一种叠前方位P波各向异性裂缝检测方法及装置与流程
本发明涉及油气地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种叠前方位p波各向异性裂缝检测方法及装置。
背景技术：
地震层位曲率可以用来描述地层的弯曲程度，进而可以表征地层所受的应力大小，因此可以用来预测受应力而形成的裂缝发育带。利用最大曲率、最小曲率、最大正曲率、最小负曲率等属性可以有效弥补相干属性在该工区预测裂缝时的不足。目前，利用地震资料来进行断裂检测的技术按照所用资料的不同分为两大类：一类是叠后预测技术，一类是叠前预测技术。常用叠后技术有相干分析技术、图像处理技术、曲率分析技术、倾角检测技术、应力分析技术等，它们通常以叠后地震资料为基础输入，研究的是整个网状断裂系统中那些较大尺度的断裂，从预测效果上来看预测的是网状断裂系统的骨架与轮廓，在平面上呈线性分布，数量较少；而对较小尺度、数量更庞大的小型或微断裂系统，叠后断裂预测技术根本无能为力。叠后断裂预测技术之所以失效，其根本原因在于叠后地震资料的信息量比较小，缺乏偏移距信息和方位角信息，失去了以方位各向异性来检测微断裂的理论依据和基础。因此，有必要开发一种以方位各向异性来检测微断裂的叠前预测方法。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
在碳酸盐岩、致密砂岩等致密地层中，油气储量及产量约占世界油气储量及产量的一半，碳酸盐岩、致密砂岩等致密地层中油气与裂缝关系密切，因此确定裂缝发育的区域、方位和密度在裂缝性油气勘探中具有重大意义。在垂直定向裂缝的物理模型实验及数值模拟中都证实了地震勘探过程中，p波在通过地质裂缝体时表现出很强的方位各向异性特征，p波反射振幅及旅行时与测线和裂缝方位有关，测线与裂缝平行时振幅最强、旅行时最短，随着测线与裂缝夹角的增大，振幅逐渐减弱、时间逐渐变长，至测线与裂缝方向垂直时，振幅最弱，时间最长。根据这些特征，在利用p波进行裂缝检测方面已经取得了比较完善的方法技术与成果，并且在实际资料的应用中取得了成功。另外，为了克服叠后裂缝预测技术的缺点，利用叠前地震资料具有数据量大、信息量大的特点，检测包含在叠前(观测)方位—偏移距(入射角)二维时空域中微断裂的地震响应信息来检测整个断裂体系，具有较强的理论依据和数据基础。因此，本发明提出了一种叠前方位p波各向异性裂缝检测方法，提取p波叠前分方位振幅，求解椭圆方程并进行裂缝预测，可以为裂缝性油气藏的勘探开发提供重要的技术手段与评价工具。
根据本发明的一方面，提出一种叠前方位p波各向异性裂缝检测方法。所述方法可以包括以下步骤：
1)沿目的层提取单元区间内基于方位的叠加道集地震振幅数据；
2)将步骤1)获取的各方位振幅信息在极坐标中进行投影；
3)对步骤2)中投影得到的一组样本点进行椭圆拟合；
4)求解出拟合的椭圆方程的最优椭圆参数解；
5)基于所述最优椭圆参数解确定椭圆几何参数。
优选地，基于椭圆一般方程ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0定义投影平面上一个样本点(x,y)到椭圆的几何距离为：
d(a,x)＝ax2+bxy+cy2+dx+ey+f(1)
其中，a＝[abcdef]t，x＝[x2xyy2xy1]t。
优选地，通过以下公式求得最小二乘意义下的最优椭圆参数解：
优选地，通过将方程式(1)表示为广义特征值问题的形式：
gtga＝λha(3)
其中，λ为特征值，h为约束矩阵，a为特征向量a＝[abcdef]t，
基于椭圆参数的数值关系
优选地，通过以下公式计算椭圆几何参数：
其中，(xe,ye)为椭圆中心相对坐标，a、b为椭圆长轴长度、短轴长度，θ为椭圆长轴与正北方向的夹角。
根据本发明的另一方面，提出一种叠前方位p波各向异性裂缝检测装置。所述装置包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
1)沿目的层提取单元区间内基于方位的叠加道集地震振幅数据；
2)将步骤1)获取的各方位振幅信息在极坐标中进行投影；
3)对步骤2)中投影得到的一组样本点进行椭圆拟合；
4)求解出拟合的椭圆方程的最优椭圆参数解；
5)基于所述最优椭圆参数解确定椭圆几何参数。
优选地，基于椭圆一般方程ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0定义投影平面上一个样本点(x,y)到椭圆的几何距离为：
