CN1313841C

CN1313841C - 在地震勘探中使用的方法和设备

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Publication number: CN1313841C
Application number: CNB038022028A
Authority: CN
Inventors: 史蒂夫·A·霍尼; 詹姆斯·E·盖瑟; 埃里卡·安格尔
Original assignee: Westerngeco LLC
Current assignee: Westerngeco LLC
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: WO2003060560A1; EP1468310A1; AU2003203024A1; RU2004124830A; AU2003203024B2; US6862531B2; CN1630827A; NO20043362L; RU2319982C2; US20030167126A1

Abstract

本发明公开了一种在地震勘探中使用的方法和设备。该方法包括：划分多个转换的分裂剪切波数据作为方位角和炮检距的函数，所述数据由一个共同事件产生，并且是在多个方位角和多个炮检距处记录的；在划分后的数据中分离出快的和慢的分裂剪切波波场；得出至少一个所述分离的快和慢剪切波波场的至少一个属性；和分析所述得出的属性。该设备包括以执行该方法的指令来编码的程序存储介质，当用被编程执行该方法的计算设备或计算机执行这些指令时，执行该方法。

Description

在地震勘探中使用的方法和设备

技术领域

本发明涉及地震学，特别涉及关于转换波形数据的地震学。

背景技术

储集层断裂特征对于生产工程师是一个历史性的重大问题，并且已经导致了比必须成本更高的生产成本。除了使用钻井方法来鉴别和分级断裂的储集层之外，表面地震方法可以提供用于定量确定矿井之间巨大空间区域上的断裂的重要属性。这些属性涉及通常在地震勘测中所使用的压缩波(也称做“P波”)和剪切波(也称做“S波”)的反射振幅和传播时间的观测各向异性。

更具体的，在地震学中通常使用的有两种类型的地震波。第一种类型就是所谓的“P波”，或压缩波，其在波形传播的方向上产生振动。第二种类型就是所谓的“S波”，或剪切波，其在与波形传播正交的方向上产生振动。S波典型的在双折射的、或者各向异性的介质中分裂成快波和慢波，并且这两种类型的剪切波的幅度和传播时间都可以被使用。而且如下面将进行的阐述，入射剪切波可以包含两个分量，它们在两个正交的方向S1(即快剪切波S1的传播方向)和S2(即慢剪切波S2的传播方向)上被极化(指振动方向)，并且它们被一个时间延迟彼此分开。

很多地震勘测也使用“转换”波形。从使用P波源的海洋底部勘测或陆地多分量勘测中，有可能得到在地层中转换的S波的测量。如果所述地层在相对于波运动的水平方向上是各向同性的，那么对于每一反射界面而言有可能会接收到一个S波。然而，如果正如通常会出现的情况，地层在相对于水平方向上表现出各向异性(例如，由于断裂导致地质层在特定方向上被极化)，那么将会记录到来自每一反射界面的两个分离的S波到达，它们在不同的时间到达，具有不同的传播速度。这就是快S波(S1)和慢S波(S2)。如前所述，它们也有一个特征，就是具有不同的极化方向(即在水平面上粒子运动的方向)，这两个极化方向在大多数情况下被认为是彼此近似正交的。

在图1中描述了剪切波分裂现象，其中说明了剪切波到达S，在各向异性介质的起始处A分裂成两个单独的剪切波S1和S2，它们具有不同极化方向并且以不同的速度传播至介质的末端B。如果假设从末端B向上的介质是各向同性的，这两个极化后的、分裂的剪切波将继续分开传播，但是速度相同，直到它们撞击到记录的地震检波器。多分量地震检波器的每一水平分量上记录到的幅度取决于S1和S2方向相对于X和Y方向的取向。

图1通过只考虑嵌在各向同性介质中的一个各向异性层，展现了剪切波双折射原理的简单图形描述。然而实际上有多个反射边界产生多个在S1和S2方向上被极化的剪切波到达。另外，在不同的各向异性层中这些方向S1和S2可以改变。在这里所考虑的该应用中，假定极化方向S1和S2在分析时间窗口上不随深度而改变。

于是地震勘测通常涉及从声源发出一个声波，传播通过地下地质层组并被反射回地震传感器。所述声波典型的是如前所述的P波和/或S波，有时是转换波。所述地震传感器布满整个被勘测的区域，以接收反射波。地震学家经常把反射波表征为纯模式反射，即在那里所述反射的下行段和上行段是相同类型的(都是P波或都是S波)，或转换模式反射，即下行段为P波、上行段为S波(PS波)。

纯模式反射是对称的，然而转换模式反射是不对称的。图2A-图2D用概念性的方式图示出了这样的特征。如图2A-图2B所示，纯模式反射的传播路径是对称的，其中对于在相反方向上传播的波形的响应是相同的。如图2C-图2D所示，转换模式反射的传播路径是不对称的，即根据传播方向的不同所述响应是不同的。

它们对称的一个结果就是，纯模式反射定量确定介质的所有对称特性时的能力有限。这是因为该勘测观测下行波和上行波穿过介质时的平均响应。结果就是这些模式不能单独的区分在地质层组中的垂直断裂和倾斜断裂。

转换模式反射传播的不对称性的一个结果就是，原则上它们可以测量断裂介质的所有对称特性。分裂S波响应将根据传播的方向不同而有所不同。结果就是PS波能鉴别断裂倾斜、断裂取向和倾斜方向，以及纯模式所能提供的其它属性。倾斜断裂的对称特性不仅对于在处理过程中描述速度结构很重要，而且更重要的是它们对于规划水平钻井计划很重要，在那里钻井通常是垂直于断裂的，从而可以在储集层中获得最大的排出容量。

