专利名称：用于倾斜断裂的层剥转换反射波形的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震学，特别涉及包括转换波形数据的地震学。
相关领域的描述储集层断裂特征对于工程制造已经历史性的成为一个重大的问题，并且已经导致了比制造所必须的更高的成本。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确定矿井之间巨大空间区域上的断裂数量的重要属性。这些属性涉及有反射幅度中观测的各向异性和通常在地震勘测中所使用的压缩波、即已知的“P波”和剪切波、即已知的“S波”的传播时间。
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成份，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，(按照振动的方向)被极化，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。如果该地层在相对于波形运动水平的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)，那么将会记录接收到来自每一反射界面的两个分开的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，它们也有一个不同的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相互正交的。
在图1中描述了剪切波分离现象，其中说明了剪切波到达S，在各向异性介质的起始处A分离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、分离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。记录到多分量地震检波器的每一水平分量上的幅度取决于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在分析时间窗口上深度恒定。
于是地震勘测通常的包括从声源发出一个声波，传播通过地下地质分量并被反射回地震传感器。该声波典型的是如前所述的P波和/或S波，有时是转换波形。该地震传感器布满整个被勘测的区域，以接收反射波。地震学家频繁的作为纯模式反射，即该反射的下行脚和上行脚在哪里是相同类型的(都是P波或都是S波)，或转换模式反射，即P波的下行脚和S波的上行脚(PS波)，描述该反射波的特征。
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该响应是不同的。
它们对称的一个结果就是，纯模式反射在确定介质的所有对称属性的数量时的能力有限。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分量中的垂直断裂和倾斜断裂。
转换模式传播的不对称的一个结果就是，原则上它们可以测量断裂介质的所有对称属性。分离S波响应将根据传播的方向不同而有所不同。结果就是PS波具有鉴别断裂倾斜、断裂的方向和取向，以及纯模式所能提供的其它属性的能力。倾斜断裂的对称属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，找到在哪里钻井对断裂才是正常的，以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，该技术使用方位角速度分析和AVO/AVA(Amplitude Variation with Offset/Azimuthal Velocity Analysis)转换。参见Grechka，V.& Tsvankin，I.，“3D Description of Moveout inAnisotropic Inhomogeneous Media，”63 Geophysics 1079-92(1998)；Rüger，A.，“P-Wave Reflection Coefficients for Transversely IsotropicModels With 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力度和密度的各向异性参数。参见Hall，S.，等人，″Fracture CharacterizationUsing P-wave AVOA in 3-D OBS Data，″70thAnn.Internat.Mtg.Soc.of Expl.Geophys.1409-12(1999)，Perez，M.A.，等人，″Detection ofFracture Orientation Using Azimuthal Variation of P-Wave AVOResponses，″64 Geophysics 1253-65(1999)。
当分别得到纯S模式和两个正交的水平剪切波源与接收器时，就可以描述垂直断裂的特征，如来自真空领域的陆地地震数据所示，新墨西哥。参见Roche，S.L.等人，″4-D，3-C Seismic Study at Vacuum Field，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)。假设多层数据表示垂直射线路径传播的数据，按照层剥方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 Vacuum Field，New Mexico，Part ITheory and Data Processing，″68thAnn.Intemat.MtgSoc.of Expl.Geophys.，166-69(1997)，使用剪切波AVO/AVA转换估计了相同数据的断裂密度。层剥和AVO转换都可以导致对断层的解释。
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波形反射具有用于断裂特征的电压。Potters，J.H.H.M.，等人，″The 3D ShearExperiment Over the Natih Field in OmanReservoir Geology，DataAcquisition and Anisotropy Analysis，″47 Geophy.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。
