专利名称：用于执行方位角联立弹性反演的方法及系统的制作方法
技术领域：
本公开主要涉及地球物理学，具体地涉及用于执行地震数据反演的方法及系统。更具体地，本公开关注分析地震数据以获得弾性属性的改进的技术，其中，弾性属性比如方位角各向异性数据，或基于具有水平对称轴的横向各向同性模型的数据(HTI各向异性)。
背景技术：
典型地，在油气勘探和回收领域中，通过地震勘测获得的地震数据的分析可以提供地下岩石地层的重要的物理參数。通常，在地震勘测中，地震能源用于产生地震信号，其传播到地球并且至少部分由具有不同声阻抗的地下地层反射。反射由位于地球表面或其附近(在水体中，或在井眼中的已知深度)的地震探測器记录。传统的表面地震勘测记录纵波(或P波)。多组分地震勘测记录P波或纵波和横波(或S波)。因此，记录的地震数据是的源小波与地球性质的组合。就其本身而论，地震数据处理的目标是了解地球性质以除去或最小化源小波的影响。通常，对于P波，振动发生在波的传播方向上，对于S波，振动通常发生在与波的传播方向垂直的方向上。如果地球关于波运动的水平方向是各向同性的，那么对于每个反射界面，可以期望単一S波的到来。然而，通常的情况是，由于各种原因，比如地质分层包含断层，所以，地下地层关于水平方向而表现各向异性。因此，在水平层状方位角各向异性介质中，记录来自每个反射界面的两个单独的S波，其中S波在不同的时间到达，以不同的速度传播。地震数据处理方法包括对传统三维(3D)地震数据的方位角速度校正、振幅随偏移距的变化分析和反演以及振幅随偏移距和方位角的变化(AVOA或AVAZ-振幅随角度和方位角的变化(Amplittde Versus Angle and azimuth))分析和反演,对多组分3D地震数据的双折射分析。反射率，比如AV0，表现地下性质，并且可以用作其他反演算法的输入。另外，对于各种地震处理算法，包括地震数据的正演模拟，源小波是有用的。分析的地震数据可以提供关于地下地层的特性和參数的有用信息。进ー步地，在研究非传统岩石地层(比如，页岩波动，致密砂岩气和煤层气，以及碳酸盐，在其中地下地层是天然裂缝性油藏)时，地下断层的地震探測具有重要的应用。在各种领域中，比如地下运输系统，主要结构的地基，存储液体、气体或固体的腔，以及地震预测，关于这些特性和參数的信息通常是必不可少的。在油气勘探中，对于确定垂直、倾斜或偏离以及水平井的最优位置和方向、最小化井壁不稳定性和地层爆发，信息是重要的。而且，这些特性对于最优化通常利用的技术的操作參数是重要的，其中所述通常利用的技术用于通过在来自于井壁的地层上施加液压来激发烃的产生。来自于本公开的实施例的反演的输出包括弾性硬度(速度和各向异性參数)的估计，其可以用于预测地下的岩性、孔隙度和流体含量，以及预測地下地层中的断层强度和方向。现有技术的地震数据处理方法具有重大缺陷和局限。例如，传统的方位角AVO反演仅提供带限部分弹性參数估计，減少了分辨率和质量。即，地震数据的带宽总是少于理想反射率的带宽。通常，传统的方位角AVO反演涉及Riiger, A.在2002年的〃 Reflectioncoefficients and azimuthal AVO Analysis in anisotropic media, (SEG geophysicalmonograph series number 10:Soc. Expl. Geophys)中提出的方程(在下文中，“ Riiger”)。Rilger提供了方程，其对于HTI各向异性半空间上方的各向同性半空间，示出具有方位角小和窄入射角0的振幅R。Rilger方程是非线性的，并且可被线性化以简化反演。一旦以线性的形式，可以通过最小ニ乘反演，以简单的方式估计參数。将參数变换回它们的原始形式，得到HTI介质的P阻抗反射率、各向同性梯度、各向异性梯度和各向同性平面方位角的估计。可以示出的是，如果断层的表现与J. A.，1981，〃Wave speeds and attenuationof elastic waves in material containing cracks, Geophys. j. Royal Astronom.Soc. 64，133-150 (在下文中，“Hudson”中公开的Hudson币形裂隙理论类似，那么在各向异 性梯度和断层密度之间存在直接关系。进ー步地，各向同性平面描述断层的走向。然而，该方法存在许多局限。具体地，RUger方程针对HTI各向异性半空间上方的各向同性的情况而起源。对于两个各向异性半空间的情况，其在理论上不是有效的。