專利名稱：用于傾斜斷裂的層剝轉換反射波形的制作方法
技術領域：
本發明涉及地震學，特別涉及包括轉換波形數據的地震學。
相關領域的描述儲集層斷裂特征對于工程制造已經歷史性的成為一個重大的問題，并且已經導致了比制造所必須的更高的成本。除了使用鉆井方法來鑒別和分級斷裂的儲集層之外，表面地震方法可以提供用于確定礦井之間巨大空間區域上的斷裂數量的重要屬性。這些屬性涉及有反射幅度中觀測的各向異性和通常在地震勘測中所使用的壓縮波、即已知的“P波”和剪切波、即已知的“S波”的傳播時間。
更具體的，在地震學中通常使用的有兩種類型的地震波。第一種類型就是所謂的“P波”，或壓縮波，其在波形傳播的方向上產生振動。第二種類型就是所謂的“S波”，或剪切波，其在與波形傳播正交的方向上產生振動。S波典型的在雙折射的、或者各向異性的介質中分成快波和慢波，并且這兩種類型的剪切波的幅度和傳播時間都可以被使用。而且如下面將進行的闡述，入射剪切波可以包含兩個成份，它們在兩個正交的方向S1(即快剪切波S1的傳播方向)和S2(即慢剪切波S2的傳播方向)上，(按照振動的方向)被極化，并且它們被一個時間延遲彼此分開。
很多地震勘測也使用“轉換”波形。從使用P波源的海洋底部勘測或陸地多分量勘測中，有可能得到在地層中轉換的S波的測量。如果該地層在相對于波形運動水平的方向上是各向同性的，那么對于每一反射界面而言有可能會接收到一個S波。然而，如果正如通常會出現的情況，地層在相對于水平方向上表現出各向異性(例如，由于斷裂導致地質層在特定方向上被極化)，那么將會記錄接收到來自每一反射界面的兩個分開的S波到達，它們在不同的時間到達，具有不同的傳播速度。這就是快S波(S1)和慢S波(S2)。如前所述，它們也有一個不同的特征就是具有不同的極化方向(即在水平面上粒子運動的方向)，這兩個極化方向在大多數情況下被認為是彼此相互正交的。
在圖1中描述了剪切波分離現象，其中說明了剪切波到達S，在各向異性介質的起始處A分離成兩個單獨的剪切波S1和S2，它們具有不同極化方向并且以不同的速度傳播至介質的末端B。如果假設從末端B向上的介質是各向同性的，這兩個極化后的、分離的剪切波將繼續分開傳播，但是速度相同，直到它們撞擊到記錄的地震檢波器。記錄到多分量地震檢波器的每一水平分量上的幅度取決于S1和S2方向相對于X和Y方向的取向。
圖1通過只考慮嵌在各向同性介質中的一個各向異性層，展現了剪切波雙折射原理的簡單圖形描述。然而實際上有多個反射邊界產生多個在S1和S2方向上被極化的剪切到達。另外，在不同的各向異性層中這些方向S1和S2可以改變。在這里所考慮的該應用中，假定極化方向S1和S2在分析時間窗口上深度恒定。
于是地震勘測通常的包括從聲源發出一個聲波，傳播通過地下地質分量并被反射回地震傳感器。該聲波典型的是如前所述的P波和/或S波，有時是轉換波形。該地震傳感器布滿整個被勘測的區域，以接收反射波。地震學家頻繁的作為純模式反射，即該反射的下行腳和上行腳在哪里是相同類型的(都是P波或都是S波)，或轉換模式反射，即P波的下行腳和S波的上行腳(PS波)，描述該反射波的特征。
純模式反射是對稱的，然而轉換模式反射是不對稱的。圖2A-圖2D用概念性的方式圖示出了這樣的特征。如圖2A-圖2B所示，純模式反射的傳播路徑是對稱的，其中對于在相反方向上傳播的波形的響應是相同的。如圖2C-圖2D所示，轉換模式反射的傳播路徑是不對稱的，即根據傳播方向的不同該響應是不同的。
它們對稱的一個結果就是，純模式反射在確定介質的所有對稱屬性的數量時的能力有限。這是因為該勘測觀測下行波和上行波穿過介質時的平均響應。結果就是這些模式不能單獨的區分在地質分量中的垂直斷裂和傾斜斷裂。
轉換模式傳播的不對稱的一個結果就是，原則上它們可以測量斷裂介質的所有對稱屬性。分離S波響應將根據傳播的方向不同而有所不同。結果就是PS波具有鑒別斷裂傾斜、斷裂的方向和取向，以及純模式所能提供的其它屬性的能力。傾斜斷裂的對稱屬性不僅對于在處理過程中描述速度結構很重要，而且更重要的是它們對于規劃水平鉆井計劃很重要，找到在哪里鉆井對斷裂才是正常的，以可以在儲集層中獲得最大的排出容量。
已經開發了大量用于對稱的P波模式的技術來描述帶有對稱水平軸的各向異性介質的特性，該技術使用方位角速度分析和AVO/AVA(Amplitude Variation with Offset/Azimuthal Velocity Analysis)轉換。參見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)。從橢圓速度和AVA變量計算得到可以被轉換成斷裂力度和密度的各向異性參數。參見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)。
當分別得到純S模式和兩個正交的水平剪切波源與接收器時，就可以描述垂直斷裂的特征，如來自真空領域的陸地地震數據所示，新墨西哥。參見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)。假設多層數據表示垂直射線路徑傳播的數據，按照層剝方法就可以確定斷裂密度和垂直斷裂的取向。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轉換估計了相同數據的斷裂密度。層剝和AVO轉換都可以導致對斷層的解釋。
