專利名稱：零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法
技術領域：
本發明設計石油地質勘探技術，是一種垂直地震剖面勘探的零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法。
背景技術：
在垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，簡稱VSP)勘探技術中，有時需要進行零井源距VSP數據測量，具體過程是將檢波器準確放置在井中不同的深度點，在離井口一定距離(按行業標準要求偏離井口的距離與觀測點深度之比小于1/20。由于該值很小，故稱之為零井源距)利用震源(炸藥、可控震源、空氣槍等)在地面或海上激發，通過同步信號驅動井中檢波器進行記錄。對采集的數據處理時通常使用時間域零井源距VSP數據走廊疊加處理，其主要步驟為通過拾取VSP數據中初至旅行時計算地震波速度；通過波場分離得到地震上行波；對上行波數據進行反褶積；利用均方根速度將上行波拉平；沿初至在一定時窗范圍內(形似走廊)對拉平后的數據切除，保留初至附近數據；對切除后的數據在時間域進行疊加求和，得到疊加剖面。上述處理方法屬于一種行業標準化技術，垂直地震剖面法數據處理技術規程(Q/CNPC-BGP.K1303-2002)中包含了這方面的內容。該方法已廣泛的用于地震資料解釋的層位標定，用于地震資料解釋過程中地質層位與地震層位的識別和標定，指導地震資料的解釋。
圖1顯示了時間域零井源距VSP數據上行波拉平剖面、切除線(保留灰線左邊區域數據)及走廊疊加剖面。圖中縱軸表示地震波垂直傳播雙程旅行時，地震反射同相軸表示地質層位的地震響應。圖2顯示了時間域零井源距VSP數據處理方法。
目前該方法在生產應用中主要出現的問題是鉆井分層資料中的地質層位信息是在深度域表征的，零井源距VSP數據中本身也具有準確的深度定位信息，但目前的零井源距VSP數據的走廊疊加剖面處理在時間域進行，即將觀測到的地震響應通過地震速度轉換至時間域，據此建立地面地震響應(時間域)與鉆井分層資料(深度域)的對比關系，實現地震層位和地質層位識別和標定。該方法放棄了自身具備準確深度信息易于與鉆、測井資料對比的優勢，致使地質層位的地震響應不能與深度域的鉆、測井信息進行直接對比，應用不直觀，對比確定性差。
零井源距VSP數據在時間域的的處理中，通常需通過校正使VSP數據的處理基準面與地面地震數據處理的一致，由于淺層速度和充填速度等產生的靜較正問題，使其時間域走廊疊加剖面在與鉆、測井數據的對比標定過程中困難增大，這種不確定性的結果將影響地震資料解釋的可靠性。
發明內容
本發明目的在于針對上述問題，提供一種使零井源距VSP數據中的地震層位信息和鉆測井中的地質層位信息的對比和識別都在深度域進行，鉆、測井信息對比直觀、確定性好的零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法。
本發明采用如下技術方案一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，利用現場采集的零井源距VSP數據，將各個接收點含有的深度信息與鉆井分層資料中的深度信息結合，利用VSP的直達波旅行時數據通過和最優化反演算法得到高精度的層速度模型，使直達波初至附近的反射波在深度上精確歸位并成像，進而進行深度域走廊剖面切除并疊加，替代常規方法中在時間域拉平、切除走廊并疊加的方法，疊加的結果能直接用于與鉆井分層數據對比和地震層位識別。
采用如下步驟1)觀測采集地震波，利用反演算法計算觀測的地震波初至旅行時地層速度；2)對原始數據進行波場分離，將所需的地震反射波分離出來；3)利用下行波或監視子波中提取反褶積算子對反射波數據進行反褶積；4)根據3)處理得到的地震反射波數據，1)得到的深度域地層速度模型以及實際的觀測系統數據，在深度域成像。
所述步驟2)處理得到的為地震縱波(P)或橫波(S)反射波數據。
所述步驟4)的深度域成像是利用射線追蹤算法和速度模型計算實際觀測系統中的地震波傳播旅行時，利用計算的旅行時以及對應的地震波信號進行深度歸位成像。
所述步驟所述步驟4)實際觀測系統是野外測量過程是由地面激發、井下接收，對于縱波反射波數據，由縱波源激發獲得；對于橫波反射波數據，由橫波源激發獲得。
所述步驟4)深度域成像采用公知的成像算法，如VSPCDP等(中文說明VSPCDP)轉換算法。
