用平均入射角道集進行pp波與ps波聯合avo反演裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地震勘探技術領域，尤其涉及一種用平均入射角道集進行PP波與PS波 聯合AV0反演裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著我國油氣田勘探開發的不斷深入，構造油氣藏越來越少，致密油、頁巖氣、煤 層氣等非常規油氣資源已經成為勘探的重要方向。在這過程中，地震勘探的技術手段也在 不斷的發展，以應對日益復雜的油氣勘探問題。在諸多地震勘探新技術中，多分量地震技術 在解決復雜儲層的勘探問題上表現出明顯的優勢。大量的理論研究表明：利用多分量地震 得到的PP波與PS波進行聯合AV0反演可以提供可靠的縱、橫波速度以及密度信息，并派生出 更多的反映地層巖性與含流體性的屬性參數，這在很大程度上降低了地震解釋的多解性， 為復雜油氣藏的預測提供了新的思路。
[0003] 多波AV0反演的基礎是通過Zoeppritz方程求解地震反射系數，但該方程的形式比 較復雜，沒有給出反射系數與地層彈性參數之間的"顯式"關系。所以國內外研究AV0反演的 一個重要方面是對Zoeppritz方程進行近似，以獲得反射系數與地層彈性參數之間的線性 關系。這其中，最常用的近似公式是Aki-Richards近似公式，其是在地層界面兩側的彈性參 數為弱反差的假設基礎上建立的，可用來從反射系數直接反推單界面兩側縱、橫波速度以 及密度變化量。該理論在縱波上首先得到突破，并在實際勘探中得到充分應用。
[0004] 雖然，PP波與PS波聯合AV0反演在理論上具有明顯的先進性，但是在實際應用時見 效并不明顯。原因主要存在于以下兩個方面：（1)首先是PS波入射角道集的信噪比較差，降 低了聯合反演的可靠性。AV0反演需要獲得高質量疊前道集作為保障，但現在處理水平尚難 以保證PS波的AVA道集具有較寬的入射角范圍，也不能保證每個入射角的覆蓋次數均勻、信 噪比較高。（2)另一個原因是反演中用到的反射系數近似公式都是建立在弱反差的假設前 提下，無法適用于強反差的地層界面。很多儲集層，如含煤地層、非固結砂巖地層、火成巖與 頁巖地層等，其彈性參數與圍巖的差異較大，導致基于Aki-Richards反射系數近似公式的 AV0反演方法出現較大的誤差。
【發明內容】
[0005] 本發明的主要目的在于提供一種用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合AV0反演 裝置，以克服習知反演方法出現較大的誤差的問題。
[0006] 為解決上述問題，本發明實施例提供的用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合 AV0反演裝置，包括第一計算模塊、壓縮模塊、選取模塊、疊加及提取模塊、第二計算模塊，其 中，所述第一計算模塊計算PS波壓縮至PP波時間域的壓縮系數;所述壓縮模塊，連接所述第 一計算模塊，以將所述壓縮系數應用至PS波AVA道集上得到PP波時間域的PS波AVA道集;所 述選取模塊連接所述壓縮膜塊，以將PP波與壓縮后的PS波AVA道集分選成第一入射角范圍 和第二入射角范圍的AVA道集;所述疊加及提取模塊連接所述選取模塊，以將PP波與PS波的 第一、第二入射角范圍的AVA道集各自加權疊加，形成平均入射角道集，并在同一時窗內分 別提取PP波與PS波的地震子波，所述第二計算模塊連接所述疊加及提取模塊，以將測井得 到的P波速度、S波速度與密度外推成初始模型，以計算PP波與PS波的反射系數，并與所述地 震子波合成平均入射角道集。
[0007] 本發明所使用的輸入數據是平均入射角道集，且利用一個統一的目標函數，將PP 波與PS波的正演道集與實際數據平均入射角道集之間的殘差結合在一起，以計算精確的PP 波與PS波反射系數，進行縱波速度、橫波速度以及密度的同時最小二乘反演，使得本發明所 獲得的參數較為精確。
【附圖說明】
[0008] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中： [000 9]圖la與圖lb分別為通過Zoeppritz方程計算的PP波反射系數及PS波反射系數的 AV0曲線；
[0010] 圖2是根據本發明實施例的用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合AV0反演裝置 的方塊圖；
[0011] 圖3是根據本發明實施例的用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合AV0反演裝置 的另一方塊圖；