通過使用上行S波的雙折射效應，對多個方位角采樣的轉換波形反射具有用于斷裂特征的電壓。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)說明了S波振動器數據對于阿曼的Natih地區的斷層特征的重要性。
盡管上述的觀測已經提供了關于斷層取向和密度的重要信息，但是它們在確定斷層的所有對稱屬性的數量時的能力有限。這是因為，如上所提到的，純模式反射的上行腳和下行腳是相同的(PP-wave或SS-wave)，導致得到一個平均響應。這個響應對于相反方向傳播的波形也是相同的；因此純模式不能夠區分垂直斷裂和傾斜斷裂。
只有一個S波(上行)腳的PS波也被用來測量各向異性的斷裂特征的地震屬性。Ata，E.& Michelena，R.J.，″Mapping Disribution ofFractures in a Reservior With P-S Converted Waves，″14 The LeadingEdge 664-676(1995)，在委內瑞拉使用三個2-D線圍繞在井上來確定斷裂信息的數量。盡管空間覆蓋比較稀疏，方位角的各向異性似乎是由兩個斷裂系統引起的。在懷俄明州的Wind River盆地收集的一個小3-D/3-C勘測用來校準P波的結果，在描述斷裂的各向異性中取得了一些成功的測量。參見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，在懷俄明州的Green River盆地收集的一個3-D/3-C勘測提供了一致的P波雙折射觀測，該觀測與已知的斷層和區域斷陷線非常相關。參見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波數據也程序性的示出了在北海也存在方位角的各向異性，參見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)，并且這個各向異性被認為是對斷裂的響應。
然而這些轉換波形勘測也只是考慮了與垂直斷裂系統相關的各向異性。例如上述的Gaiser and Van Dok，(2001)使用了四個分量的Alfordrotation，參見Alford，R.M.，″Shear Data in the Presence of AzimuthalAnisotropyDilley，Texas，″56thAnn. Internat.Mtg.，Soc.ExpI.Geophys.，Houston，Expanded Abstracts(1986)和層剝方法，參見Winterstein，D.F.，& Meadows，M.A.，″Shear-Wave Polarizations andSubsurface Stress Directions at Lost Hills Field，″56 Geophysics1331-38(1991)，來推斷垂直斷裂的密度和取向。
如上所述，轉換波形反射是不對稱的，其中上行波只是由分離的S波組成。這些S波路徑在垂直地震剖面(″VSPs″)具有與下行S波或傳輸S波相同的屬性，即它是單向路徑。上述的Winterstein & Meadows(1991)已經展示了它們可以被如何用來測量分離的S波之間的取向和時間延遲，以用于描述方位角各向異性和斷裂的特征。Horne，S.A.，等人，″Fracture Characterization From Near-Offset VSP Inversion，″45Geophysical Prospecting 141-64(1997)，已經將這些技術延伸到使用適當的VSP數據來測量傾斜斷裂集的對稱屬性。Grechka，V.&Tsvankin，I.，″Inversion of Azimuthally Dependent NMO Velocity in TransverselyIsotropic Media With a Tilted Axis of Symmetry，″65 Geophysics 232-46(2000)，也已經設計了用來估計傾斜斷裂的所有背景和斷裂參數的斷裂特征程序。然而該方法使用了從水平界面反射的P波和兩個S波(或轉換波形)的長波長垂直和NMO速度。在實際中，轉換這些速度用于間隔屬性會導致巨大的不準確性。
這些技術中的一部分已經成為專利文獻。考慮美國專利特許US6292754，標題為“地震3-D轉換數據的向量重組”，其
公開日為2001年9月18日，受讓人為BP Corporation North America Inc.，發明人為Leon Thomsen。該′754專利公開了一種多分量轉換波形2-D和3-D地震數據的地震處理方法，其中在多個不同的源接收器方位角可能會得到每一CCP集中的地震軌跡。然而該技術僅應用于預疊加的數據。而且該數據并沒有被整理成正交方位角分布。相反，在該處理中考慮和使用所有方位角，它將產生的時間移位或屬性平均。這會引起對最終結果預測分析的錯誤。
再考慮國際申請WO0136999A2，標題為“快和慢剪切波極化方向的確定”，申請日為2000年10月20日，