所述步驟4)深度域成像的成像網格大小應以不產生空間假頻為條件。
所述步驟4)深度域成像是沿深度對成像數據進行走廊切除。
所述的走廊切除是在每一個深度樣點保留5-10道左右有效數據，同時要求井旁道成像道的范圍要小于10米，成像道的數據信噪比高和無多次波。
所述步驟4)深度域成像對切除后的數據采用常規的多道數據求和方法在深度域進行疊加求和，得到疊加道。
所述步驟4)深度域成像根據炮點高程和已知的補芯高采用常規的靜校正方法將處理結果校正到補芯高程。
所述步驟1)反演算法采用線性反演算法或非線性反演算法。
本發明效果如下1、更直觀、更充分利用了VSP數據中的深度信息。在VSP的數據采集中，檢波器需要在井中移動，在每一個觀測點的深度可以通過井口纜車的深度記數器和井下定位裝置獲得，這樣來自地下地層地震波的信息可以沿不同深度接收點采集到。在接收點范圍內，采集的數據具有準確的地震層位深度信息。據此得到的數據處理成果有利于與鉆、測井數據結合，避開了時間域的處理成果與深度域信息對比不直觀的缺點。
2、計算的速度精度更高。在利用零井源距VSP數據計算速度的過程中，采用了最優化自動反演算法，通過迭代過程提高速度計算的精度。據此解決了常規方法簡單地利用觀測系統的幾何關系對旅行時進行校正進而計算速度存在精度不夠高的問題。
3、走廊剖面在深度域而不在時間域形成。在走廊剖面的制做過程中，不是在時間域將上行波拉平，而是在深度域進行地震波成像，沿深度切除走廊用于疊加成像。據此能使地質層位的地震響應與鉆、測井資料在深度域進行直接對比，建立更為直觀的地質層位和地震層位的關系，進而使層位的識別與標定更為可靠。圖4顯示了深度成像剖面、走廊切除及疊加剖面。其中縱軸表示深度，紅線左邊為走廊切除的保留區。與圖1對比可見兩種方法的差異。
圖1為時間域零井源距VSP數據上行波拉平剖面、切除線(保留灰線左邊區域數據)及走廊疊加剖面。
圖2為零井源距VSP數據時間域走廊疊加剖面制做的處理流程。
圖3為本發明零井源距VSP數據深度域走廊疊加剖面制做的處理流程。
圖4為顯示了地震直達波與地震層位反射波的深時關系示意圖。
圖5顯示了深度成像剖面、走廊切除及疊加剖面。其中縱軸表示深度，紅線左邊為走廊切除的保留區。
具體實施例方式
以下結合實施了詳細說明本發明本方法是針對上述出現問題提出的一種新的解決方案。
其做法是充分利用VSP測量數據中的深度信息和波場之間的時空關系，將縱、橫波反射波信號在深度域進行走廊疊加的結果直接用于與鉆井分層數據對比，根據層位對比后的地震反射波組關系對地面地震、二維或三維VSP成像剖面中的地震響應進行識別和標定。
本方法主要包括一下內容(1)、利用VSP測量數據中各個接收點含有準確深度信息的特點，將其與鉆井分層的深度域信息緊密結合起來。
(2)、利用VSP的直達波旅行數據和最優化反演算法得到高精度的速度模型。該速度模型用于零井源距VSP的反射波數據成像。
(3)、利用深度域成像的方法替代常規方法中在時間域拉平的方法。由于在VSP觀測系統下，地層界面附近接收到的直達波和反射波具有首尾相連的特點，當速度反演算法使得實測的直達波旅行時與理論模型計算旅行時的誤差足夠小時得到的速度模型，能保證直達波初至附近的反射波在深度上精確歸位，據此得到走廊疊加剖面。從而完成在深度域準確表征地震層位信息。
圖4顯示了地震直達波與地震層位反射波的深時關系。
本發明具體實現過程中，主要步驟為1)利用觀測到的地震波初至旅行時計算地層速度。
利用公知的地震數據處理或解釋軟件中的旅行時拾取模塊精細拾取零井源距VSP數據中縱波或橫波初至旅行時。
在常規時間域的處理中，地層速度的計算方法是將觀測到的地震波初至旅行時沿炮點到檢波點的射線方向投影到垂直向下的方向，利用檢波點已知深度以及速度與距離和時間的關系計算速度。
其中用于投影計算的角度通過檢波點的深度以及炮點離井口的距離計算得到。這種方法的特點是計算簡單，容易實現，但由于地震波在傳播過程中從炮點到檢波點的射線在通過地下介質時不可能是直線，將這種采用簡單的投影校正方法計算的地層速度精度不高。
本發明在深度域的處理中，地層速度的計算方法是在水平層狀均勻地層介質的條件下(當井源距與目的層深度相比很小時總是成立)利用反演算法準確計算地層的層速度。其地震射線可以是彎曲的，通過迭代實施計算過程。該速度用于零井源距VSP數據深度域成像。
