利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法。所述方法通过对三分量检波器的两个水平分量R、T进行角度扇区划分，并且选取一组相互正交的R分量扇区和T分量扇区，利用横波的偏振特性和矢量合成理论，寻找到一个敏感参数的变化特征，对地下裂缝进行预测。根据本发明，能够有效地预测地下裂缝，并且，极大地减少叠前时间偏移的计算量，提高了预测效率；另外，本发明的方法同时适用于三维地震数据和二维地震数据的处理，突破了传统方法对3D数据的限制，对2D数据具有适用性。
【专利说明】利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地球物理勘探【技术领域】，更具体地讲，涉及一种利用反射转换横波的偏振特性进行地下裂缝预测的方法。
【背景技术】
[0002]地层中普遍存在裂缝，裂缝的分布影响地层中油气水等流体运移路径。因此裂缝预测是目前油气勘探的重点之一。目前裂缝预测的方法较多，多波地震勘探是其中方法之一。多波地震勘探最主要的研究内容之一就是通过转换横波对地下的裂缝进行预测，其主要的理论基础在于:常规爆炸震源激发的纵波以非零入射角入射到反射界面时，产生反射纵波、反射转换横波、透射纵波、透射转换横波。根据横波分裂理论，当横波在传播过程中，遇到垂直裂缝介质，若其偏振方向与裂缝方向存在锐角夹角时，会发生分裂现象，分裂为两个偏振方向近乎正交的横波，一个波的偏振方向与裂隙走向平行，称为快横波(SI);另一个波的偏振方向与裂隙垂直，速度较慢，称为慢横波(S2)。研究SI和S2的偏振特性、时差以及振幅差等，即可对裂隙特性进行定性或定量估计。由SI的偏振方向可推知裂隙走向，由SI和S2的时差可推知裂隙密度，时差越大，裂隙密度越高。
[0003]现有的转换横波裂缝预测方法主要是基于3D方位各向异性特性，需要利用360°全方位信息，其方法名称较多，例如，方位各向异性法、能量比值法、横波分裂及校正法等等，但通常都包括如下步骤:
[0004]步骤一:将3D数据按照某种特定的角度间隔(等间隔或不等间隔)，将R、T两个分量数据分别划分为成N个角度扇区的数据；例如，按照等间隔15°划分，就要将R、T分量数据分别划分为24个扇区，得到总共48个扇区数据。
[0005]步骤二:将步骤一所得到的所有的数据分别进行叠前时间偏移，并叠加；
[0006]步骤三:将步骤二所得到的所有叠加数据体按照角度进行排列，计算不同角度扇区数据中，相同层位的反射波时差，计算裂缝方位角度，分析该层的反射时间随方位角变化的规律，从而完成对裂缝进行预测和时差校正。其过程通常包括如下步骤:
[0007](I)、对每一个面元，在给定的时窗范围内，计算各个扇区的R、T数据的能量比值；
[0008](2)、求取能量比值最大的扇区，该扇区所对应的角度即为裂缝方向。因为在平行于裂缝方向上，R分量上能量最大，而T分量几乎没有能量；
[0009](3)、求取到裂缝方向之后，将所有的R、T分量通过角度旋转公式旋转到裂缝方向和垂直裂缝方向，及完成了快(SI)、慢(S2)横波分离；
[0010](4)、在分离得到的快(SI)、慢(S2)横波波场中，对目的层进行互相关计算，得到两者的时间差。时间差的大小代表裂缝发育的程度；
[0011](5)、在慢(S2)横波的基础上消除由第4步计算得到的时差；
[0012](6)、将校正后的快(SI)、慢(S2)横波波场通过角度旋转公式反旋转到R、T分量，即完成横波分裂校正；
[0013](7)、计算结束以后，采用彩色等方式来显示计算的时差、裂缝方向等结果并可以输出属性文件。
[0014]现有的转换横波裂缝预测方法具有可实现性，但是只适用于3D数据，并不能适用2D数据。但是在实际勘探开发前期，可能会采用2D的采集方式。所以，现有方法在适用范围存在局限性。
[0015]现有的方法中同时需要对分选出每一个扇区数据进行叠前时间偏移，工作量巨大，所耗机时巨大，不能够满足实际生产对效率的需求。具体地讲，需要对转换横波R、T两个分量数据按照一定的角度间隔，分别划分成N个扇区。因此，就需要完成2N次叠前时间偏移，尤其对目前上亿道采集的多波地震数据来说，耗用机时巨大。
【发明内容】
[0016]针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够突破现有方法的局限性，同时适用于3D数据和2D数据，且缩短耗用机时，提高预测效率的地下裂缝预测方法。