d(a,x)＝ax2+bxy+cy2+dx+ey+f(1)
其中，a＝[abcdef]t，x＝[x2xyy2xy1]t。
优选地，通过以下公式求得最小二乘意义下的最优椭圆参数解：
优选地，通过将方程式(1)表示为广义特征值问题的形式：
gtga＝λha(3)
其中，λ为特征值，h为约束矩阵，a为特征向量a＝[abcdef]t，
基于椭圆参数的数值关系
优选地，通过以下公式计算椭圆几何参数：
其中，(xe,ye)为椭圆中心相对坐标，a、b为椭圆长轴长度、短轴长度，θ为椭圆长轴与正北方向的夹角。
本发明涉及的叠前预测方法是一种基于椭圆方程的叠前方位p波各向异性裂缝检测方法。根据p波在通过裂缝体时表现出很强的方位各向异性特征：其叠前地震资料的方位振幅、nmo速度、频率、波阻抗以及振幅衰减等多个参数都随着方位角的不同呈椭圆形变化，通过对给定平面(超道集)范围上的一组样本点，以椭圆方程为模型进行拟合求解超定方程组，使单位平面内的椭圆方程尽量接近这些样本数据点，从而获取该椭圆方程的各个参数，达到了获取单元范围内裂缝体的发育方向与强度的目的。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为根据本发明的示例性实施方案的叠前方位p波各向异性裂缝检测方法的流程图；
图2为基于方位的叠加数据提取的结果；
图3为方位振幅投影图；
图4为椭圆拟合示例图；
图5为方位振幅椭圆拟合示例图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
以下参考图1详细描述根据本发明示例性实施例的叠前方位p波各向异性裂缝检测方法。该方法主要包括：
步骤1：沿目的层提取单元区间内基于方位的叠加道集地震振幅数据。
如显示基于方位的叠加数据提取结果的图2所示，横轴代表方位角，单位为度(°)，图中所示为15°、45°、75°、105°、135°、165°等6个方位角的6道地震数据。方位角范围在0°-360°，地震数据根据采集观测系统的排列规则分布其中；纵轴代表采样时间，单位ms，在1410ms处，取出每道对应的振幅数据。在图2中，azimuth代表当前选取道的方位角，angle代表入射角(在本发明中无意义)，time代表当前选取道的当前时间，value代表当前选取道的振幅值。
步骤2：将步骤1)获取的各方位振幅信息在极坐标中进行投影。
图3为方位振幅投影图。在图2所示的极坐标系中，不同方位投影1个振幅点，当前有6个点投影在极坐标中。
步骤3：对步骤2)中投影得到的一组样本点进行椭圆拟合。
椭圆拟合的基本原理如下：
对给定平面上的一组样本点，以椭圆方程为模型进行拟合，使某一椭圆方程尽量满足这些数据点(如图4所示)。
方位椭圆的一般方程为：
ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0
可定义投影平面上一个样本点(x,y)到椭圆的几何距离为：
d(a,x)＝ax2+bxy+cy2+dx+ey+f(1)
其中，a、b、c、d、e、f为方位椭圆一般方程的各项参数，a＝[abcdef]t，x＝[x2xyy2xy1]t。
步骤4：求解出拟合的椭圆方程的最优椭圆参数解。
可以通过以下公式求得最小二乘意义下的最优椭圆参数解：
方程式(1)可以写成矩阵形式如下：
g·a＝0
展开即为：
其中，x1,x2,...,xn为第1、第2…第n点的横坐标，y1,y2,...,yn为第1、第2…第n点的纵坐标。
方程式(1)还可写成广义特征值问题的形式：
gtga＝λha(3)
其中，λ为特征值，h为约束矩阵，a为特征向量a＝[abcdef]t。
基于椭圆参数的数值关系
步骤5：基于所述最优椭圆参数解确定椭圆几何参数。
此时a中的元素即为最优椭圆参数值，通过解析几何中椭圆一般方程与椭圆参数的关系，可按以下公式计算椭圆几何参数：
其中，(xe,ye)为椭圆中心相对坐标，a、b为椭圆长轴长度、短轴长度，θ为椭圆长轴与正北方向的夹角。
此时，解析的椭圆参数θ代表了裂缝的方向(走向)，椭圆的长短轴之比a/b代表了该统计区域裂缝的发育强度，如图5所示。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
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