已经开发了大量用于对称的P波模式的技术来描述带有对称水平轴的各向异性介质的特性，该技术使用方位速度分析和AVO/AVA(振幅随方位变化/方位速度分析，Amplitude Variation withOffset/Azimuthal Velocity Analysis)转换。参见Grechka，V. &Tsvankin，I.，“3D Description of Moveout in AnisotropicInhomogeneous Media，”63 Geophysics 1079-92(1998)；Rüger，A.，“P-Wave Reflection Coefficients for Transversely Isotropic ModelsWith Vertical and Horizontal Axis of Symmetry，”62 Geophysics713-22(1997)。从椭圆速度和AVA变量计算得到可以被转换成断裂走向和密度的各向异性参数。参见Hall，S.，等人，″FractureCharacterization Using P-wave AVOA in 3-D OBS Data，″70^th Ann.Internat.Mtg.：Soc.of Expl.Geophys.1409-12(1999)，Perez，M.A.，等人.″Detection of Fracture Orientation Using Azimuthal Variation ofP-Wave AVO Responses，″64 Geophysics 1253-65(1999)。

当分别以两个正交的水平剪切波源与接收器得到纯S模式时，就可以描述垂直断裂的特征，如来自新墨西哥Vacuum Field的陆地地震数据所示。参见Roche，S.L.等人，″4-D，3-C Seismic Study at VacuumField，New Mexico，″SEG ExpandedAbstracts 886-89(1997)；Angerer，E.，等人″Processing，Modeling，and Predicting Time-Lapse Effects ofOver-Pressured Fluid Injection in a FracturedReservoir″Geophysical J.Int.(2001)。假设层叠的数据表示垂直射线路径传播的数据，按照剥层法就可以确定断裂密度和垂直断裂的取向。De Vault，B.，等人，″Multicomponent AVO Analysis at VacuumField，New Mexico，Part I：Theory and Data Processing，″68^th Ann.Intemat.Mtg：Soc.of Expl.Geophys.，166-69(1997)，使用剪切波AVO/AVA反演估计了相同数据的断裂密度。剥层和AVO反演结果与断层的解释关联。

通过使用上行S波的双折射效应，对多个方位角采样的转换模式反射具有用于描述断裂特征的潜力。Potters，J.H.H.M.，等人，″The 3DShear Experiment Over the Natih Field in Oman：Reservoir Geology，Data Acquisition and Anisotropy Analysis.″47Geophy.Prosp.637-62(1999)说明了S波振动器数据对于阿曼的Natih地区的断层特征的重要性。

尽管上述观测已经提供了关于断层取向和密度的重要信息，但是它们的能力限于定量确定断层的所有对称特性。这是因为，如上所提到的，纯模式反射的上行段和下行段是相同的(PP波或SS波)，导致得到一个平均响应。这个响应对于相反方向传播的波形也是相同的；因此纯模式不能够区分垂直断裂和倾斜断裂。

只有一个S波(上行)路径段的PS波也被用来测量各向异性的地震属性，以描述断裂特征。Ata，E.& Michelena，R.J.，″MappingDisribution of Fractures in a Reservior With P-S Converted Waves，″14 The Leading Edge 664-676(1995)，在委内瑞拉使用三个以井孔为中心的2-D测线来定量确定断裂信息。尽管空间覆盖比较稀疏，方位各向异性似乎是由两个断裂系统引起的。在怀俄明州的Wind River盆地为校准更大范围的P波测量而收集的一个小3-D/3-C勘测在描述断裂的各向异性方面取得了一些成功的测量结果。参见Gaiser，J.E.，″Applications for Vector Coordinate Systems of 3-D Converted-WaveData，″18The Leading Edge 1290-1300(1999)；Grimm，R.E.，et al.，″Detection and Analysis of Naturally Fractured Gas Reservoise：Multiazimuth Seismic Surveys in the Wind River Basin，Wyoming，″64 Geophysics 1277-92(1999)。

另外，在怀俄明州的Green River盆地收集的一个3-D/3-C勘测提供了一致的P波双折射观测结果，该观测与已知的断层和区域断陷线非常相关。参见Gaiser，J.E.& Van Do k，R.R.，″Analysis ofPS-Wave Birefringence From a 3-D Land Survey for FractureCharacterization，″63d EAGE Conf.and Tech.Exhibit，Amsterdam，Extended Abstract(2001)。海洋PS波数据也常规性示出了在北海也存在方位各向异性，参见Gaiser，J.E.，″3-D PS-Wave Data：

Unraveling Shear-Wave Birefreingence for Fracture Detection，″62nd EAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，Extended Abstract(2000)；Probert，T.，等人，″A Case Study of Azimuthal AnisotropyAnalysis From a North Sea 3D 4C Project，″SEG/EAGE SummerResearch Workshop，Boise，Idaho(2000)，and in the Gulf of Mexico，Gaiser，J.E.，″Advantages of 3-D PS-Wave Data to Unravel S-WaveBirefrengence for Fracture Detection，″70^th Ann.Int′l SEG Mtg.，Expanded Abstact，1202-04(2000)；Spit：z，S.等人，″ReservoirMonitdring Using Multicomponent Seismic：Processing the Teal South4D-4C，″SEG/EAGE Summer ResearchSummer Workshop，Boise，Idaho(2000)，并且这个各向异性被认为是对断裂的响应。

然而这些转换波勘测也只是考虑了与垂直断裂系统相关的各向异性。例如上述的Gaiser and Van Dok，(2001)使用了四个分量的Alford旋转，参见Alford，R.M.，″Shear Data in the Presence of AzimuthalAnisotropy：Dilley，Texas，″56^th Ann.Internat.Mtg.，Soc.ExpI.Geophys.，Houston，Expanded Abstracts(1986)和剥层法，参见Winterstein，D.F.，& Meadows，M.A.，″Shear-Wave Polarizations andSubsurface Stress Directions at Lost Hills Field，″56 Geophysics1331-38(1991)，来推断垂直断裂的密度和取向。