公開日為2001年5月25日，要求的優先權日為1999年11月16日。本申請與圖1相關的一部分選自其中。該′999申請提出一種只使用一個方位角數據集(即一個方向)，它意味著一個相同的方位角有雙軌跡(由于對稱的原因)，從轉換波形數據中得到屬性的方法。這也會引起對最終結果預測分析的一些錯誤。
本發明意于解決、或者至少要減少上述中的一個或所有問題。
發明概述本發明公開了一種在地震勘探中所使用的方法和裝置。該方法包括劃分多個轉換分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數；在劃分后的數據中分離出快分離剪切波波場和慢剪切波波場；得出至少一個該分離的快和慢剪切波波場的至少一個屬性；和分析該得出的屬性。一方面，該裝置包括使用執行該方法的指令來編碼的程序存儲介質，當用編程來執行該器件的計算器件或計算機執行指令時，執行該方法。
通過參照下面對附圖的描述可以更好的理解本發明，其中相同的附圖標記表示相同的部件。
圖1描述了常規的剪切波形在各向異性的介質中的分離；圖2描述了純模式反射的對稱(圖2A-圖2B)和在常規地震學中轉換模式反射的不對稱(圖2C-圖2D)；圖3A和圖3B概念性的描述了根據本發明的一個特定實施例的以地面為基礎的地震勘測；圖4A和圖4B概念性的描述了在圖1中的實施例可能會使用到的數據收集單元；圖5A和圖5B分別描述了本發明的一個特定實施例的處理過程的流程圖和該過程工作中的數據操作的概念化；圖6A和圖6B分別描述了分離剪切波傳播通過帶有垂直斷裂集的巖石之后的時間延遲建模和給一個平行于該圖的垂直軸的撞擊，斷裂向右傾斜10度的時間延遲建模；圖7描述了圖5A和圖5B中的實施例的一個特定實施方式；圖8是用于確定在圖7中的一個特定實施方式中傾斜斷裂的特征的流程圖；圖9A和圖9B描述了時間移位結果和對方位角變量時間延遲的數據范例實施圖8中的流程的分析。
然而該發明容許有各種變化和替換形式，附圖描述了特定實施例，這里通過范例的方法詳細說明。可是應該理解的是，這里特定實施例的說明并不是意于將本發明限制到所公開的特定形式，但在另一方面，其意圖是覆蓋住如所附的權利要求中定義的本發明的精神和范圍之中的所有修改、等同和替換。
本發明的詳細描述下面說明本發明的示意性實施例。出于清楚的考慮，在該說明中并沒有描述實際實施方式的所有特征。當然需要認識到的是，在開發任何這種實際實施例中，必須作出多個特定實施方式選擇以實現開發者的特定目標，例如與系統相關的和商業相關的限制，每一個實施例的這種限制都是彼此不同的。而且需要認識到的是，即使這種開發努力是復雜的和費時的，它對于受到本發明啟示的本領域普通技術人員來說將是程序性的工作。
圖3A和圖3B描述了使用地震勘測系統300的以地面為基礎的地震勘測，其中可以得到地震數據用于按照本發明的處理。該地震勘測系統300包括地震記錄陣列305，并可以按照常規技術構造。地震記錄陣列305包括多個接收器306，位于地面307的被勘測區域的附近。在該說明的實施例中，該接收器30，例如使用本領域熟知的常規地震檢波器來實現。在該說明的實施例中接收器306收集到的數據通過數據收集單元308在通信連接上被傳送。在某些替換實施例中，注意到記錄陣列305可以通過無線連接傳送接收器306收集到的數據。
圖3A中所示的勘測是本領域所熟知的三維勘測，或者“3D survey”。因此該勘測產生3D數據。該勘測使用垂直射擊和接收器勘測設計。在源306和源315對中間，寬的方位角和偏移分布通常是理想的。一般說來，方向的數目越多對于本發明就會產生越好的結果。
圖3A所示為記錄卡車310位于地震源315和數據收集單元320的中間。然而本領域的熟練技術人員會認識到的是，在替換實施例中，數據收集單元320的各個部分可以整體的或者部分的分布跨過，例如該地震記錄陣列305。地震源315按照常規方式產生多個地震勘測信號325。地震勘測信號325傳播，并被地下地質分量330反射。地震接收器320以常規方式接收反射離開地下地質分量330的反射信號335。地震接收器306然后產生表示該反射335的數據，該地震數據包含在電磁信號中。
如圖4A和圖4B所示，記錄卡車305配備有機架固定的計算裝置400，使用該計算裝置至少可以實現部分的數據收集系統320。計算裝置400包括通過總線系統415與存儲器410通信的處理器405。存儲器410可以包括硬盤和/或隨機訪問存儲器(RAM)和/或可移動存儲器、例如軟磁盤417和光盤420。存儲器410使用存儲有如上所述得到的數據集的數據結構425、操作系統430、用戶界面軟件435和應用程序465編碼。用戶界面軟件435協同顯示器440一起實現用戶界面445。用戶界面445可以包括諸如鍵區或鍵盤450、鼠標445和游戲桿460的周邊I/O設備。處理器405在操作系統430的控制下運行，該操作系統實際上可以是本領域所熟知的任何操作系統。根據操作系統實施方式的不同，在操作系統430被加電、復位、或者二者同時的情況下，應用程序465被調用。
再次回到圖3A，地質分量330給定地震反射器345。受到本發明啟示的本領域技術人員會認識到，被勘測的地質分量可以是非常的復雜。例如可以出現表示多個傾斜事件的多個反射器。出于清楚的考慮，圖3A省去了這些復雜的附加層等等會使本發明不清楚的部分。不過本發明可以在這種復雜下實現。