进ー步地，如Rilger指出的，存在与各向同性平面的估计相关的90度的含混性。而且，由于噪声稳定性原因，通常采用近偏移距近似来实现该方法，这导致參数估计中的偏差。另ー个已知的方法是联立叠前弹性反演，比如Coulon, J-P, Lafet, Y.，Deschizeaux, B. , Doyen P.M.和 Duboz,P.2006，〃Stratigraphic elastic inversion forseismic lithology discrimination in a turbiditic reservoir, 〃SEG ExpandedAbstracts, 25, no. I, 2092-2096中公开的(下文中，“Coulon”)。该方法通过估计各向同性弹性參数求解带限部分參数。然而，由于其假定各向同性的地球，从而损失与各向异性參数相关的所有信息(比如，断层信息)，该方法仍然存在缺陷。进ー步地，忽视这些各向异性參数给这种方法弓I入了系统误差。鉴于本领域中已知的方法的缺陷，非常需要对地下地层的弹性属性进行可靠、准确地估计和模拟。本公开提供产生地下地层的弹性參数的可靠估计的改进的方法及系统。

发明内容
本公开提供一种用于估计弹性參数的改进的方法，其考虑地下地层的各向异性弹性性质。本公开克服了与本领域中已知的方法相关的问题。例如，本公开提供一种采用各向异性Zoeppritz方程的有限角度地震道的模型，以产生等效反射率体，其然后与适当用户定义的小波进行卷积，产生断层參数的3D体。就其本身而论，不是产生部分弹性參数估计，本公开的实施例产生弹性參数估计。而且，本公开的实施例结合了小波并且可以基于各向异性层处理各向异性。进ー步地，本公开允许每个计算的层是HTI各向异性的(对称轴任意旋转)。不像已知的方法，通过采用各向异性Zoeppritz方程或其某种线性化来计算反射率，本公开的实施例不依赖某种近偏移距近似来提高稳定性。最后，本发明去除了 90度对称轴含混性。另外，本公开提供了釆用岩石物理模型的可选参数化，以减小并约束解空间。而且，本公开提供了通过结合各向异性弹性性质来估计弹性参数的新的创新方式。如上提到的，本发明结合各种正演模型，比如Zoeppritz方程。而且，本公开的各个方面可以釆用各种方法定义必要参数、参数化，比如Thomsen参数。可选参数化包括結合破裂岩石物理，比如在Hudson中公开的币形裂隙模型或Schoenberg，M.和Sayers，C. M. 1995年在〃 Seismic anisotropy of fractured rock〃(Geophysics，60，1，pp. 204-211)中公开的线性滑移变形(LSD)理论(下文中，“Schoenberg和Sayers”)。这些理论描述了断层怎样导致各向异性。例如，Bakulin 等人 2000 年在〃 Estimation of fracture parameters fromreflection seismic data-Part II:Fractured models with orthorhombic symmetry,(Geophysics, 65，6，pp. 1803-1817，)的公开中描述了断层可以导致正交介质的ー种方式。而且，Sayers, C. M.和 Kachanov M. 1995 年在〃Microcrack-induced elastic waveanisotropy of brittle rocks (J. Geophysical Researcn, 100，pp. 4149-4156ノ中不出，两个断层怎样导致各向异性介质。
根据ー个方面，本公开提供ー种方法，包括步骤对于至少ー个方位角和至少ー个入射角，采用參数化方法、根据地震数据确定HTI硬度矩阵，其中，HTI硬度矩阵关于ー个或多个层在空间上变化。该方法还包括步骤将Bond变换应用到HTI硬度矩阵上，以旋转各向同性对称平面，以便其以真北作为參考；以及对于至少方位角和入射角，采用Zoeppritz方程来计算反射率级数，其中，结合各向异性介质。根据本公开的某些实施例,在正演模拟步骤中，采用Zoeppritz方程来计算反射率。在一些实施例中，采用各向异性Zoeppritz方程的线性化来计算反射系数。在其他实施例中，正演模拟以采用參数化方法、根据地震数据确定空间变化的HTI硬度矩阵作为开始。在一个实施例中，采用线性滑移变形理论来执行參数化。在另ー个实施例中，采用Hudson币形裂隙理论来执行參数化。在又一个实施例中，采用Thomsen參数来执行參数化。