尽管上述的观测已经提供了关于断层取向和密度的重要信息，但是它们在确定断层的所有对称属性的数量时的能力有限。这是因为，如上所提到的，纯模式反射的上行脚和下行脚是相同的(PP-wave或SS-wave)，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)脚的PS波也被用来测量各向异性的断裂特征的地震属性。Ata，E.& Michelena，R.J.，″Mapping Disribution ofFractures in a Reservior With P-S Converted Waves，″14 The LeadingEdge 664-676(1995)，在委内瑞拉使用三个2-D线围绕在井上来确定断裂信息的数量。尽管空间覆盖比较稀疏，方位角的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盆地收集的一个小3-D/3-C勘测用来校准P波的结果，在描述断裂的各向异性中取得了一些成功的测量。参见Gaiser，J.E.，″Applications for Vector CoordinateSystems of 3-D Converted-Wave Data，″18 The Leading Edge1290-1300(1999)；Grimm，R.E.，et al.，″Detection and Analysis ofNaturally Fractured Gas ReservoiseMultiazimuth Seismic Surveys inthe 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，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 Dok，R.R.，″Analysis of PS-WaveBirefringence From a 3-D Land Survey for Fracture Characterization，″63d EAGE Conf.and Tech.Exhibit，Amsterdam，Extended Abstract(2001)。海洋PS波数据也程序性的示出了在北海也存在方位角的各向异性，参见Gaiser，J.E.，″3-D PS-Wave DataUnraveling Shear-WaveBirefreingence for Fracture Detection，″62nd EAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，Extended Abstract(2000)；Probert，T.，等人，″A CaseStudy of Azimuthal Anisotropy Analysis From a North Sea 3D 4CProject，″SEG/EAGE Summer Research Workshop，Boise，Idaho(2000)，and in the Gulf of Mexico，Gaiser，J.E.，″Advantages of 3-D PS-WaveData to Unravel S-Wave Birefrengence for Fracture Detection，″70thAnn.Int′l SEG Mtg.，Expanded Abstact，1202-04(2000)；Spitz，S.等人，″Reservoir Monitdring Using Multicomponent SeismicProcessing theTeal South 4D-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。
然而这些转换波形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Alfordrotation，参见Alford，R.M.，″Shear Data in the Presence of AzimuthalAnisotropyDilley，Texas，″56thAnn. Internat.Mtg.，Soc.ExpI.Geophys.，Houston，Expanded Abstracts(1986)和层剥方法，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，转换波形反射是不对称的，其中上行波只是由分离的S波组成。这些S波路径在垂直地震剖面(″VSPs″)具有与下行S波或传输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离的S波之间的取向和时间延迟，以用于描述方位角各向异性和断裂的特征。Horne，S.A.，等人，″Fracture Characterization From Near-Offset VSP Inversion，″45Geophysical 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属性。Grechka，V.&Tsvankin，I.，″Inversion of Azimuthally Dependent NMO Velocity in TransverselyIsotropic Media With a Tilted Axis of Symmetry，″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(或转换波形)的长波长垂直和NMO速度。在实际中，转换这些速度用于间隔属性会导致巨大的不准确性。
这些技术中的一部分已经成为专利文献。考虑美国专利特许US6292754，标题为“地震3-D转换数据的向量重组”，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角可能会得到每一CCP集中的地震轨迹。然而该技术仅应用于预叠加的数据。而且该数据并没有被整理成正交方位角分布。相反，在该处理中考虑和使用所有方位角，它将产生的时间移位或属性平均。这会引起对最终结果预测分析的错误。