反演算法的基本原理概括如下在二維地下介質中，地震波傳播的旅行時T是地下介質地震速度的函數。在零井源距VSP測量中，由于震源與井的距離與觀測深度相比很小，地震波 傳播旅行時只與速度的垂向變化有關，這樣從震源到井下接收點的旅行時可用下式表示其中，Z為深度；dl為沿地震射線方向的微量距離；S(z)＝1/V(z)表示地下介質的慢度，V(z)為地層速度。基于旅行時的反演原理，構造目標函數ΦΦ=Σi=1n(to-tc)2]]>式中，to表示觀測旅行時，tc表示理論計算旅行時，n表示觀測點數。這樣，估算速度的問題歸結為求解以上目標函數Φ的極小值問題，即令∂Φ∂s=0]]>Δt＝DΔs通過推導整理，上述問題可歸結為求解下列線性方程組其中Δt為根據理論模型計算旅行時與實測旅行時之差向量；Δs為地下慢度的改正量；D為雅可比矩陣，其中元素是與射線長度有關的量。
速度反演是一個迭代過程。第i次迭代的速度模型為Vi＝Vi-1+ΔVi其中，ΔVi＝1/ΔSi，ΔSi通過上述線性方程組求得，V為速度向量，對應不同深度的層速度。通過不斷的修改模型和計算迭代，理論計算的旅行時與實測的旅行時之差愈來愈小，當其差達到給定的允許誤差時(小于一個時間采樣點)，迭代停止，據此得到速度模型；這種方法的特點是速度計算精度高。
本發明反演算法通常分為兩類，即線性反演方法和非線性反演方法。線性反演算法通常稱之為GLI(廣義線性反演，Generalized Linear Inversion)。在反演過程中，將目標函數線性化處理，在迭代過程中利用公知的線性方程組求解方法完成方程組的求解，如奇異值分解(SVD)和共軛梯度(CG)等算法；非線性反演算法是將目標函數視為非線性函數，將生物界、物理界等方面的一些行為過程通過數學表征用于求解非線性問題，如常用的生物遺傳算法、模擬退火算法等。
2)對原始數據進行波場分離，即將所需的地震反射波從中分離出來。具體做法是首先利用以上步驟拾取的初至將數據拉平；然后利用地震數據處理中的二維去噪方法(最常用的是中值濾波和FK濾波模塊)將下行波濾除，保留上行波；最后將上行波數據按初至恢復到原來的時空位置。本步驟與常規的時間域的處理方法相同。
3)利用下行波或監視子波中提取反褶積算子對數據進行反褶積，用于消除多次波和提高分辨率。反褶積算子的提取方法屬于一種公知技術。本步驟與常規的時間域的處理方法相同。
4)時間域處理的做法是根據3)處理得到的數據并利用上面得到的均方根速度模型將反褶積后的上行波數據在時間域拉平(如圖5)。
深度域處理的做法是根據3)處理得到的數據地震反射波(縱波或橫波)、1)得到的層速度模型(深度域)和實際的觀測系統，利用射線追蹤算法和成像方法在深度域成像。成像采用公知的VSPCDP轉換算法。成像網格大小與接收點數和井源距有關，應以不產生空間假頻為基本準則。據此完成了零井源距VSP數據的深度域成像剖面的處理(如圖5)。
垂直地震剖面數據CDP轉換，目前在業內的規范稱呼為VSPCDP轉換，沒有確切的中文表達，其中的CDP是借用地面地震數據處理中的“共深度點”術語，但實際的地球物理意義不同，故普遍沒有英文的直接翻譯。
實際觀測的數據中包括上行反射波和下行透射波等多種地震波場，通過上述處理可以將不需要的波場數據濾掉，保留上行反射波數據用于成像。實際觀測系統是指在野外測量過程由激發、接收設備按設計組成的排列。)，利用射線追蹤算法和速度模型計算實際觀測系統中的地震波傳播旅行時，利用計算的旅行時以及對應的地震波信號進行深度歸位成像。射線追蹤算法本身屬于公知算法。
時間域處理的做法是沿時間域切除走廊。深度域處理的做法是沿深度對成像數據進行走廊切除(如圖5所示)。每一個深度樣點保留5道左右有效數據，其基本原則是保留井旁道成像道(10m以內)高信噪比數據，避開可能出現的多次波。
時間域處理的做法是對切除后的數據在時間域進行疊加求和。深度域處理的做法是對切除后的數據在深度域進行疊加求和，得到疊加道。
時間域處理的做法是通過靜校正量校到地震參考面(時間)。深度域處理的做法是根據炮點高程和已知的補芯高將上述處理結果校正到補芯高程，這樣便于與鉆、測井資料進行層位對比和識別。
根據上述步驟，完成了零井源距VSP數據深度域的走廊疊加剖面的制做。由于與鉆、測井資料有一致的深度起算參考面(從補芯高程開始)，可以直接用于地質層位和地震層位的對比和識別了。利用其結果，并通過深時轉換以及地震波組關系，對其它地震資料進行對比標定。
權利要求