如上所述，接收器306產生的信號通信傳送到數據收集單元320。特別的，接收器306通過發射器308在無線連接309上將地震數據通信并收集到數據收集單元320。數據收集單元320收集地震數據用于處理。數據收集單元320本身可以進行地震數據處理、存儲地震數據用于將來處理、發送地震數據到遠程用于處理、或這些事情的組合。在所描述的實施例中，數據收集單元320通過衛星345和衛星連接350發送地震數據到固定式設備340，但是這對于本發明的實施并不是必須的。根據本發明，地震接收器306收集的收集最后被發送到中心設備或位置。該中心設備可以式計算或存儲中心(CSC)，例如記錄卡車310或固定式設備340。注意到某些替換實施例可以使用多個數據收集系統320。
如上關于圖3的所述中得到的地震數據集被存儲在數據結構425中，如圖4B所示。該數據集包括模型轉換剪切波數據，它的優勢是只具有一個剪切波腳，即數據是不對稱的，如圖2C-圖2D中的解釋。于是反射剪切波的在每180°不重復的屬性被保存，例如關于方位角的時間延遲變量。而且關于方位角的剪切波時間延遲變量表示存在不同的對稱系統。
然后按照本發明處理該地震數據。在實際中，對于所有的方位角該方法使用帶有足夠偏移覆蓋的寬方位角PS模式轉換數據。對方位角和/或偏移限制的多層數據執行用于垂直和傾斜斷裂的層剝分析。由于結構的存在，在該分析之前該數據需要被映像，以使得不同方位角之間的結構效果才能夠體現出來。這兩個水平分量需要按一致的方式被處理，從而使得數據中出現的各向異性被保存。
本發明使用層剝方法。層剝由分析和應用相位組成。在數據的每一層，通過冗余能量的最小化來估計極化方向。快PS波和慢PS波之間的時間延遲作為方位角和偏移的函數被測得。這些對于斷裂屬性是相反的，包括斷裂撞擊和斷裂傾斜。這些斷裂屬性被用來刪除所有傳播通過該層的波的PS波分離效果。然后下一層就可以被分析和校正。
所得到的極化方向和方位角變量時間延遲可以被轉換為斷裂參數。快剪切波的極化方向平行于用于附近的垂直斷裂的適當小的入射角的斷裂撞擊。Crampin，S.，″A Review of Wave Motion in Anisotropic andCracked Elastic-MediaWave Motion，″3 Wave Motion 343-391(1981)。例外情況是一些具有不尋常高的孔流體壓力的區域，Angerer，E.，等人，″Processing，Modeling，and Predicting Time-Lapse Effects of Over-Pressured Fluid Injection in a Fractured Reservoir，″_Geophysical J.Int._(2001)和具有高傾斜角的斷裂。該方位角變量時間延遲具有鏡像對稱平面。垂直斷裂具有兩個平行和垂直于斷裂撞擊的鏡像對稱平面。傾斜斷裂只有一個垂直于斷裂撞擊的鏡像對稱平面。因此鏡像對稱平面的數目就說明了斷裂是傾斜的還是垂直的。傾斜的方向取決于鏡像對稱平面中最小剪切波分離的方位角。與斷裂撞擊的方向相關的不對稱程度說明了傾斜的角度。
圖5A和圖5B分別描述了本發明的一個特定實施例的處理過程500的流程圖和該過程工作中的數據操作的概念化。處理過程500只是描述了單一層，但是重復就得到數據集中多層的轉換分離剪切波數據。該方法500執行如上述圖3A和圖3B中所得到和記錄的轉換分離剪切波數據集。
該方法500從劃分(502)多個轉換分離剪切波數據開始，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數。圖5B概念性的描述了將徑向數據504和橫向數據506劃分到多個數據卷、或者庫5081-508n(未全示出)中。按這種方式劃分數據的技術是本領域所熟知的，也可以使用任何合適的技術。數據可以按多種方式劃分，例如按方位角或方位角和偏移。在所描述的實施例中，該數據按方位角和偏移劃分。
該方法500繼續在劃分后的數據中分離(圖5A中的510)出快分離剪切波波場512和慢剪切波波場514。注意到某些實施例在分離劃分后的數據之前可以執行額外的處理步驟，例如疊加和時差校正。在一個特定實施例中，劃分的數據被繼續疊加。可以使用本領域所熟知的常規技術(例如正常時差校正、或NMO)。然而這對于本發明的實施并不是必須的，某些實施例就可以省去這些操作。在任何給定的實施方式中是否執行這些操作將取決于該數據輸出到的終端用戶。受到本發明啟示的本領域熟練技術人員會認識到，例如一些數據類型的分析是在單調的數據上運行的。于是在方法500所產生數據的實施方式中將會使用對單調數據的分析，在方法500中劃分(502)后的數據然后可以進行NMO校正。
返回到圖5A，劃分后的數據可以使用本領域熟知的幾個技術中的任何一個技術來分離。這些技術有國際申請WO0136999A2，標題為“快和慢剪切波極化方向的確定”，申請日為2000年10月20日，
公開日為2001年5月25日，要求的優先權日為1999年11月16日，發明者為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，公開在美國專利特許US4,803,666，其標題為″Multisource Multireceiver Method and System for GeophysicalExploration，″