如上所述，转换波反射是不对称的，其中上行波只是由分裂的S波组成。这些S波路径在垂直地震剖面(″VSP″)具有与下行S波或透射S波相同的属性，即它是单向路径。上述的Winterstein &Meadows(1991)已经展示了它们可以被如何用来测量分裂的S波之间的取向和时间延迟，以用于描述方位各向异性和断裂的特征。Horne，S.A.，等人，″Fracture Characterization From Near-Offset VSPInversion，″45 Geophysical Prospecting 141-64(1997)，已经将这些技术延伸到使用适当的VSP数据来测量倾斜断裂集的对称特性。Grechka，V.& Tsvankin，I.，″Inversion of Azimuthally DependentNMO Velocity in Transversely Isotropic Media With a Tilted Axis ofSymmetry，″65 Geophysics 232-46(2000)，也已经设计了用来估计倾斜断裂的所有背景和断裂参数的断裂特征描述程序。然而该方法使用了从水平界面反射的P波和两个S波(或转换波)的长波长垂直和NMO速度。在实际中，反演这些速度得到区间属性会导致巨大的不确定性。

这些技术中的一部分已经成为专利文献。考虑美国专利US6292754，标题为“地震3-D转换波数据的向量重组”，其公开日为2001年9月18日，受让人为BP Corporation North America Inc.，发明人为Leon Thomsen。该′754专利公开了一种多分量转换波形2-D和3-D地震数据的地震处理方法，其中在多个不同的源-接收器方位得到每一CCP道集中的地震记录道。然而该技术仅应用于叠加前的数据。而且所述数据并没有被整理成正交方位分布。相反，在所述处理中考虑和使用所有方位，它将产生的时移或属性平均。这会引起对最终结果预测分析的不准确性。

再考虑国际申请WO0136999A2，标题为“快和慢剪切波极化方向的确定”，申请日为2000年10月20日，公开日为2001年5月25日，要求的优先权日为1999年11月16日。该申请的一些部分被引用到上文中与图1相关的部分。该′999申请提出一种只使用一个方位角数据集(即一个方向)(它意味着同一方位角有两个记录道(由于对称的原因))从转换波数据中得到属性的方法。这也会引起对最终结果预测分析的一些不准确性。

本发明意在解决、或者至少要减少上述中的一个或所有问题。

发明内容

本发明公开了一种在地震勘探中使用的方法和设备。该方法包括：划分多个转换的分裂剪切波数据作为方位角和炮检距的函数，所述数据由一个共同事件产生，并且是在多个方位角和多个炮检距处记录的；在划分后的数据中分离出快的和慢的分裂剪切波波场；得出至少一个所述分离的快和慢剪切波波场的至少一个属性；和分析所述得出的属性。。

该设备包括：划分多个转换的分裂剪切波数据的装置，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数；在划分后的数据中分离出快的和慢的分裂剪切波波场的装置；得出所述分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性的装置；以及分析所述得出的属性的装置。

附图说明

通过参照下面对附图的描述可以更好的理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的部件。

图1描述了传统的在各向异性介质中的分裂的剪切波；

图2A-2D描述了传统地震学中纯模式反射的对称性(图2A-图2B)和转换模式反射的不对称性(图2C-图2D)；

图3A和图3B概念性的描述了根据本发明的一个特定实施例的陆基地震勘测；

图4A和图4B概念性的描述了在图1中的实施例可能会使用到的数据收集单元；

图5A和图5B分别描述了本发明的一个特定实施例的处理过程的流程图和该过程工作中的数据操作的概念化；

图6A和图6B分别描述了分裂剪切波通过带有垂直断裂集的岩石传播之后的时间延迟建模和对给走向平行于所述图垂直轴走向并向右倾斜10度的一组断裂的时间延迟建模；

图7描述了图5A和图5B中的实施例的一个特定实施方式；

图8是用于确定在图7中的一个特定实施方式中倾斜断裂的特征的流程图；

图9A和图9B描述了对随方位角变化的时间延迟数据范例实施图8中的流程所得到的时移结果和进行的分析。

尽管该发明容许有各种变化和替换形式，但附图描述了这里以范例详细说明的特定实施例。可是应该理解的是，这里特定实施例的说明并不是意于将本发明限制到所公开的特定形式，与此相反，其意图是要覆盖住如所附的权利要求中定义的本发明的精神和范围之中的所有修改、等同和替换。

具体实施方式

下面说明本发明的示意性实施例。出于清楚的考虑，在该说明中并没有描述实际实施方式的所有特征。当然需要认识到的是，在开发任何这种实际实施例中，必须作出多个特定实施方式选择以实现开发者的特定目标，例如与系统相关的和与商业相关的限制，每一个实施例的这种限制都是彼此不同的。而且需要认识到的是，即使这种开发努力是复杂的和费时的，它对于受到本发明启示的本领域普通技术人员来说将是常规性的工作。

图3A和图3B描述了使用地震勘测系统300的陆基地震勘测，其中可以得到地震数据用于按照本发明进行的处理。该地震勘测系统300包括地震记录阵列305，并可以按照常规技术构造。地震记录阵列305包括多个接收器306，位于地面307的被勘测区域的附近。在该说明的实施例中，接收器306，例如使用本领域熟知的常规地震检波器来实现。在该说明的实施例中接收器306收集到的数据通过数据收集单元308在通信链路309上传送。注意到在某些替换实施例中，记录阵列305可以通过无线连接传送接收器306收集到的数据。

图3A中所示的勘测是本领域所熟知的三维勘测，或者“3D勘测”。因此该勘测产生3D数据。该勘测使用正交爆炸源和接收器勘测设计。在接收器306和源315对中间，宽的方位角和炮检距分布通常是理想的。一般说来，方向的数目越多对于本发明就会产生越好的结果。

图3A所示为地震源315和集中位于记录卡车310上的数据收集单元320。然而本领域的熟练技术人员会认识到的是，在替换实施例中，数据收集单元320的各个部分可以整体地或者部分地分布放置，例如穿过所述地震记录阵列305。地震源315按照常规方式产生多个地震勘测信号325。地震勘测信号325传播并被地下地质层组330反射。地震接收器320以常规方式接收反射离开地下地质层组330的反射信号335。地震接收器306然后产生表示所述反射335的数据，所述地震数据包含在电磁信号中。