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。本申请与图1相关的一部分选自其中。该′999申请提出一种只使用一个方位角数据集(即一个方向)，它意味着一个相同的方位角有双轨迹(由于对称的原因)，从转换波形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错误。
本发明意于解决、或者至少要减少上述中的一个或所有问题。
发明概述本发明公开了一种在地震勘探中所使用的方法和装置。该方法包括划分多个转换分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数；在划分后的数据中分离出快分离剪切波波场和慢剪切波波场；得出至少一个该分离的快和慢剪切波波场的至少一个属性；和分析该得出的属性。一方面，该装置包括使用执行该方法的指令来编码的程序存储介质，当用编程来执行该器件的计算器件或计算机执行指令时，执行该方法。


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描述了常规的剪切波形在各向异性的介质中的分离；图2描述了纯模式反射的对称(图2A-图2B)和在常规地震学中转换模式反射的不对称(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以地面为基础的地震勘测；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分别描述了分离剪切波传播通过带有垂直断裂集的岩石之后的时间延迟建模和给一个平行于该图的垂直轴的撞击，断裂向右倾斜10度的时间延迟建模；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描述了时间移位结果和对方位角变量时间延迟的数据范例实施图8中的流程的分析。
然而该发明容许有各种变化和替换形式，附图描述了特定实施例，这里通过范例的方法详细说明。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，但在另一方面，其意图是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。
本发明的详细描述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程序性的工作。
图3A和图3B描述了使用地震勘测系统300的以地面为基础的地震勘测，其中可以得到地震数据用于按照本发明的处理。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，该接收器30，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在通信连接上被传送。在某些替换实施例中，注意到记录阵列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 survey”。因此该勘测产生3D数据。该勘测使用垂直射击和接收器勘测设计。在源306和源315对中间，宽的方位角和偏移分布通常是理想的。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所示为记录卡车310位于地震源315和数据收集单元320的中间。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的或者部分的分布跨过，例如该地震记录阵列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，并被地下地质分量330反射。地震接收器320以常规方式接收反射离开地下地质分量330的反射信号335。地震接收器306然后产生表示该反射335的数据，该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/或随机访问存储器(RAM)和/或可移动存储器、例如软磁盘417和光盘420。存储器410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和游戏杆460的周边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，地质分量330给定地震反射器345。受到本发明启示的本领域技术人员会认识到，被勘测的地质分量可以是非常的复杂。例如可以出现表示多个倾斜事件的多个反射器。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下实现。
如上所述，接收器306产生的信号通信传送到数据收集单元320。特别的，接收器306通过发射器308在无线连接309上将地震数据通信并收集到数据收集单元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用于处理、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和卫星连接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收集的收集最后被发送到中心设备或位置。该中心设备可以式计算或存储中心(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3的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。该数据集包括模型转换剪切波数据，它的优势是只具有一个剪切波脚，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，例如关于方位角的时间延迟变量。而且关于方位角的剪切波时间延迟变量表示存在不同的对称系统。