[0012] 圖4是根據本發明實施例的用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合AV0反演方法 的流程圖；
[0013] 圖5是根據本發明實施例的用平均入射角道集進行PP波與PS波聯合AV0反演方法 的另一流程圖；
[0014] 圖6a、圖6。分別是PP波與PS波的AVA道集的波形圖；
[0015] 圖6b、圖6d分別由5度與20度入射角組成的PP波與PS波道集的波形圖；
[0016]圖7a、圖7b、圖7(3分別為PP波與PS波的5度與20度角道集用本發明的反演裝置及方 法反演得到的結果的示意圖；
[0017]圖8a、圖8b、圖8c分別是基于近似反射系數的反演結果；
[0018]圖9a、圖9c分別是加入20%的隨機噪音后的PP波與PS波道集的波形圖；
[0019]圖％、圖9d分別由5度與20度入射角組成且加入20%的隨機噪音后的的PP波與PS 波道集的波形圖；
[0020] 圖10a、圖10b、圖10c分別為在加入20 %的隨機噪音下PP波與PS波的5度與20度角 道集用本發明的反演裝置及方法反演得到的結果的示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發明的主要思想在于，基于所使用的輸入數據是平均入射角道集，且利用一個 統一的目標函數，將PP波與PS波的正演道集與實際數據平均入射角道集之間的殘差結合在 一起，以計算精確的PP波與PS波反射系數，進行縱波速度、橫波速度以及密度的同時最小二 乘反演，且進一步在反演過程中，通過多次迭代修改初始模型，使得目標函數達到最小，進 而使得本發明所獲得的參數較為精確。
[0022] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本 發明作進一步地詳細說明。
[0023] 首先，在各向同性介質中，當一個平面縱波傾斜入射到兩種介質分界面時，會產生 四種波，即反射縱波、反射橫波、透射縱波和透射橫波，且滿足斯涅爾定律(Snell's Law)， 如公式(1.1)所示：
[0024]
(11)
[0025]其中，P為射線參數;Vpi和Vsi分別為上層介質縱、橫波速度;VP2和VS2分別為下層介 質的縱、橫波速度;PjPP2分別為上、下層介質的密度;<^Ρα2為縱波入射角(反射角)和透射 角;β?和β2為橫波反射角和透射角。
[0026]令縱波反射系數為Rpp、轉換橫波反射系數為Rps、縱波透射系數為Τρρ和轉換橫波透 射為TPS，可以得出四個波的位移振幅應當滿足的策普里茲（Zoeppritz)方程組，如公式 (1.2)所示：
[0027]
[0028] 基于公式（1.2)，給出界面兩側介質的彈性參數，可以通過線性方程組的數值解法 計算PP波與PS波精確的反射系數。
[0029]為了驗證通過PP波與PS波AV0曲線上的一個小入射角和一個大入射角的反射系數 組合在一起是否可以反推地層的巖性與含油氣性，建立了三種等效地層模型，模型參數如 表1所示，通過公式（1.2)計算精確的AV0曲線顯示在圖la與圖lb中。取5度小入射角與20度 大入射角，在圖la與圖lb中分別拾取了PP波與PS波反射系數曲線上的對應點，如圖la與圖 lb中虛線所示，并將"兩點"進行了直線連接，可以看出：單獨用PP波的"兩點"反射系數連線 (圖la中的虛線)無法區分地層的組合模式，尤其是頁巖/水飽和砂巖界面與頁巖/氣飽和砂 巖界面的"兩點"反射系數連線非常接近，無法區分；只有灰巖/氣飽和砂巖界面的PP波"兩 點"反射系數連線與其它兩條連線的差異較大。所以單獨利用PP波兩個角度的平均入射角 道集無法保證AV0反演的可靠性。
[0030] 將圖lb與圖la進行對比，可以看出：單獨PS波的"兩點"反射系數連線（圖lb中的虛 線）難以區分頁巖/氣飽和砂巖界面與灰巖/氣飽和砂巖界面，但頁巖/水飽和界面的PS波 "兩點"反射系數連線表現出與其它兩條連線差異較大。所以單獨利用PS波兩個角度的平均 入射角道集也無法反演地層含油氣性的真實情況。但是，如果將PP波與PS波"兩點"反射系 數連線組合在一起，相當于形成四個角度的入射角道集，則可以把三種界面類型完全區分 開。該結論也為PP波與PS波的平均入射角道集的聯合反演提供了理論依據。
[0031] 平均入射角道集相當于把PP波與PS波的AVA道集的角度各自限制成兩個角度。其 中，較小的平均入射角地震道是由AVA道集中的小入射角范圍的地震數據通過加權疊加來 獲得；同樣，較大的平均入射角地震道是通過相對較大的入射角范圍的地震數據進行加權 疊加來獲得。平均入射角的多波局部疊加數據可以用來反演彈性參數。為了使得平均入射 角地震道的振幅能夠逼近該角度的真實地震振幅，疊前的數據處理要盡量采用保幅算法。 平均入射角的選擇要根據多分量地震數據采集的實