如图4A和图4B所示，记录卡车305配备有机架固定的计算装置400，使用该计算装置至少可以实现部分的数据收集系统320。计算装置400包括通过总线系统415与存储器410通信的处理器405。存储器410可以包括硬盘和/或随机存取存储器(RAM)和/或可移动存储器、例如软磁盘417和光盘420。使用存储有如上所述得到的数据集的数据结构425、操作系统430、用户界面软件435和应用程序465对存储器410进行编码。用户界面软件435协同显示器440一起实现用户界面445。用户界面445可以包括诸如键区或键盘450、鼠标445和操纵杆460的外围I/O设备。处理器405在操作系统430的控制下运行，该操作系统实际上可以是本领域所熟知的任何操作系统。根据操作系统实施方式的不同，在操作系统430被加电、复位、或者二者同时的情况下，应用程序465被调用。

再次回到图3A，地质层组330给定地震反射体345。受到本发明启示的本领域技术人员会认识到，被勘测的地质层组可以是非常复杂的。例如可以出现代表多个倾斜事件的多个反射体。出于清楚的考虑，图3A省去了这些复杂的附加层等等会使本发明不清楚的部分。不过本发明可以在这种复杂情况下实现。

如上所述，接收器306产生的信号被传送到数据收集单元320。特别的，接收器306通过发射器308在无线链路309上将它们收集的地震数据传送到数据收集单元320。数据收集单元320收集地震数据用于处理。数据收集单元320本身可以进行地震数据处理、存储地震数据用于将来处理、发送地震数据到远程位置供处理、或这些事情的组合。在所描述的实施例中，数据收集单元320通过卫星345和卫星链路350发送地震数据到固定式设备340，但是这对于本发明的实施并不是必须的。根据本发明，地震接收器306收集的数据最后被发送到中心设备或位置。该中心设备可以是计算或存储中心(CSC)，例如记录卡车310或固定式设备340。注意到某些替换实施例可以使用多个数据收集系统320。

如上关于图3A所述中得到的地震数据集被存储在数据结构425中，如图4B所示。所述数据集包括模式转换后的剪切波数据，它的优势是只具有一个剪切波路径段，即数据是不对称的，如图2C-图2D中的解释。于是反射剪切波的在每180°不重复的属性被保存，例如关于时间延迟随方位角的变化。而且剪切波时间延迟随方位角的变化表示存在不同的对称系统。

然后按照本发明处理所述地震数据。在实际中，该方法对于所有的方位角使用带有足够炮检距覆盖的宽方位角PS模式转换数据。对方位角和/或炮检距有限的叠加数据执行用于垂直和倾斜断裂的剥层分析。由于存在结构，在所述分析之前所述数据需要被映像，以考虑不同方位角之间的结构效应。这两个水平分量需要按一致的方式被处理，从而使得数据中出现的各向异性被保存。

本发明使用剥层法。剥层过程由分析和应用两个阶段组成。在数据的每一层，通过冗余能量的最小化来估计极化方向。快PS波和慢PS波之间的时间延迟作为方位角和炮检距的函数被测得。由这些数据反演出断裂属性，包括断裂走向和断裂倾斜。这些断裂属性被用来消除所有通过所述层传播的波的PS波分裂效应。然后就可以分析和校正下一层。

所得到的极化方向随方位角变化的时间延迟可以被反演为断裂参数。对于近垂直断裂，在小的或中等的入射角的情况下，快剪切波的极化方向平行于断裂走向。Crampin，S.，″A Review of Wave Motion inAnisotropic and Cracked Elastic-Media：Wave Motion，″3 WaveMotion 343-391(1981)。例外情况是一些具有不寻常高孔隙流体压强的区域，Angerer，E.，等人，″Processing，Modeling，and PredictingTime-Lapse Effects of Over-Pressured Fluid Injection in a FracturedReservoir，″_Geophysical J.Int._(2001)和具有高倾斜角的断裂。随方位角变化的时间延迟具有镜像对称平面。垂直断裂具有两个平行和垂直于断裂走向的镜像对称平面。倾斜断裂只有一个垂直于断裂走向的镜像对称平面。因此镜像对称平面的数目就说明了断裂是倾斜的还是垂直的。倾斜的方向取决于镜像对称平面中最小剪切波分裂的方位角。与断裂走向的方向相关的不对称程度说明了倾斜的角度。

图5A和图5B分别描述了本发明的一个特定实施例的处理过程500的流程图和该过程工作中的数据操作的概念化。只对单层的情况描述了处理过程500，但对数据集中多层的转换分裂剪切波数据可重复这一过程。该方法500是对上述图3A和图3B中所得到和记录的转换分裂剪切波数据集进行的。

该方法500从划分(502)多个转换分裂剪切波数据开始，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数。图5B概念性地描述了将径向数据504和横向数据506划分到多个数据面积元、或者卷508₁-508_n(未全示出)中。按这种方式划分数据的技术是本领域所熟知的，也可以使用任何合适的技术。数据可以按多种方式划分，例如按方位角或按方位角和炮检距。在所描述的实施例中，所述数据按方位角和炮检距划分。

该方法500继续在划分后的数据中分离(图5A中的510)出快的和慢的分裂剪切波波场512和514。注意到某些实施例在分离划分后的数据之前可以执行额外的处理步骤，例如叠加和时差校正。在一个特定实施例中，划分的数据被垂直叠加。可以使用本领域所熟知的常规技术(例如正常时差校正，或称NMO)。然而这对于本发明的实施并不是必须的，某些实施例就可以省去这些操作。在任何给定的实施方式中是否执行这些操作将取决于所述数据的终端用户。受到本发明启示的本领域熟练技术人员会认识到，例如一些数据类型的分析是对拉平的数据进行的。于是在用方法500产生数据的实施方式中将会使用对拉平数据的分析，然后可对在方法500中划分(502)后的数据进行NMO校正。

返回到图5A，划分后的数据可以使用本领域熟知的几个技术中的任何一个技术来分离(510)。这些技术有：

国际申请WO0136999A2，标题为“快和慢剪切波极化方向的确定”，申请日为2000年10月20日，公开日为2001年5月25日，要求的优先权日为1999年11月16日，发明者为Dumitru，G.and Bale，R.。

