一种二维地震资料中速度的三维空间归位方法

摘要

本发明提供了一种二维地震资料中速度的三维空间归位方法。所述方法包括以下步骤：在二维地震资料的水平叠加剖面上根据叠加速度求取给定层位的层速度控制点；对水平叠加剖面上的层位数据进行插值、曲面拟合和成块处理，构建含有断层面的层面的三维地质模型；以给定层位的层速度控制点所对应的地面共中心点为激发点，采用自激自收射线追踪算法，计算地面共中心点在给定层位上的自激自收射线反射点，并该反射点作为给定层位的层速度控制点的归位点；将给定层位的层速度控制点偏移至给定层位的层速度控制点的归位点，完成给定层位的层速度控制点的三维空间归位。根据本发明能够找到更加准确的层位速度位置，为后续的速度使用提供更加精准的初始速度。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气地震勘探领域，更具体地讲，涉及一种二维地震资料中速度的三维空间归位方法。

背景技术

随着矿井地震补充勘探的开展，对地震定量解释精度的要求也随之提高。提高地震定量解释精度的关键在于要有更接近实际的时深转换方法和与之对应的准确的时深转换速度。目前，所用的速度资料基本都是通过二维测网技术产生，但是由于二维地震资料偏移归位的问题，用二维测网产生的层速度(又称层位速度)并不能准确反映地下真实的地层速度。

发明内容

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准确反映地下真实地层速度的二维地震资料中速度的三维空间归位。

本发明提供了一种二维地震资料中速度的三维空间归位方法。所述方法包括以下步骤：在二维地震资料的水平叠加剖面上根据叠加速度求取给定层位的层速度控制点；基于所述水平叠加剖面上的层位数据构建三维地质模型；在所述三维地质模型上，以所述给定层位的层速度控制点所对应的地面共中心点为激发点，采用自激自收射线追踪算法，计算所述激发点在给定层位上的自激自收射线反射点，并将所述自激自收射线反射点作为所述给定层位的层速度控制点的归位点；将所述给定层位的层速度控制点偏移至所述给定层位的层速度控制点的归位点，完成所述给定层位的层速度控制点的三维空间归位。

根据本发明的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的一个实施例，所述基于所述水平叠加剖面上的层位数据构建三维地质模型步骤包括：对所述水平叠加剖面上的层位数据进行插值和层位三角形连接生成含有断层面和层面的面数据，以构建三维地质模型；或者，对所述水平叠加剖面上的层位数据进行插值和层位三角形连接生成含有断层面和层面的面数据，对断层面和层面进行组合和封闭处理以生成块数据，构建三维地质模型。

根据本发明的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的一个实施例，所述插值处理采用克里金插值算法或者距离加权反比例插值算法。

根据本发明的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的一个实施例，所述自激自收射线追踪算法为试射法。

根据本发明的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的一个实施例，所述方法采用广义Dix公式法将叠加速度转换为层速度。

与现有技术相比，本发明通过三维空间的速度归位，找到了更加准确的层位速度位置，还原原来的地质结构，为后续的速度使用提供更加精准的初始速度。

附图说明

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：

图1是根据本发明示例性实施例的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的三维空间归位示意图。

图2是用广义Dix公式法计算层速度的原理图。

图3是通过二维测网层位速度求取方法的流程图。

图4A是地质层位T3x1运用本发明示例性实施例的二维地震资料中速度的三维空间归位方法进行归位前的速度平面图。

图4B是地质层位T3x1运用本发明示例性实施例的二维地震资料中速度的三维空间归位方法进行归位后的速度平面图。

具体实施方式

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二维地震资料中速度的三维空间归位方法。需要说明的是，在本发明中，CDP是指共深度点道集，CMP代表共中心点道集，在反射层近似水平时，CDP和CMP可以视作相同。

