多波合成记录标定方法
【专利摘要】本发明提供一种多波合成记录标定方法，该多波合成记录标定方法包括：步骤1，进行多分量射线追踪地震波场模拟，分析多波波场响应特征及纵横波差异性；步骤2，没有全波列测井资料的井进行横波速度估算，为转换波合成记录制作提供横波曲线资料；步骤3，进行转换波反射系数计算，多波地震子波的提取与褶积；步骤4，进行多波合成记录综合标定。该多波合成记录标定方法明确了不同类型多波合成记录对油气的指示意义，对多波多分量地震资料综合解释具有重要作用，对多波地震采集区块的针对性和油气检测也有一定的指导作用。
【专利说明】
多波合成记录标定方法
技术领域
[0001] 本发明设及油田开发技术领域，特别是设及到一种多波合成记录标定方法。
【背景技术】
[0002] 多波地震勘探是二十世纪八十年代发展起来的一种新的地震勘探方法，它是随着 =分量检波器的出现而出现的。早期要侧重于理论研究和建立基本的处理框架。随着海底 电缆研制成功，转换波地震勘探方法研究的深入，转换波地震技术有了新的进展，推动了国 外海上多分量勘探的热潮，特别是在北海和墨西哥湾。而在陆上，静校正和面波干扰问题比 海上严重得多，尽管如此，人们仍然致力于多分量地震勘探的研究。多波多分量地震波场满 足空间维）弹性波传播规律，其全波场弹性波激发和接收的地震勘探最能全面反映地 下介质弹性和地层岩性信息，用多波多分量地震资料研究运些隐蔽性的勘探目标，是一种 良好的方法。其中，多分量转换波地震技术既具有纵波勘探深度大、资料采集相对容易和投 资少的特点，又能反映地下介质的横波速度变化。多分量转换波地震的运一特点，使岩性勘 探和油气的直接识别成为可能。同时由于多分量的数据采集，在记录两个水平分量地震数 据的前提下，可W利用横波分裂产生的快慢横波时差反映裂缝发育的主方向和发育密度， 使得裂缝裂隙型油气藏的勘探开发成为可能。如今多分量转换波地震技术W及与运一技术 紧密相连的各向异性理论方法研究已成为国内外地震勘探领域的研究热点之一。
[0003] 近年来，在油气勘探业界需求刺激下，多波地震综合解释技术近年来发展较快，运 种地震技术采用纵波震源激发，在地面=分量检波器接收，同时获得纵波和转换波资料。利 用多分量地震资料信息量丰富的特点可W提高成像精度、开展各向异性与裂缝识别、提取 更多的物性特征参数（如纵横波振幅差异、纵横波速度比、各类弹性参数等），从而精细预 测储集层岩性，甚至直接识别油气藏。与纵波地震资料相比，由于多分量资料的矢量特征、 各向异性和转换波传播路径非对称性，反映同一地下地质界面的反射同相轴时间不一致， 因此成熟的常规纵波处理及解释技术无法直接应用到多波多分量地震资料中来，像转换波 静校正、偏移、多波层位对比标定等诸多难题仍成为多波多分量地震技术发展的瓶颈。
[0004] 层位对比标定是地震资料解释中多波资料与地质结合的一个重要环节，是多波地 震资料解释和应用中最关键、最基础的工作。制作转换波人工合成记录是层位对比标定的 关键，纵波反射系数与波阻抗之间存在递推关系，因此，依靠權积模型，其正、反演问题都比 较容易解决。而对于转换波来说，由于反射点不在（位于同一水平面的）震源和接收点之 间的中点上，并且通常是在大炮检距范围内接收，因而转换波反射系数不像纵波那样满足 递推关系，运就导致难度加大，而且目前没有很完整的转换波地震合成记录标定方法。目 前，随着勘探难度的不断加大，新技术的研究和应用成为必然，因此研究并形成一套完整的 转换波地震合成记录标定技术对多波地震资料的解释应用来说非常必要。为此我们发明了 一种新的多波合成记录标定方法，解决了 W上技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种通过对多波地震波场模拟、横波曲线估算、转换波反射 系数计算、转换波地震合成记录制作等关键技术环节的研究分析，形成了整套的多波合成 记录制作及对比分析方法。
[0006] 本发明的目的可通过如下技术措施来实现：多波合成记录标定方法，转换波反射 系数序列与子波的權积，该多波合成记录标定方法包括：步骤1，进行多分量射线追踪地震 波场模拟，分析多波波场响应特征及纵横波差异性；步骤2,没有全波列测井资料的井进行 横波速度估算，为转换波合成记录制作提供横波曲线资料；步骤3,进行转换波反射系数计 算，多波地震子波的提取与權积；步骤4,进行多波合成记录综合标定。