ROTORS分析，该技术首先在Probert，T.，等人，″A CaseStudy of Azimuthal Anisotropy Analysis From a N.Sea 3D 4CProject，″SEG/EAGE Summer Research Workshop，Boise，Idaho(2000)中提出；

Alford旋转，公开在美国专利特许US4,803,666，其标题为″Multisource Multireceiver Method and System for GeophysicalExploration，″公开日为1989年2月7日，现在的受让人为AmocoCorp.，发明者为Richard M.Alford；和

公开在美国专利特许US5,610,875中的技术，其标题为″3-Dconverted shear-wave rotation with layer stripping，″公开日为1997年3月11日，受让人为Western Atlas International Inc.，发明者为James S.Gaiser，并且也公开于Gaiser，J.E.，″3-D PS-wave data：Unraveling Shear-Wave Birefringence for Fracture Detection.″62^ndEAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，Extended Abstracts，C15(2000)。

然而在替换实施例中也可以使用其它的旋转技术。

一般说来，将划分后的数据分离(510)成快波场和慢波场包括：(1)确定一个旋转角和(2)对每一划分按照所确定的旋转角执行双分量旋转，旋转到对应的轴。可以对每一数据面积元508₁-508_n应用单一旋转角，或者可以为每一数据面积元508₁-508_n分别找到各自的旋转角。在后面这种情况，对于每一划分，分别按照旋转角执行双分量旋转，旋转到对应的轴。在图5B中描述的实施例中，旋转角根据逐个数据面积元确定的，即为每一划分确定一个旋转角。通过将多个正交分量组合成多个四分量集，并按照常规方法对四分量集执行极化分析就可以确定旋转角。

返回到图5A，方法500继续得出(516)至少一个所述分离的快和慢剪切波波场的至少一个属性518。如图5B所示，该描述的实施例为快和慢剪切波分量512、514的数据面积元508₂确定到达时间差(Δt)。该描述的实施例通过为分离的快和慢剪切波波场执行到达时间的动态互相关得出所述属性。该特定实施例的某些实施方式进一步执行慢剪切波分量的动态时移。(注意到替换实施例在处理的其它点可以对数据应用动态时移，或者完全将它省去。)然而其它实施例可能会关注两个波场的一些其它属性518，诸如振幅随炮检距的变化，或者使用其它技术得出它们。

该方法500继续分析(520)所述得出的属性518。在所描述的实施例中，该方法包括对得出的属性518执行反演和解释得到的属性518。如上所述，在该特定实施例中得出的属性518是快和慢剪切波波场的到时差。然后所述反演产生诸如弹性参数和取向的信息。然后，弹性参数可以解释为岩石属性。更一般地，所述解释可以包括反演后的属性518的对称特性，不对称特性，或二者全部。所述反演和解释可以按照常规的方法执行。

然后，分析所产生的信息通常被用于一些应用，例如概念性地表示在图5B中的应用程序522。范例应用包括把一个解释后的分裂剪切波属性应用到水平钻井，确定井间距，减少含水率的降低，增强井孔稳定性，储集层建模，增强映像。例如所有分量的旋转和时移后的数据可以叠加，以产生用于结构解释的增强图像。或者每一层的极化方向和传播时间可以用于确定断裂特征。

因此本发明解决了上述确定倾斜断裂特征的问题。它基本上是使用P到S转换的快和慢剪切波的剥层法。这种转换模式特别适用于确定倾斜断裂的特征，由于它们具有与断裂倾斜相关的不对称性，而纯模式反射不具备。注意到本发明优选的使用正交的爆炸源和接收器勘测设计和3D数据来提供最佳的几何布局，以得到源—接收器对的宽方位角和炮检距分布。多个方向被用来确定倾斜断裂介质的特征。需要仔细处理PS波，以保存S波的快和慢上行段。还必须适当处理结构(非水平的或倾斜的反射体)的影响。

为了进一步理解本发明，现在公开本发明的一个特定实施例。对于叠加后的分析，数据被叠加到方位角受限的数据集中，所述数据集按照美国专利US5610857中公开的技术被组合成水平4C集，该专利的标题为″3-D converted shear-wave rotation with layer stripping，″公开日为1997年3月11日，受让人为Western Atlas InternationalInc.，发明者为James S.Gaiser，该技术也公开于Gaiser，J.E.，″3-DPS-wave data：Unraveling Shear-Wave Birefringence for FractureDetection，″62^nd EAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，ExtendedAbstracts，C15(2000)。

如上所述，各向异性岩石基体中的一系列平行垂直断裂导致产生带有六边对称性、称为“水平横向各向异性(HTI)”的各向异性介质。考虑图6A和图6B，它们是垂直断裂(图6A)和向左10°倾斜断裂(图6B)的归一化的剪切波时间延迟的极坐标图。所述时间延迟随方位角和入射角而变化，并对三个1km上测得的入射角为5°、15°和25°的锥体绘出的。所述时间延迟是基于带有饱和流体的Hudson模型，并且是具有断裂密度为0.05，纵横比为0.1的垂直断裂和从垂直向右旋转5°的断裂。图6A所示为时间延迟随方位角的变化在较高入射角时变大。对于垂直断裂，有两个平行和垂直于断裂走向的镜面对称平面，它们也被再现于剪切波之间的时间延迟的方位变化量中。

图6B所示为其走向平行于该图垂直轴且向右倾斜10度的断裂的时间延迟建模。在这种情况下，只存在有一个垂直于断裂走向的镜面对称的方向。时间延迟变化在断裂走向方向不对称，并且不对称的程度随着入射角增加。在与垂直方向成25°时，传播时间中的明显扭曲标记出断裂向下倾斜的方向。

现在参照图7，在该特定实施例中：

首先，为第一层确定(710)快和慢剪切波方向。这可以使用各种方法确定，例如如上所述的ROTORS分析或Alford旋转。每个2分量道集被旋转成快方向和慢方向，从而分离出快剪切波到达和慢剪切波到达。