然后按照本发明处理该地震数据。在实际中，对于所有的方位角该方法使用带有足够偏移覆盖的宽方位角PS模式转换数据。对方位角和/或偏移限制的多层数据执行用于垂直和倾斜断裂的层剥分析。由于结构的存在，在该分析之前该数据需要被映像，以使得不同方位角之间的结构效果才能够体现出来。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。
本发明使用层剥方法。层剥由分析和应用相位组成。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偏移的函数被测得。这些对于断裂属性是相反的，包括断裂撞击和断裂倾斜。这些断裂属性被用来删除所有传播通过该层的波的PS波分离效果。然后下一层就可以被分析和校正。
所得到的极化方向和方位角变量时间延迟可以被转换为断裂参数。快剪切波的极化方向平行于用于附近的垂直断裂的适当小的入射角的断裂撞击。Crampin，S.，″A Review of Wave Motion in Anisotropic andCracked Elastic-MediaWave Motion，″3 Wave Motion 343-391(1981)。例外情况是一些具有不寻常高的孔流体压力的区域，Angerer，E.，等人，″Processing，Modeling，and Predicting Time-Lapse Effects of Over-Pressured Fluid Injection in a Fractured Reservoir，″_Geophysical J.Int._(2001)和具有高倾斜角的断裂。该方位角变量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撞击的镜像对称平面。倾斜断裂只有一个垂直于断裂撞击的镜像对称平面。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离的方位角。与断裂撞击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。处理过程500只是描述了单一层，但是重复就得到数据集中多层的转换分离剪切波数据。该方法500执行如上述图3A和图3B中所得到和记录的转换分离剪切波数据集。
该方法500从划分(502)多个转换分离剪切波数据开始，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数。图5B概念性的描述了将径向数据504和横向数据506划分到多个数据卷、或者库5081-508n(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，例如按方位角或方位角和偏移。在所描述的实施例中，该数据按方位角和偏移划分。
该方法500继续在划分后的数据中分离(图5A中的510)出快分离剪切波波场512和慢剪切波波场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，划分的数据被继续叠加。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该数据输出到的终端用户。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在单调的数据上运行的。于是在方法500所产生数据的实施方式中将会使用对单调数据的分析，在方法500中划分(502)后的数据然后可以进行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。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.。
the ROTORS analysis first presented in Probert，T.，等人，″A CaseStudy of Azimuthal Anisotropy Analysis From a N.Sea 3D 4C Project，″SEG/EAGE Summer Research Workshop，Boise，Idaho(2000)；the Alford rotation，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JamesS.Gaiser，并且也公开于Gaiser，J.E.，″3-D PS-wave dataUnravelingShear-Wave Birefringence for Fracture Detection，″62ndEAGE 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)对确定的旋转角执行双分量旋转，成为对每一划分各自的轴。可以应用单个旋转角到每一库5081-508n，或者可以为每一库5081-508n分别找到单个旋转角。在后面这种情况，对于每一划分，分别对旋转角执行双分量旋转成为各自的轴。在图5B中描述的实施例中，旋转角根据逐库确定，即为每一划分。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得到旋转角。
返回到图5A，方法500继续得出(516)至少一个该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的库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相互关联得出该属性。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间移位。(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间移位，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，诸如关于偏移的幅度变量，或者使用其它技术得出它们。
该方法500继续分析(520)该得出的属性518。在所描述的实施例中，该方法包括对得出的属性518执行倒置和解释该倒置属性518。如上所述，在该特定实施例中倒置属性518与快和慢剪切波波场的到达时间不同。该转换然后产生诸如弹性参数和取向的信息。弹性参数然后可以解释为岩石属性。更一般的，该解释可以包括倒置属性518对称特性，不对称特性，或二者全部。该转换和解释可以按照常规的方法执行。