[0017]为了实现上述目的，本发明提供了一种利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法，所述方法包括以下步骤:A、将三维多波地震勘探得到的地震数据(即3D数据)中的反射转换横波的径向分量(R)和切向分量(T)数据分别按照预定的方位角度间隔划分为多个方位角度扇区，并选取一组相互正交的径向分量方位角度扇区和切向分量角度方位角度扇区；或者直接读取二维多波地震勘探得到的地震数据(即2D数据)；B、对所述选取的相互正交的径向分量方位角度扇区和切向分量角度方位角度扇区的地震数据或者所述二维多波地震勘探得到的地震数据进行相同参数的叠前时间偏移并叠加，形成径向分量叠加数据体和切向分量叠加数据体；C、对所述径向分量叠加数据体和切向分量叠加数据体相对应的每一个样点值进行不同扫描角度的矢量合成与分解，形成一系列的快横波波场和慢横波波场；D、分别对所述快横波波场或者慢横波波场的每一个共深度采集点(即CDP点)按照扫描角度进行排列，形成方位角度道集；E、对每一个共深度采集点的方位角度道集中的每一道设定目的层时窗，并统计寻找所述时窗内的振幅值的极值，所述极值所对应的方位角度为所述共深度采集点的裂纹方向。F、对所述共深度采集点的裂纹方向所对应的快横波波场和慢横波波场的目的层时窗内的数据进行互相关计算，得到快横波和慢横波之间的时差，所述时差越大，所述共深度采集点的裂缝发育程度越强。
[0018]在所述步骤C中，可通过下面的等式I进行矢量合成与分解:
"ST) ( cos a- sina； V R\ ^ ,
_] UJ=U-,.cos?JW 等式1
[0020]在等式I中，a i为矢量分解与合成的角度和径向方向的夹角，Sli表示矢量分解与合成得到的一系列快横波，S2i表示矢量分解与合成得到的一系列慢横波，i表示方位角度扇区的序号，其为从I开始递增的正整数；R表示径向分量；T表示切向分量，在转换波地震勘探中，采用数字三分量检波器接受到的地震信号，径向分量指的是沿着炮点与检波点连线方向的分量，切向分量指的是垂直于炮点和检波点连线方向的分量，径向分量和切向分量均是水平分量并且其满足“右手”定则。利用等式1，在程序编写上以循环增量的方式实现角度扫描，即在程序编写方面，对i进行定义，例如i = I?12，增量为I。以下关于参数1、S1、S2、R、T等含义与此处定义相同，不再赘述。
[0021]优选地，对径向分量R叠加数据体和切向分量T叠加数据体相对应的每一个样点值在半圆周的范围内进行矢量合成与分解。
[0022]在步骤F中，可采用下面的等式2进行互相关计算:
[0023]/ (/ ) 二 f (51(./)52(./+ 々))等式 2
J=L
[0024]在等式2中，f为互相关值，f取最大值时对应的k值乘以采样间隔即为快慢横波之间的时延τ (即时差)，L和M分别为分析时窗起始和终了采样点序号。
[0025]在以上步骤中，方位角度扇区的选择包括大小和方位，大小是指划分的角度间隔，方位是以正北方向为零度，顺时针旋转为标准，所选扇区的方位角度值一般为所选扇区大小的中间值，并由该扇区的起始角度和大小决定。对整个波场进行不同扫描角度的矢量合成与分解，其本质是对每一个时间采样点的值进行旋转。这样对于任何一个时间采样点都会生成一系列的矢量分解与合成结果。并且，为了快速得到裂缝预测结果，可以针对某一层进行处理，生成一个裂缝预测平面图。进一步地，在上述示例性实施例中，还可以得到目的层的裂缝发育程度平面展示图，并以不同色标进行显示。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果包括:本发明方法采用了反射转换横波的偏振特性，更加符合理论特性，只需要分别从R、T分量数据N个扇区中的各自任意一个扇区，并且所选的R分量扇区和T分量扇区这两个扇区正交即可，耗用机时缩短为以前的1/Ν;另夕卜，由于本发明只采用了一组正交扇区的数据，因此突破了传统方法对3D数据的限制，对2D数据具有适用性。因此，该方法很大程度地拓展了转换横波裂缝预测的适用范围，同时极大程度地提高了生产效率，简单、快捷、有效。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中:
[0028]图1是本发明示例性实施例的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法。在本发明中，反射转换横波是指常规爆炸震源激发的纵波以非零入射角入射到反射界面时产生反射转换横波，在本发明中又简称为转换横波或横波。
[0030]当横波穿过垂直裂缝介质时，若其偏振方向与裂缝方向存在锐角夹角时，会发生分裂现象。分裂形成的快慢横波的能量必然以矢量合成分解的方式投影在地面布设的三分量检波器的两个水平分量上，进而被记录下来。因此，得到的水平分量记录必然包含有裂缝信息。该裂缝信息可以通过一种倒推的矢量合成与分解的方法进行获取。本发明就是利用这种横波分裂的偏振特性和矢量合成理论，寻找到一个敏感参数的变化特征，对地下裂缝进行预测。