[0007] 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0008] 在步骤1中，通过射线追踪法对计算射线或波场到达某一检波点的旅行路径与旅 行时，从而对单界面、双界面、多界面、模形岩性体、带断层的双界面、含气砂水砂运多个模 型进行纵波、转换波波场特征模拟，从而研究分析多波波场响应特征及纵横波差异性。
[0009] 在步骤1中，首先对传播空间进行网格剖分，建立一个二维或=维的网格结构，使 得每个小方格具有各不相同的速度值；然后从已知震源出发，用射线方程计算出射线或波 场到达某一检波点的旅行路径与旅行时。
[0010] 在步骤1中，在计算射线或波场到达某一检波点的旅行路径与旅行时的过程中， 从模型网格边界上的某一震源点起，选定一个初始发射角，令射线沿此方向前进，当遇到网 格间的边界时，根据Snell定律计算透过射线的出射角，然后令射线沿新的方向前进，直至 射线到达检波点所在的边界为止，将运个终点与约束条件一一检波点位置作一比较，若试 射存在误差，根据误差情况调整发射角之后，重复上述步骤，直至射线的终点与检波点的位 置之间的误差符合规定的要求为止，一旦满足上述要求，即可根据射线路径计算旅行时和 射线长度。
[0011] 在步骤2中，对于研究区有实测横波的井，利用多种经验公式进行估算对比，优选 出最相近的经验公式，应用于研究区其他没有横波资料的井；对于研究区没有实测横波但 是有转换波地震资料，通过计算不同预测方法的转换波合成记录与实际转换波剖面进行对 比，通过目标层段相关时窗对比分析，优选出最适合的横波预测方法进行其余井的横波预 测。
[0012] 在步骤3中，建立Ostrander气砂模型，通过分析模型中AB、BC界面不同反射系数 近似公式的计算精度，明确各方程近似转换波反射系数优缺点，优选Aki-richards公式， 进行公式简化，完成转换波反射系数的计算。
[0013] 在步骤4中，采用等效层的思路求取纵波入射角，通过转换波反射系数计算公式， 计算出不同炮检距X的转换波反射系数序列道集，然后对运些转换波反射系数序列道集相 加求和，得到与实际叠加道相同的转换波反射系数序列，再与选定的地震子波權积，即可得 到转换波人工合成地震记录。
[0014] 在步骤4中，采用等效层的思路求取P波入射角0，即采用平均速度Va和炮检距 X表示的任意第j个反射界面的入射角0可W写为
[0015]
[0016] 其中，化是纵波速度，t。是纵波传播单程旅行时。运里的0角，对应第j个反射界 面，即转换波反射系数近似公式中的0角，利用转换波反射系数近似式，计算出在炮检距X 固定的条件下的转换波反射系数序列。
[0017] 本发明中的多波合成记录标定方法，开发了利用射线追踪模拟法对多波多分量地 震波场进行分析研究，明确不同正演模型下的纵波、转换波波场响应特征；创新性的提出了 两种情况下横波估算的策略和方法，通过计算不同预测方法的转换波合成记录与实际转换 波剖面对比，优选出最适合的横波预测方法；在高精度的横波曲线估算方法研究的基础上， 通过建立Ostrander气砂模型，采用Ostrander气砂模型对众多反射系数计算方法开展了 模型试算，对比分析模型中各个近似公式的精度和稳定性，研究分析各近似方程转换波反 射系数优缺点后，优选近似公式，并编写相应计算程序，完成转换波反射系数的计算；采取 等效层的思路求取入射角，计算出不同炮检距的转换波反射系数序列道集，并对运些道集 相加求和，得到与实际叠加道相同的转换波反射系数序列，再与选定的地震子波權积，完成 转换波合成地震记录的制作。该方法转换波波场响应特征与常规纵波不同；反射系数不像 常规纵波的反射系数那样与波阻抗之间存在递推关系。不仅能够进行转换波合成记录精细 标定，而且通过进一步研究纵波和转换波在合成记录上反射特征的差异，结合多波波场响 应特征，明确了不同类型多波合成记录对油气的指示意义。该方法的研究对多波多分量地 震资料综合解释具有重要作用，对多波地震采集区块的针对性和油气检测也有一定的指导 作用。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的多波合成记录标定方法的一具体实施例的流程图；
[0019] 图2为本发明的一具体实施例中多界面厚模形岩性体速度模型图；