分析所产生的信息然后典型的用于一些应用，例如概念性的表示在图5B中的应用程序522。范例应用包括施加一个解释的分离剪切波属性到水平钻井，确定井空间，减少水分割减缩，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间移位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层剥方法。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垂直射击和接收器勘测设计和3D数据来提供最佳的几何尺寸，以得到源接收器对宽的方位角和偏移分布。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波的快和慢上行脚。结构(非水平的和倾斜发射器)的效果也必须适当处理。
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，数据被堆积到方位角受限的数据集中，该数据集按照美国特许专利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 International Inc.，发明者为James S.Gaiser，该技术也公开于Gaiser，J.E.，″3-D PS-wave dataUnraveling Shear-Wave Birefringence for Fracture Detection，″62ndEAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，Extended Abstracts，C15(2000)。
如上所述，各向异性岩石矩阵中的一系列平行垂直断裂导致产生带有六边对对称性、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)的标准化的剪切波时间延迟的极坐标。该时间延迟随方位角和入射角而变化，并为三个1km上测得的入射角为5°、15°和25°的锥体而配置。该时间延迟是基于带有流体渗透的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所示为时间延迟的方位角变量在较高的入射角变大。对于垂直断裂，有两个平行和垂直于断裂撞击的镜面对称平面，它们也是在剪切波之间的时间延迟方位角变量中产生的。
图6B所示为给一个平行于该图的垂直轴的撞击，断裂向右倾斜10度的时间延迟建模。在这种情况下，只存在有一个垂直于断裂撞击的镜面对称的方向。时间延迟变量在断裂撞击方向中不对称，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在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分析和Alford旋转。每一双分量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，使用动态相互关联估计得到每一方位角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相互关联考虑进来。相互关联的输出是出现在该层底部的最大延迟。
第三，然后用估计的时间延迟来动态移位(730)该慢剪切波分量，使得快剪切波和慢剪切波对齐。这就基本上删除了该层的各向异性效果。
重复该过程以估计第二层等各层的各向异性。
所有分量旋转和时间移位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结构特征。极化方向表示断裂撞击的方向。
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。该实施方式从方位角和偏移受限的数据集、部分叠加的径向和横向分量开始(810)。该实施方式然后执行2C旋转(813)，成为数据的主轴。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所示为方位角变量时间延迟的数据范例，该数据来自在勘测的结构简单的区域上的11个普通深度点(CDP)位置的5个块的Emilio场。由于该数据已经在每分量限制为8个方位角的立方体中被处理过，每个CDP位置有八个数据点。该数据(黑实线)说明了在时间延迟中可以被转换为镜像对称面的方位角变量。黑色矩形中中央CDP位置中的数据基本上具有八个附图和两个镜像对称面。因此，这些结果表明了这些数据可以按照垂直断裂系统解释。时间延迟CDP的任何一边只处理时间延迟变量中带有“扭曲”的一个镜像对称面，类似于图9B中所示。这些数据表明了在倾斜感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。该细黑条表示平行于断裂撞击的快剪切波极化。镜像对称面的对齐与这些测得的快剪切波极化相一致。每一CDP位置中在快剪切波方向测得的时间延迟大致与断裂密度相称，该断裂密度可以比使用假定垂直入射的方法时更准确的被估计。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。轮廓背景是在断裂撞击方向上测得的时间延迟。断裂撞击通常是东北东，如细黑线所示。三角形的顶点表示断裂倾斜。三角形的大小用断裂标准方向中的不对称性来衡量。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相互关联(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)镜像对称方向、极化方向、和断裂倾斜取向的数据。对没有层中的数据重复上述过程(831)。
注意到本发明典型的将在适当编程的计算器件、例如图4A和图4B中的计算装置400上被实施。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，本发明包括使用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。