公開日為1989年2月7日，現在的受讓人為AmocoCorp.，發明者為Richard M.Alford；和公開在美國專利特許US5,610,875中的技術，其標題為″3-Dconverted shear-wave rotation with layer stripping，″
公開日為1997年3月11日，受讓人為Western Atlas International Inc.，發明者為JamesS.Gaiser，并且也公開于Gaiser，J.E.，″3-D PS-wave dataUnravelingShear-Wave Birefringence for Fracture Detection，″62ndEAGE Conf.and Tech.Exhibit，Glasgow，Extended Abstracts，C15(2000)。
然而在替換實施例中也可以使用其它的旋轉技術。
一般說來，將劃分后的數據分離(510)成快波場和慢波場包括(1)確定一個旋轉角和(2)對確定的旋轉角執行雙分量旋轉，成為對每一劃分各自的軸。可以應用單個旋轉角到每一庫5081-508n，或者可以為每一庫5081-508n分別找到單個旋轉角。在后面這種情況，對于每一劃分，分別對旋轉角執行雙分量旋轉成為各自的軸。在圖5B中描述的實施例中，旋轉角根據逐庫確定，即為每一劃分。通過將多個正交分量組合成多個四分量集，并按照常規方法對四分量集執行極化分析就可以確定得到旋轉角。
返回到圖5A，方法500繼續得出(516)至少一個該分離的快和慢剪切波波場的至少一個屬性518。如圖5B所示，該描述的實施例為快和慢剪切波分量512、514的庫5082確定到達時間差(Δt)。該描述的實施例通過為分離的快和慢剪切波波場執行到達時間的動態相互關聯得出該屬性。該特定實施例的某些實施方式進一步執行慢剪切波分量的動態時間移位。(注意到替換實施例在處理的其它點可以對數據應用動態時間移位，或者完全將它省去。)然而其它實施例可能會關注兩個波場的一些其它屬性518，諸如關于偏移的幅度變量，或者使用其它技術得出它們。
該方法500繼續分析(520)該得出的屬性518。在所描述的實施例中，該方法包括對得出的屬性518執行倒置和解釋該倒置屬性518。如上所述，在該特定實施例中倒置屬性518與快和慢剪切波波場的到達時間不同。該轉換然后產生諸如彈性參數和取向的信息。彈性參數然后可以解釋為巖石屬性。更一般的，該解釋可以包括倒置屬性518對稱特性，不對稱特性，或二者全部。該轉換和解釋可以按照常規的方法執行。
分析所產生的信息然后典型的用于一些應用，例如概念性的表示在圖5B中的應用程序522。范例應用包括施加一個解釋的分離剪切波屬性到水平鉆井，確定井空間，減少水分割減縮，增強井孔穩定性，儲集層建模，增強映像。例如所有分量的旋轉和時間移位數據可以疊加以產生用于結構解釋的增強圖像。或者每一層的極化方向和傳播時間可以用于斷裂特征。
因此本發明解決了上述確定傾斜斷裂特征的問題。它基本上是使用P到S轉換的快和慢剪切波的層剝方法。這種轉換模式特別適用于確定傾斜斷裂的特征，由于它們具有與斷裂傾斜相關的不對稱性，而純模式反射不具備。注意到本發明優選的使用垂直射擊和接收器勘測設計和3D數據來提供最佳的幾何尺寸，以得到源接收器對寬的方位角和偏移分布。多個方向被用來確定傾斜斷裂介質的特征。需要仔細處理PS波，以保存S波的快和慢上行腳。結構(非水平的和傾斜發射器)的效果也必須適當處理。
為了進一步理解本發明，現在公開本發明的一個特定實施例。對于疊加后的分析，數據被堆積到方位角受限的數據集中，該數據集按照美國特許專利US5610857中公開的技術被組合成水平4C集，該專利的標題為″3-D converted shear-wave rotation with layer stripping，″
公開日為1997年3月11日，受讓人為Western Atlas International Inc.，發明者為James S.Gaiser，該技術也公開于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，各向異性巖石矩陣中的一系列平行垂直斷裂導致產生帶有六邊對對稱性、稱為“水平橫向各向異性(HTI)”的各向異性介質。考慮圖6A和圖6B，它們是垂直斷裂(圖6A)和向左10°傾斜斷裂(圖6B)的標準化的剪切波時間延遲的極坐標。該時間延遲隨方位角和入射角而變化，并為三個1km上測得的入射角為5°、15°和25°的錐體而配置。該時間延遲是基于帶有流體滲透的Hudson模型，并且是具有斷裂密度為0.05，縱橫比為0.1的垂直斷裂和從垂直向右旋轉5°的斷裂。圖6A所示為時間延遲的方位角變量在較高的入射角變大。對于垂直斷裂，有兩個平行和垂直于斷裂撞擊的鏡面對稱平面，它們也是在剪切波之間的時間延遲方位角變量中產生的。
圖6B所示為給一個平行于該圖的垂直軸的撞擊，斷裂向右傾斜10度的時間延遲建模。在這種情況下，只存在有一個垂直于斷裂撞擊的鏡面對稱的方向。時間延遲變量在斷裂撞擊方向中不對稱，并且不對稱的程度隨著入射角增加。在與垂直方向成25°時，傳播時間中的明顯扭曲標記在斷裂向下傾斜的方向。
現在參照圖7，在該特定實施例中首先，為第一層確定(710)快和慢剪切波方向。這可以使用各種方法確定，例如如上所述的ROTORS分析和Alford旋轉。每一雙分量集被旋轉成快方向和慢方向，從而分離出快剪切波到達和慢剪切波到達。