[0020] 图3为本发明的一具体实施例中多界面厚模形岩性体纵波反射图；
[0021] 图4为本发明的一具体实施例中多界面厚模形岩性体转换波反射图；
[0022] 图5为本发明的一具体实施例中Ostrander含气砂岩模型图；
[0023] 图6为本发明的一具体实施例中Ostrander含气砂岩AB界面转换波反射系数图；
[0024] 图7为本发明的一具体实施例中Ostrander含气砂岩BC界面转换波反射系数图； [00巧]图8为本发明的一具体实施例中星71-检41井纵波合成记录标定图；
[0026] 图9为本发明的一具体实施例中星71-检41井转换波合成记录标定图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0028] 如图1所示，图1为本发明的多波合成记录标定方法的一具体实施例的流程图。
[0029] 在步骤101，进行多分量射线追踪地震波场模拟。通过射线追踪法对计算射线或波 场到达某一检波点的旅行路径与旅行时，从而对单界面、双界面、多界面、模形岩性体（如 图2所示）、带断层的双界面、含气砂水砂等多个模型进行纵波、转换波波场特征模拟，从而 研究分析多波波场响应特征及纵横波差异性。
[0030] 开展多波多分量处理解释技术研究，首先需要对其反射波场特征，反射机理开展 深入研究。为了研究地震波在地下的传播规律，首先对传播空间进行网格剖分，建立一个二 维或=维的网格结构，使得每个小方格具有各不相同的速度值。然后从已知震源出发，用射 线方程计算出射线或波场到达某一检波点的旅行路径与旅行时。其计算方法的核屯、是反复 迭代，逐次逼近。具体地说就是，从模型网格边界上的某一震源点起，选定一个初始发射角， 令射线沿此方向前进，当遇到网格间的边界时，就根据Snell定律计算透过射线的出射角， 然后令射线沿新的方向前进。运样继续下去，直至射线到达检波点所在的边界为止。运时 我们需要将运个终点与约束条件一一检波点位置作一比较，一般来说，第一次试射总是有 误差的。根据误差情况调整发射角之后，重复上述步骤，直至射线的终点与检波点的位置之 间的误差符合我们规定的要求为止。一旦满足上述要求，即可根据射线路径计算旅行时和 射线长度。
[0031] 通过运种模拟技术，所得地震波的传播时间比较准确，显示直观，适合计算波的旅 行时，可W分别模拟PP波和PS波，尤其有利于判断大型地质构造。便于我们明确纵横波波 场反射特征。例如图2所示多界面模形岩性体速度模型，通过W上波场模拟方法可W分别 得到纵波反射图（如图3所示）和转换波反射图（如图4所示），通过运两张图可W明显 看出纵波和转换波在反射特征上有明显差异，转换波比纵波反射能量强，而且反射特征被 纵向放大，因而模形岩性体更容易被识别，地层更容易追踪。在明确了纵横波波场反射特征 后，流程进入到步骤102。
[0032] 在步骤102,进行横波速度估算。横波测井资料的准确获取对多波合成记录标定非 常关键。针对不同情况采取不同策略和方法，完成高精度的横波速度的估算，为转换波合成 记录制作提供准确的横波曲线资料。
[0033] 地震波的传播速度大小是由岩石的骨架、孔隙、流体W及溫度、压力等相关环境因 素共同综合制约的。纵横波速度在储层岩性、物性W及流体识别等方面有重要应用，横波测 井资料的准确获取对多波合成记录标定非常关键，目前由测井获得的横波速度主要是从全 波列测井中提取。但是一般做全波列测井的井比较少，即使是做全波列测井，也只测量某一 深度段，而我们做多波地震合成记录标定时一般是针对全井段，因此在横波速度缺失的测 井层段须进行横波速度曲线的估算。
[0034] 目前国内外横波预测方法综合起来有两大类，一是经验公式，二是基于岩石物理 学的方法。在研究过程中创新性的提出了两种情况下横波估算的策略和方法：一是对于研 究区有实测横波的井，利用多种经验公式进行估算对比，优选出最相近的经验公式，应用于 研究区其他没有横波资料的井；二是对于研究区没有实测横波但是有转换波地震资料，通 过计算不同预测方法的转换波合成记录与实际转换波剖面进行对比，通过目标层段相关时 窗对比分析，优选出最适合的横波预测方法进行其余井的横波预测。流程进入到步骤103。 [00巧]在步骤103,进行转换波反射系数计算。建立Ostrander气砂模型，如图5所示，设 计了上下为页岩中间夹含气砂岩的模型，相对于A和C层的页岩，B层含气砂岩的纵波速度 减少了 20 %，密度约减少了 10 %。通过分析模型中AB、BC界面不同反射系数近似公式的计 算精度，明确各方程近似转换波反射系数优缺点，最终优选Aki-richards公式，进行了公 式简化并编写了相应计算程序，完成了转换波反射系数的计算。