这里详细描述的某些部分因此可以按照实施处理过程的软件解释，该过程包括在计算系统或计算器件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。该处理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、标号或类似的使用是方便的。
大脑应该已经疲惫了，然而所有这些以及相似的词汇都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，它对某些电子器件的存储器中表示物理(电、磁或光)量的数据进行操作和转换成存储器、传输或显示器件中类似的表示物理量的其他数据。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“CD ROM”)，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。
这样总结该详细描述。上面公开的特定实施例只是说明性的，由于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、但相等的方式实施本发明。而且此处所示并没有对结构和设计的细节做出限制，但下面描述的权利要求有。因此很显然，上面描述的特定实施例可以被改变或修改，并且所以的变化都被认为处于本发明的精神和范围之中。保护范围相应的由下面的权利要求中所述。
权利要求
1.一种在地震勘探中使用的方法，包括划分多个转换分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移处来记录，作为方位角和偏移的函数；在划分后的数据中分离出快和慢剪切波波场；得出该分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性；以及分析该得出的属性。
2.权利要求1中的方法，其中划分多个转换的分离剪切波数据包括按方位角划分的转换分离剪切波数据和按方位角和偏移划分转换分离剪切波数据中的一种。
3.权利要求1中的方法，其中划分该转换的分离剪切波数据包括规则地划分转换分离剪切波数据和不规则地划分转换分离剪切波数据中的一种。
4.权利要求1中的方法，其中分离快和慢剪切波波场包括旋转该被划分的数据。
5.权利要求4中的方法，其中旋转该被划分的数据包括确定旋转角，和按照与用于每个划分部分的各自的轴形成该被确定的旋转角，执行双分量旋转。
6.权利要求4中的方法，其中旋转该划分的数据包括为每一划分确定各自的旋转角；和按照与用于每个划分部分的各自的轴形成各个被确定的旋转角执行双分量旋转。
7.权利要求5中的方法，其中确定该旋转角包括组合多个正交分量成为多个四分量集；和对该四分量集执行极化分析。
8.权利要求1中的方法，其中得出属性包括得出快和慢分离剪切波到达时间。
9.权利要求1中的方法，其中得出属性包括对分开的快和慢剪切波属性执行动态相互关联。
10.权利要求9中的方法，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时间移位。
11.权利要求1中的方法，进一步包括对慢剪切波分量执行动态时间移位。
12.权利要求1中的方法，其中分析得出的属性包括对得出的属性执行倒置，和解释该倒置属性。
13.权利要求12中的方法，其中执行该倒置产生至少一个弹性参数和取向。
14.权利要求13中的方法，进一步包括解释该弹性参数产生岩石属性。
15.权利要求12中的方法，其中解释该倒置属性包括对至少一个对称属性和不对称属性解释该倒置属性。
16.权利要求1中的方法，其中分析该分开的快和慢分离剪切波波场包括解释分开的快和慢分离剪切波到达时间。
17.权利要求1中的方法，其中分析该分开的快和慢分离剪切波波场包括为对称属性和不对称属性中的至少一个分析该分开的分离剪切波属性。
18.权利要求1中的方法，进一步至少包括一个如下步骤记录该转换的分离剪切波数据；从转换的分离剪切波数据中消除时差；和叠加该转换的分离剪切波数据。
19.权利要求18中的方法，其中叠加该转换的分离剪切波数据包括对转换的分离剪切波数据进行预叠加、叠加、或次叠加中的一个。
20.权利要求1中的方法，其中解释该分开的快和慢分离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中的方法，进一步包括应用该解释的分离剪切波属性。
22.权利要求1中的方法，进一步包括得到多个转换的分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数。
23.权利要求22中的方法，其中得到多个转换的分离剪切波数据包括下面步骤中的一个在地震勘测中收集转换的分离剪切波数据；在记录转换的分离剪切波数据之前接收转换的分离剪切波数据的传输；和接收记录在存储介质上的转换的分离剪切波数据。
24.一种编码有指令的程序存储介质，当指令被计算器件执行时，执行地震勘测中使用的方法，该方法包括划分多个转换的分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数；在划分后的数据中分离出快分离剪切波波场和慢剪切波波场；得出该分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性；和分析该得出的属性。
25.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中划分多个转换的分离剪切波数据包括按方位角划分转换的分离剪切波数据和按方位角和偏移划分转换的分离剪切波数据中的一种。
26.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中划分该转换的分离剪切波数据包括规则地划分转换的分离剪切波数据和不规则地划分转换的分离剪切波数据中的一种。
27.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中分离快和慢分离剪切波波场包括旋转该被划分的数据。
28.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中得出属性包括对分开的快和慢分离剪切波属性执行动态相互关联。