其次，使用動態相互關聯估計得到每一方位角的快剪切波和慢剪切波之間的時間延遲。當波傳播通過各向異性介質時漸漸累積的時間延遲被動態相互關聯考慮進來。相互關聯的輸出是出現在該層底部的最大延遲。
第三，然后用估計的時間延遲來動態移位(730)該慢剪切波分量，使得快剪切波和慢剪切波對齊。這就基本上刪除了該層的各向異性效果。
重復該過程以估計第二層等各層的各向異性。
所有分量旋轉和時間移位后的數據可以被疊加以產生用于結構解釋的增強圖像。每一層的極化方向和傳播時間可以被用于結構特征。極化方向表示斷裂撞擊的方向。
圖8是用于確定圖7中的一個特定實施方式中傾斜斷裂的特征的流程圖。該實施方式從方位角和偏移受限的數據集、部分疊加的徑向和橫向分量開始(810)。該實施方式然后執行2C旋轉(813)，成為數據的主軸。這包括將數據的正交方位角組合(816)成4C集和使用Alford旋轉執行(819)極化分析。在圖9A-圖9B中描述了對范例數據集的旋轉效果。
圖9A所示為方位角變量時間延遲的數據范例，該數據來自在勘測的結構簡單的區域上的11個普通深度點(CDP)位置的5個塊的Emilio場。由于該數據已經在每分量限制為8個方位角的立方體中被處理過，每個CDP位置有八個數據點。該數據(黑實線)說明了在時間延遲中可以被轉換為鏡像對稱面的方位角變量。黑色矩形中中央CDP位置中的數據基本上具有八個附圖和兩個鏡像對稱面。因此，這些結果表明了這些數據可以按照垂直斷裂系統解釋。時間延遲CDP的任何一邊只處理時間延遲變量中帶有“扭曲”的一個鏡像對稱面，類似于圖9B中所示。這些數據表明了在傾斜感改變的地方存在傾斜斷裂。向北的CDP說明傾斜向北，而向南的CDP說明傾斜向南。
圖9B也說明了Alford旋轉結果。該細黑條表示平行于斷裂撞擊的快剪切波極化。鏡像對稱面的對齊與這些測得的快剪切波極化相一致。每一CDP位置中在快剪切波方向測得的時間延遲大致與斷裂密度相稱，該斷裂密度可以比使用假定垂直入射的方法時更準確的被估計。通過在時間延遲分析之前將所有的方位角數據疊加成單一數據集，就可以計算得到比實際斷裂密度小的平均值。
在圖9A、圖9B中，每一CDP處的時間延遲變量用黑實線表示，從圖9B中的數據確定斷裂取向屬性。輪廓背景是在斷裂撞擊方向上測得的時間延遲。斷裂撞擊通常是東北東，如細黑線所示。三角形的頂點表示斷裂傾斜。三角形的大小用斷裂標準方向中的不對稱性來衡量。注意到斷裂傾斜中的明顯改變，如圖中虛線所示。
返回到圖8，該實施方式然后在旋轉數據中的快剪切波和慢剪切波之間執行動態相互關聯(822)。然后對慢剪切波分量執行動態時間移位(825)。該實施方式然后分析(828)鏡像對稱方向、極化方向、和斷裂傾斜取向的數據。對沒有層中的數據重復上述過程(831)。
注意到本發明典型的將在適當編程的計算器件、例如圖4A和圖4B中的計算裝置400上被實施。該指令可以被編碼在例如存儲器410、軟盤417、和/或光盤420上。于是本發明一方面包括被編程來執行本發明方法的計算裝置。另一方面，本發明包括使用指令編碼的程序存儲裝置，當該指令被計算裝置執行時就執行本發明的方法。
這里詳細描述的某些部分因此可以按照實施處理過程的軟件解釋，該過程包括在計算系統或計算器件的存儲器中對數據位操作的符號表示。這些描述和表示是本領域的熟練技術人員將他們的工作內容傳達給本領域的其他熟練技術人員所使用的最有效的方法。該處理和操作需要對物理量的物理操作。雖然不是必須的，通常這些物理量采用電、磁或光信號的形式，它們可以被存儲、轉換、組合、比較和進行其他操作。主要是平常使用的原因，已經證明了將這些信號作為比特、值、分量、符號、字符、詞匯、標號或類似的使用是方便的。
大腦應該已經疲憊了，然而所有這些以及相似的詞匯都與適當的物理量相關，并且只是應用到這些物理量的方便標號。除非特別申明或其他的可能出現，在整個本發明中，這些描述指的是電子器件的操作和處理，它對某些電子器件的存儲器中表示物理(電、磁或光)量的數據進行操作和轉換成存儲器、傳輸或顯示器件中類似的表示物理量的其他數據。表示這種描述的詞語有“處理”、“計算”、“運算”、“確定”、“顯示”以及類似的，但并不僅限于此。
注意到本發明的軟件實施方式典型的是在某些形式的程序存儲介質上編碼、或在某些類型的傳輸介質上實施。程序存儲介質可以是磁(例如軟盤或硬盤驅動)或光(例如只讀存儲器壓縮盤、或“CD ROM”)，還可以是只讀的或隨機訪問的。類似的，傳輸介質可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、或本領域所知道的其他合適的傳輸介質。本發明并不僅限于所給定的任何實施方式的這些方面。
這樣總結該詳細描述。上面公開的特定實施例只是說明性的，由于這里受到本發明教導啟示的本領域熟練技術人員可以對本發明做出修改和以不同、但相等的方式實施本發明。而且此處所示并沒有對結構和設計的細節做出限制，但下面描述的權利要求有。因此很顯然，上面描述的特定實施例可以被改變或修改，并且所以的變化都被認為處于本發明的精神和范圍之中。保護范圍相應的由下面的權利要求中所述。
權利要求