其次，使用动态互相关估计得到每一方位的快剪切波和慢剪切波之间的时间延迟。当波传播通过各向异性介质时渐渐累积的时间延迟被动态互相关考虑进来。互相关的输出是发生在所述层底部的最大延迟。

第三，然后用估计的时间延迟来动态移位(730)所述慢剪切波分量，使得快剪切波和慢剪切波对齐。这就基本上消除了所述层的各向异性效应。

重复所述过程以估计第二层等各层的各向异性。

所有分量旋转和时移后的数据可以被叠加以产生用于结构解释的增强图像。每一层的极化方向和传播时间可以被用于确定结构特征。极化方向指出断裂走向的方向。

图8是用于确定图7中的一个特定实施方式中倾斜断裂的特征的流程图。该实施方式以方位角和炮检距受限的、部分叠加的径向和横向分量数据集开始(810)。该实施方式然后执行到数据主轴的2C旋转(813)。这包括将数据的正交方位角组合(816)成4C集和使用Alford旋转执行(819)极化分析。在图9A-图9B中描述了对范例数据集的旋转效果。

图9A所示为随方位变化的时间延迟数据范例，所述数据来自Emilio Field，是在结构简单的勘测区域上的一片5×11个共深度点(CDP)位置得到的。由于所述数据已经在每分量的8个方位角受限的立方体中处理过，所以每个CDP位置有8个数据点。所述数据(黑实线)显示了时间延迟的系统性方位变化，它可以被反演为镜像对称面。黑色矩形中央CDP位置中的数据基本上具有数值8和两个镜像对称面。因此，这些结果表明了这些数据可以用垂直断裂系统解释。在CDP的任何一边，时间延迟只具有一个镜像对称面，在时间延迟变化中带有类似于图9B中所示的“扭曲”。这些数据表明了在倾斜方向改变的地方存在倾斜断裂。向北的CDP说明倾斜向北，而向南的CDP说明倾斜向南。

图9B也说明了Alford旋转结果。所述粗黑条表示平行于断裂走向的快剪切波极化。镜像对称面的对齐与这些测得的快剪切波极化相一致。在每一CDP位置在快剪切波方向测得的时间延迟大致与断裂密度成正比，所述断裂密度可以比使用假定垂直入射的方法时更准确地被估计。通过在时间延迟分析之前将所有的方位角数据叠加成单一数据集，就可以计算得到比实际断裂密度小的平均值。

在图9A、图9B中，每一CDP处的时间延迟变化量用黑实线表示，从图9B中的数据确定断裂取向属性。轮廓背景是在断裂走向方向上测得的时间延迟。断裂走向总体上是东北东，如粗黑线所示。三角形的顶点表示断裂倾斜。三角形的大小用沿断裂法线方向的不对称性来标度。注意到断裂倾斜中的明显改变，如图中虚线所示。

返回到图8，该实施方式然后在旋转数据中的快剪切波和慢剪切波之间执行动态互相关(822)。然后对慢剪切波分量执行动态时间移位(825)。该实施方式然后分析(828)所述数据以得到镜像对称方向、极化方向、和断裂倾斜取向。对数据中的每一层重复上述过程(831)。

注意到本发明通常将在适当编程的计算设备、例如图4A和图4B中的计算装置400上实施。该指令可以被编码在例如存储器410、软盘417、和/或光盘420上。于是本发明一方面包括被编程来执行本发明方法的计算装置。另一方面，本发明包括以指令编码的程序存储装置，当该指令被计算装置执行时就执行本发明的方法。

因此，这里详细描述的一些部分可以利用由软件实施的处理过程来解释，该过程涉及在计算系统或计算设备的存储器中对数据位操作的符号表示。这些描述和表示是本领域的熟练技术人员将他们的工作内容传达给本领域的其他熟练技术人员所使用的最有效的方法。该过程和操作需要对物理量的物理操作。虽然不是必须的，通常这些物理量采用电、磁或光信号的形式，它们可以被存储、转换、组合、比较和进行其他操作。主要是平常使用的原因，已经证明了将这些信号作为比特、值、分量、符号、字符、词汇、标号或类似的使用往往是方便的。

然而，应该记住，所有这些以及相似的词汇都要与适当的物理量相关，并且只是应用到这些物理量的方便标号。除非特别申明或其他的可能出现，在整个本发明中，这些描述指的是电子器件的操作和处理，它对在某些电子器件的存储器中表现为物理(电、磁或光)量的数据进行操作和转换成在存储器、传输或显示器件中类似地表现为物理量的其他数据。表示这种描述的词语有“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”以及类似的，但并不仅限于此。

注意到本发明的软件实施方式典型的是在某些形式的程序存储介质上编码、或在某些类型的传输介质上实施。程序存储介质可以是磁(例如软盘或硬盘驱动)或光(例如只读存储器压缩盘、或“CDROM”)，还可以是只读的或随机访问的。类似的，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、或本领域所知道的其他合适的传输介质。本发明并不仅限于所给定的任何实施方式的这些方面。

这样，该详细描述结束。上面公开的特定实施例只是说明性的，这里受到本发明教导启示的本领域熟练技术人员可以对本发明做出修改和以不同但等效的方式实施本发明。而且此处并没有对所示结构和设计的细节做出限制，但在下面的权利要求中描述的限制除外。因此很显然，上面描述的特定实施例可以被改变或修改，并且所有的变化都被认为处于本发明的精神和范围之中。因此，保护范围如下面的权利要求中所述。