[0031]根据本发明:首先，根据实际地震资料的品质，确定需要的利用的任意一组角度扇区的方位和大小，并通过处理软件(例如，Omega, geovat1n),利用R、T分量每个地震道中记录方位角值的道头字，分选出需要的角度范围内的地震数据，并进行叠前时间偏移处理和叠加，这里，所选角度扇区的R、T分量的角度关系应为正交关系。然后，对偏移叠加得到的R、T两个分量数据的相对应的每一个样点值，进行不同扫描角度的矢量合成与分解，形成一系列的不同角度的矢量分解与合成波场，即形成一系列的快横波波场Sli和慢横波波场S2it)接着，分别对任意分量波场(Sli或者S2J的每一个⑶P点按照⑶P为主关键字，扫描角度为次关键字进行排列形成方位角度道集。并对每一个CDP点的方位角度道集的每一道设定目的层时窗，在该时窗内统计振幅值，寻找极值，该极值所对应的方向即为该CDP点对应的裂缝方向α。该裂缝方向α所对应的SI和S2即为真正的快慢横波；最后，对真正的SI和S2的目的层时窗范围内的数据做互相关计算，得到两者的时差，即得到该CDP点裂缝发育程度。如此循环完成所有CDP点的计算，最后显示输出。
[0032]图1是本发明示例性实施例利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法的流程图。以下，参照图1来详细描述根据本发明示例性实施例的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法。
[0033]参照图1的左列流程，由于3D多波勘探中，每一个地震道的都有一个道头字记录方位角值，因此可以设定该道头字的值的范围将所需要的数据分选出来。分选数据需要确定划分角度扇区的起始角度、大小和方位。这些参数可以根据需要而定，如何划分的参考标准在于分扇区之后的数据的覆盖次数的大小和成像质量。例如，以0°为起始角度，30°为间隔角度，那么所选角度扇区的大小是0°?30°，其方位值(即方位角度值)为所选角度扇区角度大小的平均值15°，其方位角度扇区的序号i为I。依次类推:30°?60°、
60°?90°......，方位角为:45°、75°......，序号i为2、3........当然，也可以
10°为起始角度，15°为间隔角度，那么所选角度扇区的大小是10°?25。，其方位值为角度大小的平均值17.5°，等等。以上，将一个扇区的角度范围的平均值看作该扇区的方位角度值，但本发明不限于此，还可以采用其他方式代表该扇区的方位角度值，例如，选取起始角度。
[0034]在步骤SlOl中，任意选择一组相互正交的R、T方位角度扇区的数据为后续的处理做准备。由于R、T分量是垂直关系，所以所选的两者的方位角也必须是正交的。例如，所选的R分量扇区的方位角是15°，那么所选的与之对应的T分量扇区的方位角就是105°。
[0035]在步骤S102中，对分选出的R、T数据分别进行相同参数的叠前时间偏移并叠加，形成两个叠加数据体，并在某个道头字中记录二者的方位角值。这两个叠加数据体的方位角也是垂直正交的。
[0036]在步骤S103，对径向分量叠加数据体和切向分量叠加数据体相对应的每一个样点值进行不同扫描角度的矢量合成与分解，形成一系列的快横波波场和慢横波波场，其中，可通过下面的等式I进行矢量合成与分解:
(51.) ( COSCfi sina；VR~]
[0037]? =.ML 等式 I
[^Sli J Iv-SinCosa1-Arj、
[0038]在等式I中，a i为矢量分解与合成的角度和径向方向的夹角，Sli表示矢量分解与合成得到的一系列快横波，S2i表示矢量分解与合成得到的一系列慢横波，i表示方位角度扇区的序号，其为从I开始递增的正整数；R表示径向分量汀表示切向分量。
[0039]由于一个圆周360°是对称的，所以0°~180°和180°~360°只是相差一个常数相位180°，所以对二者(分选出的R、T数据)只需进行0°~180°的矢量分解与合成即可，当然，本发明不限于此，还可以进行其他半圆周范围的矢量分解与合成，例如15°~195°。至于不同角度的矢量分解与合成可以是等间隔的，也可以是不等间隔的。起始角度可以是任意度数，一般是以0°为起始角度，等间隔扫描，例如间隔15°，那么一系列的角度为0°、15°、30°、45°......依次类推。矢量分解与合成完成后形成一系列的所谓伪快慢横波波场:{(SI (α =0。)，S2(a = O。))、(Sl(a =15。)，S2 ( a =15。))、