[0036] 由于转换波反射点不在震源和接收点之间的中点上，所W转换波的反射系数 不像纵波的反射系数那样与波阻抗之间存在递推关系。对转换波反射系数估算基础是 Zoeppritz方程，其反映了平面波入射到固体介质分界面上所产生的反射纵波（PP波）、反 射横波（PS波）、透射纵波、透射横波，并给出了位移位方程组。然而，该方程组的解析解形 式十分复杂，需要用一个矩阵去描述它们之间的关系，很难直接分析介质参数对振幅的影 响，所表达的物理意义也不直观。众多学者基于它推导出一系列近似方程，从各个角度描述 PS波的反射系数。本发明建立了 Ostrander气砂模型对多种反射系数计算方法进行模型 试算，分析不同近似方程式分别在AB界面和BC界面反射系数的精度。图6是含气砂岩AB 界面转换波反射系数图，从图中可W看到=个种近似公式在入射角小于70°计算结果具有 较好的一致性，在40°反射能量最强，过了 70° Zoeppritz与Aki公式计算反射系数近零， 而BP方法反射系数极性变负，BP方法适合高角度入射的反射波近似计算。图7是含气砂岩 BC界面转换波反射系数图，从图中可W看到在小于35°的入射角范围内，各方程计算结果 具有较好的一致性，超过45。左右，Aki与BP公式与Zo巧pritz公式有较大误差，超过60。 反射系数极性发生反转。综合认为在小于40°的入射角范围内，各方程计算的AB和BC界 面P-SV波反射系数，都具有较高的精度。
[0037] 通过对=种近似公式精度的分析，研究中进行了近似式优选、简化，并编写相应计 算程序，完成独立的转换波反射系数计算方法。流程进入到步骤104。
[0038] 在步骤104,进行多波合成记录综合标定。采用等效层的思路求取纵波入射角，通 过上步研究得到的转换波反射系数计算公式，计算出不同炮检距X的转换波反射系数序列 道集，然后对运些转换波反射系数序列道集相加求和，得到与实际叠加道相同的转换波反 射系数序列。再与选定的地震子波權积，即可得到转换波人工合成地震记录。如图8、图9 分别为星71-检41井纵波和转换波合成记录标定图，从两图对比可W看出转换波合成记录 极性发生反转，子波主频降低，时间上有明显拉伸。
[0039] 制作转换波人工合成记录是转换波与纵波联合解释的关键，对于转换波来说，由 于反射点不在（位于同一水平面的）震源和接收点之间的中点上，并且通常是在大炮检距 范围内接收，因而转换波反射系数不像纵波那样满足递推关系，运就导致转换波正、反演的 难度加大。因此在计算转换波人工合成记录时要解决纵波入射角的求取问题。对于共CCP 道集中的每一道来说，接收到的转换波是在炮检距固定的条件下，来自各界面反射波的叠 加，运与沿射线方向的转换波反射系数有一定差别。
[0040] 采用等效层的思路求取P波入射角0，即采用均方根速度Vfms和炮检距X表示的 任意第j个反射界面的入射角0可W写为
[0041]
(1》
[0042] 但是由于井口至测井数据起始点之间没有声波时差数据，在进行合成地震记录计 算中，运部分数据均采用一个平均速度来代替，运样在用式（1)计算0时，井口到测井数据 段起点之间的速度只能使用平均速度，而其余部分使用均方根速度，但效果不一定理想。因 此，实际中可W采用平均速度Va替换式（2)中的均方根速度来计算纵波入射角
[004引
似
[0044] 运里的0角，对应第j个反射界面，即转换波反射系数近似公式中的0角。运样， 利用之前研究所得的转换波反射系数近似式，就可W计算出在炮检距X固定的条件下的转 换波反射系数序列。对于一个共CCP点道集，可W计算不同炮检距X的转换波反射系数序 列道集，然后对运些转换波反射系数序列道集相加求和，得到与实际叠加道相同的转换波 反射系数序列。再与选定的地震子波權积，即可得到转换波人工合成地震记录。流程结束。
[0045] 本发明中的多波合成记录标定方法，通过对多波地震波场模拟、横波曲线估算、转 换波反射系数计算、转换波地震合成记录制作等关键技术环节的研究分析，最终形成了整 套的多波合成记录制作及对比分析方法，为多波多分量地震勘探综合解释应用奠定良好基 础，为多波多分量地震技术发展提供助力。