Claims

1.一种在地震勘探中使用的方法，包括：

划分多个转换的分裂剪切波数据，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数；

在划分后的数据中分离出快的和慢的分裂剪切波波场；

得出所述分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性；以及

分析所述得出的属性。

2.权利要求1的方法，其中划分多个转换的分裂剪切波数据包括按方位角划分转换的分裂剪切波数据和按方位角和炮检距划分转换的分裂剪切波数据两种方式之一。

3.权利要求1的方法，其中划分所述转换的分裂剪切波数据包括规则地划分转换的分裂剪切波数据和不规则地划分转换分裂剪切波数据两种方式之一。

4.权利要求1的方法，其中分离快和慢剪切波波场包括旋转所述被划分的数据。

5.权利要求4的方法，其中旋转所述被划分的数据包括：

确定旋转角，和

对于每个划分的部分，按确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线。

6.权利要求4的方法，其中旋转所述划分的数据包括：

为每一划分确定各自的旋转角；和

对于每个划分部分，按各自确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线。

7.权利要求5的方法，其中确定所述旋转角包括：

组合多个正交分量成为多个四分量集；和

对这些四分量集执行极化分析。

8.权利要求1的方法，其中得出属性包括得出快和慢分裂剪切波的到达时间。

9.权利要求1的方法，其中得出属性包括对所述分离的快和慢剪切波属性执行动态互相关。

10.权利要求9的方法，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时移。

11.权利要求1的方法，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时移。

12.权利要求1的方法，其中分析得出的属性包括：

对得出的属性执行反演，和

解释所述反演后的属性。

13.权利要求12的方法，其中执行所述反演产生至少一个弹性参数和取向。

14.权利要求13的方法，进一步包括解释所述弹性参数产生岩石性质。

15.权利要求12的方法，其中解释所述反演后的属性包括解释所述反演后的属性以得到对称特性和不对称特性中的至少一个。

16.权利要求1的方法，其中分析所述分离的快和慢分裂剪切波波场包括解释分离的快和慢分裂剪切波到达时间。

17.权利要求1的方法，其中分析所述分离的快和慢分裂剪切波波场包括分析所述分离的分裂剪切波属性，以得到对称特性和不对称特性中的至少一个。

18.权利要求1的方法，进一步包括如下步骤中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据。

19.权利要求18的方法，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加、叠加、或垂直叠加中的一种操作。

20.权利要求1的方法，其中解释所述分离的快和慢分裂剪切波波场包括分析镜像对称方向、极化方向和断裂倾斜取向中的至少一个。

21.权利要求1的方法，进一步包括应用所述解释的分裂剪切波属性。

22.权利要求1的方法，进一步包括得到多个转换的分裂剪切波数据，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数。

23.权利要求22的方法，其中得到多个转换的分裂剪切波数据包括下面步骤中的一个：

在地震勘测过程中收集转换的分裂剪切波数据；

在记录转换的分裂剪切波数据之前接收转换的分裂剪切波数据的传输；和

接收记录在存储介质上的转换的分裂剪切波数据。

24.如权利要求1所述的方法，其中，所得出的属性是分离出的快的和慢的分裂剪切波场之间的时间延迟，并且其中，分析所述得出的属性的步骤包括：

为转换的分裂剪切波数据层确定快剪切波方向和慢剪切波方向；

在动态互相关中，估计在数据中每一方位角的快剪切波和慢剪切波之间的时间延迟；

使用估计的时间延迟对慢剪切波分量执行动态移位；和

对数据的后续层重复上述步骤。

25.权利要求24的方法，其中确定快和慢分裂剪切波方向包括旋转所述划分的数据。

26.权利要求25的方法，其中旋转所述划分的数据包括：

确定旋转角，和

27.权利要求25的方法，其中旋转所述划分的数据包括：

为每一划分确定各自的旋转角；和

对于每个划分的部分，按各自确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线。

28.权利要求26的方法，其中确定旋转角的步骤包括：

组合多个正交分量成为多个四分量集；和

对这些四分量集执行极化分析。

29.权利要求24的方法，进一步包括分析得出的属性。

30.权利要求24的方法，其中分析得出的属性包括：

对得出的属性执行反演，和

解释所述反演后的属性。

31.权利要求30的方法，其中执行所述反演产生弹性参数和取向中的至少一个。

32.权利要求31的方法，进一步包括解释所述弹性参数产生岩石性质。

33权利要求30的方法，其中解释所述反演后的属性包括解释所述反演后的属性以得到对称特性和不对称特性中的至少一个。

34.权利要求24的方法，进一步包括如下步骤中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据。

35.权利要求34的方法，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加、叠加、垂直叠加中的一种。

36.权利要求24的方法，进一步包括应用所述解释的分裂剪切波属性。

37.如权利要求1所述的方法，其中，划分多个转换的分裂剪切波数据的步骤提供多个方位角和炮检距受限的、部分叠加的径向和横向数据分量；

所得出的属性是分离出的快的和慢的分裂剪切波场之间的时间延迟，并且

其中，分析所述得出的属性的步骤包括：

对数据分量执行双分量旋转，旋转到多个主轴；

在由双分量旋转产生的快剪切波和慢剪切波之间进行动态互相关；

动态时移所述慢剪切波分量；

分析所述时移后的慢剪切波分量，以得到镜像对称方向、极化方向和断裂倾斜的取向；和

对数据的后续层重复上述步骤。

38.权利要求37的方法，进一步包括如下步骤中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据。

39.权利要求38的方法，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加、叠加、垂直叠加中的一种。

40.权利要求37的方法，进一步包括应用所述分析的慢剪切波分量。

41.权利要求37的方法，进一步包括得到多个转换的分裂剪切波数据，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距来记录，作为方位角和炮检距的函数。

