数反射率反演模型,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得;
第一映射算子构建单元,可以用于对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
第二映射算子构建单元,可以用于对所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
第三映射算子构建单元,可以用于对所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
目标函数构建单元,可以用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
本说明书的另一些实施例中,所述函数构建模块还可以包括:
第一约束项构建单元,可以用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
第二约束项构建单元,可以用于根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
第三约束项构建单元,可以用于根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
目标函数构建单元,可以用于根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
需要说明的,上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述,在此不作一一赘述。
本说明书一个或多个实施例提供的确定地层弹性参数的装置,可以通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理,可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上,所述的存储介质可以计算机读取并执行,实现本说明书实施例所描述方案的效果。因此,本说明书还提供一种确定地层弹性参数的设备,包括处理器及存储处理器可执行指令的存储器,所述指令被所述处理器执行时实现包括上述任意一个实施例所述方法的步骤。
所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置,通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括:利用电能方式存储信息的装置如,各式存储器,如RAM、ROM等;利用磁能方式存储信息的装置如,硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘;利用光学方式存储信息的装置如,CD或DVD。当然,还有其他方式的可读存储介质,例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
需要说明的,上述所述的设备根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述,在此不作一一赘述。
上述实施例所述的确定地层弹性参数的设备,可以通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理,可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
本说明书还提供一种确定地层弹性参数的系统,所述系统可以为单独的确定地层弹性参数的系统,也可以应用在多种计算机数据处理系统中。所述的系统可以为单独的服务器,也可以包括使用了本说明书的一个或多个所述方法或一个或多个实施例装置的服务器集群、系统(包括分布式系统)、软件(应用)、实际操作装置、逻辑门电路装置、量子计算机等并结合必要的实施硬件的终端装置。所述确定地层弹性参数的系统可以包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个或者多个实施例中所述方法的步骤。
需要说明的,上述所述的系统根据方法或者装置实施例的描述还可以包括其他的实施方式,具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述,在此不作一一赘述。
上述实施例所述的确定地层弹性参数的系统,可以通过基于未近似的反射系数方程进行反演目标函数的构建,可有效避免近似公式在大偏移距情况下误差较大的问题,提高最终反演结果的准确性。同时,根据弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理,利用变换处理后的方程进行反演处理,可以实现对纵波模量、转换波模量及密度的直接计算,降低现有间接计算所带来的噪声、子波估计等原因产生点的累积误差,提高纵波模量、转换波模量及密度的计算精度。
本说明书实施例并不局限于必须是符合标准数据模型/模板或本说明书实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例,仍然可以属于本说明书的可选实施方案范围之内。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书的实施例而已,并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说,本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本说明书的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种确定地层弹性参数的方法,其特征在于,包括:
获取目标工区的实测的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;
获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度;
利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述目标函数采用下述方式构建:
获取弹性参数反射率反演模型,对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
将所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
将所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,构建的所述目标函数包括:
F(m)=||Dpp-Dpp0+Gppm0-Gppm||2+r||Dps-Dps0+Gpsm0-Gpsm||2
其中,F(m)表示构建的目标函数,m=[RM,Rμ,Rd]T表示待求的弹性参数,m0表示弹性参数的初始值,Dpp表示实测的纵波分角度地震数据,Dps表示实测的转换波分角度地震数据,Dpp0表示根据弹性参数的初始值计算的纵波分角度地震数据,Dps0表示根据弹性参数的初始值计算的转换波分角度地震数据;Gpp为纵波反演映射算子,Gps为转换波反演算子,r表示权重系数。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
所述根据所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数,包括:根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,构建的所述目标函数包括:
其中,F(m)表示构建的目标函数,F(m)seismic表示地震数据约束项,F(m)vertical表示纵向约束项,F(m)lateral表示横向约束项,m=[RM,Rμ,Rd]T为待求的弹性参数,Dpp为实测的纵波分角度地震数据,Dps为实测的转换波分角度地震数据,Dpp0为根据弹性参数的初始值计算的纵波分角度地震数据,Dps0为根据弹性参数的初始值计算的转换波分角度地震数据;Gpp为纵波反演映射算子,Gps为转换波反演映射算子;LM,Lμ,Ld分别为纵波模量、转换波模量、密度的初始值的低频分量;TM,Tμ,Td分别为纵波模量、转换波模量、密度的低通滤波矩阵与积分矩阵乘积;为ψ为尺度矩阵,Zj为3N×3N维的由0和1组成的矩阵,r为地震数据约束权重,Q为纵向约束权重,λx(x=M,μ,d)为弹性参数的横向约束权重。
7.一种确定地层弹性参数的装置,其特征在于,包括:
数据获取模块,用于获取目标工区的实测的纵波分角度地震数据以及转换波分角度地震数据;
反演函数获取模块,用于获取用于表征实测地震数据与基于弹性参数计算的理论地震数据之间接近关系的目标函数,所述目标函数根据弹性参数反射率反演模型构建,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得,所述弹性参数包括纵波模量、转换波模量及密度,所述弹性参数反射率表示上下地层界面的弹性参数之差与上下地层界面的弹性参数之和的比值关系;
反演模块,用于利用所述目标函数对所述纵波分角度地震数据、转换波分角度地震数据进行反演处理,获得所述目标工区的弹性参数数据。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述装置还包括函数构建模块,所述函数构建模块包括:
模型获取单元,用于获取弹性参数反射率反演模型,所述弹性参数反射率反演模型根据利用弹性参数反射率对未近似的反射系数方程进行变换处理获得;
第一映射算子构建单元,用于对所述弹性参数反射率反演模型分别基于纵波模量反射率、转换波模量反射率以及密度反射率进行泰勒展开,获得各弹性参数相对纵波的反演映射算子、各弹性参数相对转换波的反演映射算子;
第二映射算子构建单元,用于对所述各弹性参数相对纵波的反演映射算子与纵波地震子波进行褶积,获得纵波反演映射算子,所述纵波地震子波根据对所述纵波分角度地震数据进行子波提取获得;
第三映射算子构建单元,用于对所述各弹性参数相对转换波的反演映射算子与转换波地震子波进行褶积,获得转换波反演映射算子,所述转换波地震子波根据对所述转换波分角度地震数据进行子波提取获得;
目标函数构建单元,用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建所述目标函数。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述函数构建模块还包括:
第一约束项构建单元,用于利用所述纵波反演映射算子及转换波反演映射算子构建地震数据约束项;
第二约束项构建单元,用于根据弹性模量与密度之间的先验概率分布构建纵向约束项,所述弹性模量包括纵波模量及转换波模量;
第三约束项构建单元,用于根据各弹性参数的低频分量构建横向约束项;
目标函数构建单元,用于根据所述地震数据约束项、纵向约束项以及横向约束项构建所述目标函数。
10.一种确定地层弹性参数的系统,其特征在于,所述系统包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器,所述处理器执行所述指令时实现所述权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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CN112632888A (zh) * | 2020-08-18 | 2021-04-09 | 上海致居信息科技有限公司 | 电路合成方法、设备、介质和数据存储证明系统 |
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