正演模拟继续Bond变换，其然后施加到HTI硬度矩阵，以旋转各向同性对称平面，因此其以真北作为参考。旋转的HTI硬度矩阵用作采用Zo印pritz方程计算反射率的输入。可选地，采用近似线性化Zoeppritz方程来计算反射率，其中，硬度矩阵以弱各向异性參数的形式表示。在一些实施例中，针对每个方位角、入射角和界面，来计算反射率。根据ー个或多个方位角和入射角与小波的卷积，来计算该ー个或多个方位角和入射角的合成地震道，其表示记录的地震数据。在一些实施例中，通过反演合成地震道来估计弹性參数。在一个实施例中，反演方法使包括P波速度Vp，S波速度Vs，和密度P的初始模型反复摄动。在其他实施例中，初始模型也包括各向异性參数。在可选实施例中，可以使这些參数独立地摄动或这些參数可以通过关系耦合，其中，该关系比如联系Vp和P的加德纳关系式。在其他方面中，本公开的实施例也使微层的时间-厚度摄动，以便减小数据错配度并提高横向相干。反演方法采用模拟退火来找到最小化目标函数的全局解。在其他实施例中，目标函数包括数据错配度和正则化项。正则化项包括三维空间连续性约束，以有助于削弱随机噪声的影响。在其他实施例中，同时对所有方位角-入射角叠加执行迭代，以便最小化数据错配度并避免正则化项的不利結果。根据本公开的另ー个方面，本公开提供ー种用于执行方位角联立弹性反演的方法，包括步骤针对地下地层，确定获得的地震数据的至少ー个地震道的反射率级数，其中反射率级数包括所述地层的各向异性性质；通过将反射率级数与源小波进行卷积而获得一个或多个合成地震道；以及通过反演该ー个或多个合成地震道来估计弹性參数。在实施例中，反射率级数包括描述在入射角9处的方位角反射率的特性的傅立叶(Fourier)系数，
其中至少通过下式来确定所述反射率/^60 = + + Kw s(/^)+v iii(M))在另
一个实施例中，反演步骤包括构建将断层參数估计从密度、P波背景速度估计和S波背景速度估计分离的一个或多个错配度加权函数。前面已经相当宽泛地略述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解接下来的本发明的详细的描述。下文中，将描述本发明的附加特征和优点，其形成本发明的权利要求的主題。本领域技术人员应该理解的是，公开的构想和具体实施例可以容易地用作修改或设计执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员应该意识到的是，这 些等效结构不脱离所附权利要求书中提出的本发明的精神和范围。结合附图考虑下面的描述，将更好地理解被认为是描述本发明的特性的新特征(不论是其组织还是操作方法)与进一歩的目标和优点。需要清楚理解的是，然而，仅仅出于解释和描述的目的提出每个附图，并且每个附图不作为限制本发明的限定。


为了更全面地理解本发明，现在參考下列描述并结合附图，附图中图I是根据本公开的ー个方面、用于执行方位角联立弹性反演的方法的一个实施例的流程图。图2是根据本公开的ー个方面、用于执行方位角联立弹性反演的方法的另ー个实施例的流程图。图3是在ー个实施例中用作根据本公开的ー个方面的数据错配度计算的输入的傅立叶系数的示例。图4是用于产生合成地震数据的输入模型。图5是交绘图，其显示用于裂隙密度I，流体项(和对称轴小的參数估计。图6是针对实际地震数据集的法线弱化8 Na)和切线弱化8 Tb)的估计。
具体实施例方式本申请通过引用结合申请号第12634169号的临时申请。本公开涉及用于分析地震数据以估计地下地层的弹性參数的方法。具体地，本公开提供针对HTI各向异性介质执行联立弹性反演的方法及系统。进ー步地，本公开的各种实施例可由计算机可执行指令实现，本公开的实施例的各种单元其实是定义该各种单元的操作的软件代码。可执行指令或软件代码可由可读媒体(例如，硬盘驱动媒体，光学媒体，EPROM，EEPR0M，磁带媒体，盒式磁带媒体，闪存，R0M，记忆棒和/或类似物)获得，或者通过来自于通信媒体(例如，因特网)的数据信号来通信。事实上，可读媒体可以包括能够存储或传递信息的任何媒体。另外，在本公开的实施例之后对数学和理论概念进行简要讨论可以证明是有益的，并且下面进行简要讨论。进ー步地，这里使用下面的符号及其定义Cij :单元 i，j 的硬度，其中(i，j G [1，6])。Aij :单元i，j的密度标准化硬度，其中(i，j G [1，6])。I :裂隙密度，并且
权利要求