42.一种在地震勘探中使用的设备，包括：

划分多个转换的分裂剪切波数据的装置，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数；

在划分后的数据中分离出快的和慢的分裂剪切波波场的装置；

得出所述分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性的装置；以及

分析所述得出的属性的装置。

43.权利要求42的设备，其中划分多个转换的分裂剪切波数据的装置包括按方位角划分转换的分裂剪切波数据的装置或者按方位角和炮检距划分转换的分裂剪切波数据的装置。

44.权利要求42的设备，其中划分所述转换的分裂剪切波数据的装置包括规则地划分转换的分裂剪切波数据的装置或者不规则地划分转换分裂剪切波数据的装置。

45.权利要求42的设备，其中分离快和慢剪切波波场的装置包括旋转所述被划分的数据的装置。

46.权利要求45的设备，其中旋转所述被划分的数据的装置包括：

确定旋转角的装置，和

对于每个划分的部分，按确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线的装置。

47.权利要求45的设备，其中旋转所述划分的数据的装置包括：

为每一划分确定各自的旋转角的装置；和

对于每个划分部分，按各自确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线的装置。

48.权利要求46的设备，其中确定所述旋转角的装置包括：

组合多个正交分量成为多个四分量集的装置；和

对这些四分量集执行极化分析的装置。

49.权利要求42的设备，其中得出属性的装置包括得出快和慢分裂剪切波的到达时间的装置。

50.权利要求42的设备，其中得出属性的装置包括对所述分离的快和慢剪切波属性执行动态互相关的装置。

51.权利要求50的设备，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时移的装置。

52.权利要求42的设备，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时移的装置。

53.权利要求42的设备，其中分析得出的属性的装置包括：

对得出的属性执行反演的装置，和

解释所述反演后的属性的装置。

54.权利要求53的设备，其中执行所述反演的装置产生至少一个弹性参数和取向。

55.权利要求54的设备，进一步包括解释所述弹性参数产生岩石性质的装置。

56.权利要求53的设备，其中解释所述反演后的属性的装置包括解释所述反演后的属性以得到对称特性和不对称特性中的至少一个的装置。

57.权利要求42的设备，其中分析所述分离的快和慢分裂剪切波波场的装置包括解释分离的快和慢分裂剪切波到达时间的装置。

58.权利要求42的设备，其中分析所述分离的快和慢分裂剪切波波场的装置包括分析所述分离的分裂剪切波属性，以得到对称特性和不对称特性中的至少一个的装置。

59.权利要求42的设备，进一步包括如下装置中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据的装置；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差的装置；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置。

60.权利要求59的设备，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加的装置、进行叠加的装置、或进行垂直叠加的装置中的一种装置。

61.权利要求42的设备，其中解释所述分离的快和慢分裂剪切波波场的装置包括分析镜像对称方向、极化方向和断裂倾斜取向中的至少一个的装置。

62.权利要求42的设备，进一步包括应用所述解释的分裂剪切波属性的装置。

63.权利要求42的设备，进一步包括得到多个转换的分裂剪切波数据的装置，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距处来记录，作为方位角和炮检距的函数。

64.权利要求63的设备，其中得到多个转换的分裂剪切波数据的装置包括下面装置中的一个：

在地震勘测过程中收集转换的分裂剪切波数据的装置；

在记录转换的分裂剪切波数据之前接收转换的分裂剪切波数据的传输的装置；和

接收记录在存储介质上的转换的分裂剪切波数据的装置。

65.如权利要求42所述的设备，其中，所得出的属性是分离出的快的和慢的分裂剪切波场之间的时间延迟，并且其中，分析所述得出的属性的装置包括：

为转换的分裂剪切波数据层确定快剪切波方向和慢剪切波方向的装置；

在动态互相关中，估计在数据中每一方位角的快剪切波和慢剪切波之间的时间延迟的装置；

使用估计的时间延迟对慢剪切波分量执行动态移位的装置；和

对数据的后续层重复上述装置的操作的装置。

66权利要求65的设备，其中确定快和慢分裂剪切波方向的装置包括旋转所述划分的数据的装置。

67.权利要求66的设备，其中旋转所述划分的数据的装置包括：

确定旋转角的装置，和

68.权利要求66的设备，其中旋转所述划分的数据的装置包括：

为每一划分确定各自的旋转角的装置；和

对于每个划分的部分，按各自确定的旋转角，执行双分量旋转，旋转到对应的轴线的装置。

69.权利要求67的设备，其中确定旋转角的装置包括：

组合多个正交分量成为多个四分量集的装置；和

对这些四分量集执行极化分析的装置。

70权利要求65的设备，进一步包括分析得出的属性的装置。

71.权利要求65的设备，其中分析得出的属性的装置包括：

对得出的属性执行反演的装置，和

解释所述反演后的属性的装置。

72.权利要求71的设备，其中执行所述反演的装置产生弹性参数和取向中的至少一个。

73.权利要求72的设备，进一步包括解释所述弹性参数产生岩石性质的装置。

74权利要求71的设备，其中解释所述反演后的属性的装置包括解释所述反演后的属性以得到对称特性和不对称特性中的至少一个的装置。

75.权利要求65的设备，进一步包括如下装置中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据的装置；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差的装置；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置。

76.权利要求75的设备，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加的装置、进行叠加的装置、进行垂直叠加的装置中的一种。

77.权利要求65的设备，进一步包括应用所述解释的分裂剪切波属性的装置。

78.如权利要求63所述的设备，其中，划分多个转换的分裂剪切波数据的装置提供多个方位角和炮检距受限的、部分叠加的径向和横向数据分量的装置；

其中，分析所述得出的属性的装置包括：

对数据分量执行双分量旋转，旋转到多个主轴的装置；

在由双分量旋转产生的快剪切波和慢剪切波之间进行动态互相关的装置；

动态时移所述慢剪切波分量的装置；

分析所述时移后的慢剪切波分量，以得到镜像对称方向、极化方向和断裂倾斜的取向的装置；和

对数据的后续层重复上述装置的操作的装置。

79.权利要求78的设备，进一步包括如下装置中的至少一个：

记录所述转换的分裂剪切波数据的装置；

从转换的分裂剪切波数据中消除时差的装置；和

叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置。

80.权利要求79的设备，其中叠加所述转换的分裂剪切波数据的装置包括对转换的分裂剪切波数据进行预叠加的装置、进行叠加的装置、进行垂直叠加的装置中的一种。

81.权利要求78的设备，进一步包括应用所述分析的慢剪切波分量的装置。

82.权利要求78的设备，进一步包括得到多个转换的分裂剪切波数据的装置，所述数据由一个共同事件产生，并在多个方位角和多个炮检距来记录，作为方位角和炮检距的函数。