【主权项】
1. 多波合成记录标定方法，其特征在于，转换波反射系数序列与子波的權积，该多波合 成记录标定方法包括： 步骤1，进行多分量射线追踪地震波场模拟，分析多波波场响应特征及纵横波差异性； 步骤2,没有全波列测井资料的井进行横波速度估算，为转换波合成记录制作提供横波 曲线资料； 步骤3,进行转换波反射系数计算，多波地震子波的提取与權积； 步骤4,进行多波合成记录综合标定。2. 根据权利要求1所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤1中，通过射线 追踪法对计算射线或波场到达某一检波点的旅行路径与旅行时，从而对单界面、双界面、多 界面、模形岩性体、带断层的双界面、含气砂水砂运多个模型进行纵波、转换波波场特征模 拟，从而研究分析多波波场响应特征及纵横波差异性。3. 根据权利要求1所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤1中，首先对传 播空间进行网格剖分，建立一个二维或=维的网格结构，使得每个小方格具有各不相同的 速度值；然后从已知震源出发，用射线方程计算出射线或波场到达某一检波点的旅行路径 与旅行时。4. 根据权利要求3所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤1中，在计算射 线或波场到达某一检波点的旅行路径与旅行时的过程中，从模型网格边界上的某一震源点 起，选定一个初始发射角，令射线沿此方向前进，当遇到网格间的边界时，根据Snell定律 计算透过射线的出射角，然后令射线沿新的方向前进，直至射线到达检波点所在的边界为 止，将运个终点与约束条件一一检波点位置作一比较，若试射存在误差，根据误差情况调整 发射角之后，重复上述步骤，直至射线的终点与检波点的位置之间的误差符合规定的要求 为止，一旦满足上述要求，即可根据射线路径计算旅行时和射线长度。5. 根据权利要求1所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤2中，对于研究 区有实测横波的井，利用多种经验公式进行估算对比，优选出最相近的经验公式，应用于研 究区其他没有横波资料的井；对于研究区没有实测横波但是有转换波地震资料，通过计算 不同预测方法的转换波合成记录与实际转换波剖面进行对比，通过目标层段相关时窗对比 分析，优选出最适合的横波预测方法进行其余井的横波预测。6. 根据权利要求1所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤3中，建立 Ostrander气砂模型，通过分析模型中AB、BC界面不同反射系数近似公式的计算精度，明确 各方程近似转换波反射系数优缺点，优选Aki-richards公式，进行公式简化，完成转换波 反射系数的计算。7. 根据权利要求1所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤4中，采用等效 层的思路求取纵波入射角，通过转换波反射系数计算公式，计算出不同炮检距X的转换波 反射系数序列道集，然后对运些转换波反射系数序列道集相加求和，得到与实际叠加道相 同的转换波反射系数序列，再与选定的地震子波權积，即可得到转换波人工合成地震记录。8. 根据权利要求7所述的多波合成记录标定方法，其特征在于，在步骤4中，采用等效 层的思路求取P波入射角0，即采用平均速度Va和炮检距X表示的任意第j个反射界面的 入射角0可W写为其中，化是纵波速度，t。是纵波传播单程旅行时，运里的0角，对应第j个反射界面， 即转换波反射系数近似公式中的0角，利用转换波反射系数近似式，计算出在炮检距X固 定的条件下的转换波反射系数序列。
【文档编号】G01V1/28GK105988134SQ201510071248
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月11日
【发明人】张娟, 刘书会, 王长江, 管晓燕, 董立生, 张志敬, 周伟, 邵卓娜, 张景涛, 贾玉茹, 郑文召, 初春光, 刘华夏
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院