1.ー种用于执行地下地层的地震数据的方位角联立弹性反演的方法，包括 对于来自于地震数据的至少ー个方位角和至少ー个入射角，采用參数化方法、根据所述地震数据确定HTI硬度矩阵，其中，所述HTI硬度矩阵关于ー个或多个层在空间上变化； 将Bond变换应用到所述HTI硬度矩阵上，以旋转各向同性对称平面，以便其以真北作为參考；以及 对于所述至少方位角和入射角，采用ー个或多个反射系数来计算反射率级数，其中结合了各向异性介质。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，采用从由线性滑移变形理论、Hudson币形裂隙理论和Thomsen參数组成的组中选择的方法来执行參数化。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，采用线性化Zoeppritz方程来计算所述ー个或多 个反射系数，其中，所述HTI硬度矩阵以弱各向异性參数的形式表示。
4.
5.根据权利要求I所述的方法，还包括 针对所述至少ー个方位角和至少ー个入射角，将小波和所述反射率级数进行卷积，以获得针对所述至少ー个方位角和至少ー个入射角的ー个或多个合成地震道。
6.根据权利要求7所述的方法，还包括 通过反演所述合成地震道，来估计弹性參数。
7.根据权利要求8所述的方法，其中，反演涉及反复使包括參数P波速度Vp，S波速度Vs和密度P的初始模型摄动。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述初始模型中，还包括各向异性參数。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，使參数独立摄动。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，參数的摄动是基于定义的关系。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述定义的关系是联系两个參数的经验关系。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述经验关系是联系P波速度Vp和密度P的加德纳关系。
13.根据权利要求7所述的方法，还包括 使微层的时间-厚度摄动，以便减少数据错配度并提高横向相干。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，反演采用模拟退火来找到最小化目标函数的全局解。
15.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标函数包括数据错配度和正则化项。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述正则化项包括三维空间连续性约束，以有 助于削弱随机噪声的影响。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，同时对所有方位角-入射角叠加执行迭代，以便最小化数据错配度并避免所述正则化项的不利結果。
18.ー种用于执行方位角联立弹性反演的方法，包括 针对地下地层，确定获得的地震数据的至少ー个地震道的反射率级数，其中所述反射率级数包括所述地层的各向异性性质； 通过将所述反射率级数与源小波进行卷积而获得ー个或多个合成地震道；以及 反演所述ー个或多个合成地震道以获得弹性參数估计。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述反射率级数包括描述在入射角0处的方位角反射率的特性的傅立叶系数，其中至少通过下式来确定所述反射率
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述反演步骤包括构建将断层參数估计从密度、P波背景速度估计和S波背景速度估计分离的一个或多个错配度加权函数。
全文摘要
公开了一种用于分析地震数据以获得弹性属性的改进的方法。在一个实施例中，针对地下地层，确定获得的地震数据的至少一个地震道的反射率级数，其中反射率级数包括地层的各向异性性质。通过将反射率级数与源小波进行卷积而获得一个或多个合成地震道。反演该一个或多个合成地震道，以获得弹性参数估计。根据一个方面，数据输入是角度-方位角叠加。根据另一个方面，数据输入是方位角傅立叶系数un，vn。
文档编号G01V1/00GK102870009SQ201180013584
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月12日
发明者J·唐顿, B·鲁尔 申请人:地球物理维里达斯集团(美国)有限公司