(SI (a =30。)，S2(a =30。))、(Sl(a =45。)，S2 ( a =45。))、......、Sl(a =
180。)，S2(a = 180。)}。
[0040]在步骤S104中，分别对任意分量波场(Sli或者S2J的每一个⑶P点按照⑶P为主关键字，扫描角度为次关键字进行排列形成方位角度道集。
[0041]在步骤S105中，对每一个⑶P点的方位角度道集的每一道设定目的层时窗，并在该时窗内统计振幅值，寻找极值(极大值或极小值)，通过该极值所对应的方向即找到该CDP点对应的裂缝方向a。例如，如果极值所对应的角度是30°，则裂缝方向即为30°，那么扫描波场中的(SI (a = 30° )，S2(a=30° ))为真正的快慢横波波场。
[0042]在步骤S106中，对(Sl(a = 30° )，S2(a=30° ))中目的层时窗范围内的数据做互相关计算，得到两者时差，即得到该CDP点裂缝发育程度，时差越大，代表裂缝越发育，即发育程度越强。
[0043]可以看出，该方法改变了耗用大量机时的传统思路。例如，在偏移方面，如果以15°等间隔将一个圆周划分为24个，那么R、T两个分量数据就有48个扇区，现有的技术方法就需要偏移48次。然而本发明方法只需要R、T分量数据48个扇区中的任意一组正交的扇区即可，这样偏移耗用机时缩短为以前的2/48，可以极大地减少叠前时间偏移的计算量，提高了预测效率。
[0044]另外，本发明在计算快慢横波的时差时采用了给定时窗的方式。具体地讲，在已给定的用于统计振幅大小的目的层时窗范围内，可以等式2来计算互相关值，从而进一步提高了预测效率，可以快速得到预测结果。
【权利要求】
1.一种利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: A、将三维多波地震勘探得到的地震数据中的反射转换横波的径向分量数据和切向分量数据分别按照预定的方位角度间隔划分为N个方位角度扇区，并选取一组相互正交的径向分量方位角度扇区和切向分量角度方位角度扇区； 或者直接读取二维多波地震勘探得到的地震数据； B、对所述选取的相互正交的径向分量方位角度扇区和切向分量角度方位角度扇区的地震数据或者所述二维多波地震勘探得到的地震数据进行相同参数的叠前时间偏移并叠力口，形成径向分量叠加数据体和切向分量叠加数据体； C、对所述径向分量叠加数据体和切向分量叠加数据体相对应的每一个样点值进行不同扫描角度的矢量合成与分解，形成一系列的快横波波场和慢横波波场； D、分别对所述快横波波场或者慢横波波场的每一个共深度采集点按照扫描角度进行排列，形成方位角度道集； E、对每一个共深度采集点的方位角度道集中的每一道设定目的层时窗，并统计寻找所述时窗内的振幅值的极值，所述极值所对应的方位角度为所述共深度采集点的裂纹方向； F、对所述共深度采集点的裂纹方向所对应的快横波波场和慢横波波场的目的层时窗内的数据进行互相关计算，得到快横波和慢横波之间的时差，所述时差越大，所述共深度采集点的裂缝发育程度越强。
2.根据权利要求1所述的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法，其特征在于，所述步骤C通过下面的等式I进行矢量合成与分解:
'51,.( Cosai sina,YR\ ^ ,、 v52,J =cosaJtrj 寸式1 在等式I中，a i为矢量分解与合成的角度和径向方向的夹角，Sli表示矢量分解与合成得到的一系列快横波，S2j表不矢量分解与合成得到的一系列慢横波，i表不方位角度扇区的序号，R表不径向分量，T表不切向分量。
3.根据权利要求1所述的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法，其特征在于，所述步骤F采用下面的等式2进行互相关计算: f(k) ^(SKj)Slij+ k))等式 2
j 二L 在等式2中，f为互相关值，f取最大值时对应的k值乘以采样间隔为所述快横波和慢横波之间的时差，L和M分别为分析时窗起始和终了采样点序号。
4.根据权利要求1所述的利用反射转换横波的偏振特性预测地下裂缝的方法，其特征在于，所述步骤C对径向分量R叠加数据体和切向分量T叠加数据体相对应的每一个样点值在半圆周的范围内进行矢量合成与分解。
【文档编号】G01V1/28GK104199098SQ201410477878
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】王栋, 李亚林, 巫芙蓉, 李忠, 杨海涛, 赵尧, 蔡谦, 王鸿燕, 王静, 谢万学, 符志国 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司