1.一種在地震勘探中使用的方法，包括劃分多個轉換分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移處來記錄，作為方位角和偏移的函數；在劃分后的數據中分離出快和慢剪切波波場；得出該分離的快和慢剪切波波場中的至少一個的至少一個屬性；以及分析該得出的屬性。
2.權利要求1中的方法，其中劃分多個轉換的分離剪切波數據包括按方位角劃分的轉換分離剪切波數據和按方位角和偏移劃分轉換分離剪切波數據中的一種。
3.權利要求1中的方法，其中劃分該轉換的分離剪切波數據包括規則地劃分轉換分離剪切波數據和不規則地劃分轉換分離剪切波數據中的一種。
4.權利要求1中的方法，其中分離快和慢剪切波波場包括旋轉該被劃分的數據。
5.權利要求4中的方法，其中旋轉該被劃分的數據包括確定旋轉角，和按照與用于每個劃分部分的各自的軸形成該被確定的旋轉角，執行雙分量旋轉。
6.權利要求4中的方法，其中旋轉該劃分的數據包括為每一劃分確定各自的旋轉角；和按照與用于每個劃分部分的各自的軸形成各個被確定的旋轉角執行雙分量旋轉。
7.權利要求5中的方法，其中確定該旋轉角包括組合多個正交分量成為多個四分量集；和對該四分量集執行極化分析。
8.權利要求1中的方法，其中得出屬性包括得出快和慢分離剪切波到達時間。
9.權利要求1中的方法，其中得出屬性包括對分開的快和慢剪切波屬性執行動態相互關聯。
10.權利要求9中的方法，進一步包括對慢剪切波分量執行動態時間移位。
11.權利要求1中的方法，進一步包括對慢剪切波分量執行動態時間移位。
12.權利要求1中的方法，其中分析得出的屬性包括對得出的屬性執行倒置，和解釋該倒置屬性。
13.權利要求12中的方法，其中執行該倒置產生至少一個彈性參數和取向。
14.權利要求13中的方法，進一步包括解釋該彈性參數產生巖石屬性。
15.權利要求12中的方法，其中解釋該倒置屬性包括對至少一個對稱屬性和不對稱屬性解釋該倒置屬性。
16.權利要求1中的方法，其中分析該分開的快和慢分離剪切波波場包括解釋分開的快和慢分離剪切波到達時間。
17.權利要求1中的方法，其中分析該分開的快和慢分離剪切波波場包括為對稱屬性和不對稱屬性中的至少一個分析該分開的分離剪切波屬性。
18.權利要求1中的方法，進一步至少包括一個如下步驟記錄該轉換的分離剪切波數據；從轉換的分離剪切波數據中消除時差；和疊加該轉換的分離剪切波數據。
19.權利要求18中的方法，其中疊加該轉換的分離剪切波數據包括對轉換的分離剪切波數據進行預疊加、疊加、或次疊加中的一個。
20.權利要求1中的方法，其中解釋該分開的快和慢分離剪切波波場包括分析鏡像對稱方向、極化方向、和斷裂傾斜取向中的至少一個。
21.權利要求1中的方法，進一步包括應用該解釋的分離剪切波屬性。
22.權利要求1中的方法，進一步包括得到多個轉換的分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數。
23.權利要求22中的方法，其中得到多個轉換的分離剪切波數據包括下面步驟中的一個在地震勘測中收集轉換的分離剪切波數據；在記錄轉換的分離剪切波數據之前接收轉換的分離剪切波數據的傳輸；和接收記錄在存儲介質上的轉換的分離剪切波數據。
24.一種編碼有指令的程序存儲介質，當指令被計算器件執行時，執行地震勘測中使用的方法，該方法包括劃分多個轉換的分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數；在劃分后的數據中分離出快分離剪切波波場和慢剪切波波場；得出該分離的快和慢剪切波波場中的至少一個的至少一個屬性；和分析該得出的屬性。
25.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中劃分多個轉換的分離剪切波數據包括按方位角劃分轉換的分離剪切波數據和按方位角和偏移劃分轉換的分離剪切波數據中的一種。
26.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中劃分該轉換的分離剪切波數據包括規則地劃分轉換的分離剪切波數據和不規則地劃分轉換的分離剪切波數據中的一種。
27.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中分離快和慢分離剪切波波場包括旋轉該被劃分的數據。
28.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中得出屬性包括對分開的快和慢分離剪切波屬性執行動態相互關聯。
29.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中分析得出的屬性包括對得出的屬性執行倒置，和解釋該倒置屬性。
30.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中分析該分開的快和慢分離剪切波波場包括為對稱屬性和不對稱屬性中的至少一個分析該分開的快和慢剪切波屬性。
31.權利要求24中的程序存儲介質，其中在該編碼方法中解釋該分開的快和慢分離剪切波波場包括分析鏡像對稱方向、極化方向、和斷裂傾斜取向中的至少一個。
32.一種被編程來執行在地震勘測中使用的方法的計算設備，包括劃分多個轉換的分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數；在劃分后的數據中分離出快和慢分離剪切波波場；得出該分離的快和慢剪切波波場中的至少一個的至少一個屬性；和分析該得出的屬性。