29.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中分析得出的属性包括对得出的属性执行倒置，和解释该倒置属性。
30.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中分析该分开的快和慢分离剪切波波场包括为对称属性和不对称属性中的至少一个分析该分开的快和慢剪切波属性。
31.权利要求24中的程序存储介质，其中在该编码方法中解释该分开的快和慢分离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。
32.一种被编程来执行在地震勘测中使用的方法的计算设备，包括划分多个转换的分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数；在划分后的数据中分离出快和慢分离剪切波波场；得出该分离的快和慢剪切波波场中的至少一个的至少一个属性；和分析该得出的属性。
33.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中划分多个转换的分离剪切波数据包括按方位角划分转换的分离剪切波数据和按方位角和偏移划分转换的分离剪切波数据中的一种。
34.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中划分该转换的分离剪切波数据包括规则地划分转换的分离剪切波数据和不规则地划分转换的分离剪切波数据中的一种。
35.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中分离快和慢分离剪切波波场包括旋转该被划分的数据。
36.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中得出属性包括对分开的快和慢分离剪切波属性执行动态相互关联。
37.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中分析得出的属性包括对得出的属性执行倒置，和解释该倒置属性。
38.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中分析该分开的快和慢分离剪切波波场包括为对称属性和不对称属性中的至少一个分析该分开的分离剪切波属性。
39.权利要求32中的计算设备，其中在该编程的方法中解释该分开的快和慢分离剪切波波场包括分析至镜像对称方向、极化方向、和断裂倾斜取向中的至少一个。
40.一种在地震勘测中使用的方法，包括为转换的分离剪切波数据的层确定快剪切波方向和慢剪切波方向，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数；在动态相互关联中，在数据中每一方位角的快剪切波和慢剪切波之间估计时间延迟；使用估计的时间延迟对慢剪切波分量执行动态移位；和对数据的连续层重复上述步骤。
41.权利要求40中的方法，其中确定快和慢分离剪切波方向包括旋转该划分的数据。
42.权利要求41中的方法，其中旋转该划分的数据包括确定旋转角，和按照与用于每个划分部分的各自的轴形成被确定的旋转角执行双分量旋转。
43.权利要求41中的方法，其中旋转该划分的数据包括为每一划分确定各自的旋转角；和按照与用于每个划分部分的各自的轴形成各个被确定的旋转角执行双分量旋转。
44.权利要求42中的方法，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；和对该四分量集执行极化分析。
45.权利要求40中的方法，进一步包括分析得出的属性。
46.权利要求40中的方法，其中分析得出的属性包括对得出的属性执行倒置，和解释该倒置属性。
47.权利要求46中的方法，其中执行该倒置产生弹性参数和取向中的至少一个。
48.权利要求47中的方法，进一步包括解释该弹性参数产生岩石属性。
49.权利要求46中的方法，其中解释该倒置属性包括为对称属性和不对称属性解释该倒置属性中的至少一个。
50.权利要求40中的方法，进一步至少包括如下步骤中的一个记录该转换的分离剪切波数据；从转换的分离剪切波数据中消除时差；和叠加该转换的分离剪切波数据。
51.权利要求50中的方法，其中叠加该转换的分离剪切波数据包括对转换的分离剪切波数据进行预叠加、叠加、或次叠加中的一种。
52.权利要求40中的方法，进一步包括应用该解释的分离剪切波属性。
53.一种在地震勘测中使用的方法，包括提供多个方位角和受限的偏移、部分叠加的径向和横向数据分量；对数据分量执行双分量旋转，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相互关联；动态时间移位该慢剪切波分量；为镜像对称方向、极化方向和断裂倾斜的取向分析该时间移位的慢剪切波分量；和为数据的连续层重复上述步骤。
54.权利要求53中的方法，进一步包括如下步骤中的至少一个记录该转换的分离剪切波数据；从转换的分离剪切波数据中消除时差；和叠加该转换的分离剪切波数据。
55.权利要求54中的方法，其中叠加该转换的分离剪切波数据包括对转换的分离剪切波数据进行预叠加、叠加、或次叠加中的一种。
56.权利要求53中的方法，进一步包括应用该分析的慢剪切波分量。
57.权利要求53中的方法，进一步包括得到多个转换的分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数。
全文摘要
本发明公开了一种在地震勘探中所使用的方法和装置。该方法包括划分多个转换分离剪切波数据，该数据由普通事件产生，并以多个方位角和多个偏移来记录，作为方位角和偏移的函数；在划分后的数据中分离出快分离剪切波波场和慢剪切波波场；得出至少一个该分离的快和慢剪切波波场的至少一个属性；和分析该得出的属性。一方面，该装置包括使用执行该方法的指令来编码的程序存储介质，当用编程来执行该器件的计算器件或计算机执行指令时，执行该方法。
文档编号G01V1/28GK1630827SQ03802202
公开日2005年6月22日 申请日期2003年1月15日 优先权日2002年1月15日
发明者史蒂夫·A·霍尼, 詹姆斯·E·盖瑟, 埃里卡·安格尔 申请人:维斯特恩格科有限责任公司