1.一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于利用現場采集的零井源距VSP數據，將各個接收點含有的深度信息與鉆井分層資料中的深度信息結合，利用VSP的直達波旅行時數據通過和最優化反演算法得到高精度的層速度模型，使直達波初至附近的反射波在深度上精確歸位并成像，進而進行深度域走廊剖面切除并疊加，替代常規方法中在時間域拉平、切除走廊并疊加的方法，疊加的結果能直接用于與鉆井分層數據對比和地震層位識別。
2.一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于采用如下步驟1)觀測采集地震波，利用反演算法計算觀測的地震波初至旅行時地層速度；2)對原始數據進行波場分離，將所需的地震反射波分離出來；3)利用下行波或監視子波中提取反褶積算子對反射波數據進行反褶積；4)根據3)處理得到的地震反射波數據，1)得到的深度域地層速度模型以及實際的觀測系統數據，在深度域成像。
3.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟2)處理得到的為地震縱(P)波或橫(S)反射波數據。
4.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)的深度域成像是利用射線追蹤算法和速度模型計算實際觀測系統中的地震波傳播旅行時，利用計算的旅行時以及所述步驟3)得到對應的地震波信號進行深度歸位成像。
5.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)實際觀測系統是野外測量過程是由地面激發、井下接收，對于縱波反射波數據，由縱波源激發獲得；對于橫波反射波數據，由橫波源激發獲得。
6.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)深度域成像采用公知的成像算法VSPCDP轉換算法。
7.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)深度域成像的成像網格大小應以不產生空間假頻為條件。
8.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)深度域成像是沿深度對成像數據進行走廊切除。
9.根據權利要求8所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述的走廊切除是在每一個深度樣點保留5-10道左右有效數據，同時要求井旁道成像道的范圍要小于10米，成像道的數據信噪比高和無多次波。
10.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)深度域成像對切除后的數據采用常規的多道數據求和方法在深度域進行疊加求和，得到疊加道。
11.根據權利要求1、2所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于所述步驟4)深度域成像根據炮點高程和已知的補芯高采用常規的靜校正方法將處理結果校正到補芯高程。
12.根據權利要求1所述的一種零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，其特征在于步驟1)反演算法采用線性反演算法或非線性反演算法。
全文摘要
用于石油物探的零井源距垂直地震剖面縱橫波數據深度域走廊疊加剖面處理方法，利用現場采集的零井源距VSP數據，將各個接收點含有的深度信息與鉆井分層資料中的深度信息結合，利用VSP的直達波旅行時數據通過和最優化反演算法得到高精度的層速度模型，使直達波初至附近的反射波在深度上精確歸位并成像，進而進行深度域走廊剖面切除并疊加，替代常規方法中在時間域拉平、切除走廊并疊加的方法，疊加的結果能直接用于與鉆井分層數據對比和地震層位識別。更直觀、更充分利用了VSP數據中的深度信息，能使地質層位的地震響應與鉆、測井資料在深度域進行直接對比，建立更為直觀的地質層位和地震層位的關系，進而使層位的識別與標定更為可靠。
文檔編號G01V1/28GK101071175SQ20061007874
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月11日 優先權日2006年5月11日
發明者嚴又生 申請人:中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司