33.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中劃分多個轉換的分離剪切波數據包括按方位角劃分轉換的分離剪切波數據和按方位角和偏移劃分轉換的分離剪切波數據中的一種。
34.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中劃分該轉換的分離剪切波數據包括規則地劃分轉換的分離剪切波數據和不規則地劃分轉換的分離剪切波數據中的一種。
35.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中分離快和慢分離剪切波波場包括旋轉該被劃分的數據。
36.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中得出屬性包括對分開的快和慢分離剪切波屬性執行動態相互關聯。
37.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中分析得出的屬性包括對得出的屬性執行倒置，和解釋該倒置屬性。
38.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中分析該分開的快和慢分離剪切波波場包括為對稱屬性和不對稱屬性中的至少一個分析該分開的分離剪切波屬性。
39.權利要求32中的計算設備，其中在該編程的方法中解釋該分開的快和慢分離剪切波波場包括分析至鏡像對稱方向、極化方向、和斷裂傾斜取向中的至少一個。
40.一種在地震勘測中使用的方法，包括為轉換的分離剪切波數據的層確定快剪切波方向和慢剪切波方向，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數；在動態相互關聯中，在數據中每一方位角的快剪切波和慢剪切波之間估計時間延遲；使用估計的時間延遲對慢剪切波分量執行動態移位；和對數據的連續層重復上述步驟。
41.權利要求40中的方法，其中確定快和慢分離剪切波方向包括旋轉該劃分的數據。
42.權利要求41中的方法，其中旋轉該劃分的數據包括確定旋轉角，和按照與用于每個劃分部分的各自的軸形成被確定的旋轉角執行雙分量旋轉。
43.權利要求41中的方法，其中旋轉該劃分的數據包括為每一劃分確定各自的旋轉角；和按照與用于每個劃分部分的各自的軸形成各個被確定的旋轉角執行雙分量旋轉。
44.權利要求42中的方法，其中確定旋轉角的步驟包括組合多個正交分量成為多個四分量集；和對該四分量集執行極化分析。
45.權利要求40中的方法，進一步包括分析得出的屬性。
46.權利要求40中的方法，其中分析得出的屬性包括對得出的屬性執行倒置，和解釋該倒置屬性。
47.權利要求46中的方法，其中執行該倒置產生彈性參數和取向中的至少一個。
48.權利要求47中的方法，進一步包括解釋該彈性參數產生巖石屬性。
49.權利要求46中的方法，其中解釋該倒置屬性包括為對稱屬性和不對稱屬性解釋該倒置屬性中的至少一個。
50.權利要求40中的方法，進一步至少包括如下步驟中的一個記錄該轉換的分離剪切波數據；從轉換的分離剪切波數據中消除時差；和疊加該轉換的分離剪切波數據。
51.權利要求50中的方法，其中疊加該轉換的分離剪切波數據包括對轉換的分離剪切波數據進行預疊加、疊加、或次疊加中的一種。
52.權利要求40中的方法，進一步包括應用該解釋的分離剪切波屬性。
53.一種在地震勘測中使用的方法，包括提供多個方位角和受限的偏移、部分疊加的徑向和橫向數據分量；對數據分量執行雙分量旋轉，到多個主軸；在由雙分量旋轉產生的快剪切波和慢剪切波之間進行動態相互關聯；動態時間移位該慢剪切波分量；為鏡像對稱方向、極化方向和斷裂傾斜的取向分析該時間移位的慢剪切波分量；和為數據的連續層重復上述步驟。
54.權利要求53中的方法，進一步包括如下步驟中的至少一個記錄該轉換的分離剪切波數據；從轉換的分離剪切波數據中消除時差；和疊加該轉換的分離剪切波數據。
55.權利要求54中的方法，其中疊加該轉換的分離剪切波數據包括對轉換的分離剪切波數據進行預疊加、疊加、或次疊加中的一種。
56.權利要求53中的方法，進一步包括應用該分析的慢剪切波分量。
57.權利要求53中的方法，進一步包括得到多個轉換的分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數。
全文摘要
本發明公開了一種在地震勘探中所使用的方法和裝置。該方法包括劃分多個轉換分離剪切波數據，該數據由普通事件產生，并以多個方位角和多個偏移來記錄，作為方位角和偏移的函數；在劃分后的數據中分離出快分離剪切波波場和慢剪切波波場；得出至少一個該分離的快和慢剪切波波場的至少一個屬性；和分析該得出的屬性。一方面，該裝置包括使用執行該方法的指令來編碼的程序存儲介質，當用編程來執行該器件的計算器件或計算機執行指令時，執行該方法。
文檔編號G01V1/28GK1630827SQ03802202
公開日2005年6月22日 申請日期2003年1月15日 優先權日2002年1月15日
發明者史蒂夫·A·霍尼, 詹姆斯·E·蓋瑟, 埃里卡·安格爾 申請人:維斯特恩格科有限責任公司