在现有技术中，二维地震资料的水平剖面(又简称为二维地震剖面、水平剖面)总是把反射界面上反射点的位置显示在地面共中心点下方的铅垂线上。当地层为水平层状结构时，这种显示方式是与实际情况符合，但实际上地底构造比较复杂(包括断层、尖灭和层位起伏的复杂构造)，反射界面存在倾角，水平剖面的反射信息可能来自三维空间中的其它点而不在二维测线的某点，从而导致了水平剖面上得到的层速度可能是三维空间其它点的层速度，导致地震测线上的由叠加速度求取的层速度位置存在一定的偏差。如图1所示，在假设地底层位为水平层状结构的情况下，水平剖面上给定层位的速度控制点A位于地面共中心点O点下方的铅垂线上。然而，由于反射界面存在倾角，水平剖面给定层位上的层速度控制点A的实际位置应该为A′。为此，本申请采用三维空间速度归位的方法将垂直映射点A归位到层面上准确的位置A′。

本发明的技术思路是：在二维地震剖面上根据叠加速度求取层速度；对二维层位数据进行插值、曲面拟合、成块等处理，以构建三维地质模型；最终利用自激自收射线追踪的方法对速度资料进行偏移修正，得到更加准确的速度位置。

根据本发明示例性实施例的二维地震资料中速度的三维空间归位方法包括以下步骤：

步骤一、在二维地震资料的水平叠加剖面上根据叠加速度求取给定层位的层速度控制点。

其中，叠加速度数据作为用户输入的已知数据，其具体获取过程在现有技术中有成熟的方式，在此不再赘述。叠加速度分析的基本思想是，给定一系列速度值，分别对CMP道集动校叠加，叠加道能量为速度的函数，当试验速度与时距曲线中含有的速度相同时，动校正后剩余时差为零，叠加能量最强，检测叠加能量最强时对应的动校正速度称为最佳叠加速度，即该速度分析为叠加速度分析。叠加速度分析是建立在双曲线时距方程的基础之上的，因此有以下结论：对单层模型反射波，求取的叠加速度为层速度v_i；对水平多层介质模型，求取的叠加速度为均方根速度v_mcs；对倾斜多层介质模型，求取的叠加速度为等效速度

根据叠加速度求取层速度可以通过广义Dix公式法实现，广义Dix公式采用斜率法计算层速度，对二维测网来说，用斜率法计算层速度基本原理是顶底反射同相轴{这里，同相轴是地震记录上各道振动相位相同的极值(俗称波峰或波谷)的连线，顶底是指地层的顶部和底部，解释的层位一般都在相应的同相轴上}两条平行切线斜率与连接两切点直线斜率乘积的开方，即为该层的层速度。斜率法计算层速度的大体做法是根据各反射层t₀(t₀为x＝0时的反射时间)和叠加速度数值，计算出相应的理论时距曲线，在某一层理论时距曲线上等间隔取若干点(x²是已知的，x为炮检距，即炮点到检波点的距离)，计算各点时间t²与对应斜率，在上一层曲线上计算斜率相同的对应点的(x₁,t₁)，然后用如下的式1计算这两个界面之间的层速度，并把各点计算的值进行平均，得到这层的最终层速度。

$>{v_j}^2=\frac{\Delta x_j}{\Delta T_j}·\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}$>   式1

式1中t只是某层内的反射时间，x为地震波在层内传播的水平距离，v_j代表层速度，式1中符号的物理含义见图2，由图2中可看出：

Δx_j＝x_j+1-x_j   式2

ΔT_j＝T_j+1-T_j   式3

具体地，利用二维叠加速度求取层速度的算法流程如图3所示。

在步骤S101中，读入在一个CDP上的一个时间点及其对应的叠加速度值。

在步骤S102中，判断读入的时间点是否是该CDP上的第一个时间点：若是，则直接将该时间点上的叠加速度值作为其双曲线速度值(步骤S103)，并转步骤S108。若不是，则转步骤S103。

在S104中，以前一个时间点的时间t_old及其叠加速度值V_old和本时间点的时间t_new及其叠加速度值V_new建立两个双曲线方程(理论时距曲线方程)，分别如下：

$>t^2={t_{\mathrm{old}}}^2+\frac{x^2}{{V_{\mathrm{old}}}^2}$>   双曲线方程1

$>t^2={t_{\mathrm{new}}}^2+\frac{x^2}{{V_{\mathrm{new}}}^2}$>   双曲线方程2

在步骤S105中，求过双曲线方程2上一点(X,T)的切线的斜率，所得切线斜率记为K₂。

在步骤S106中，平移第四步所得的切线与双曲线方程1相切，得一切点(X',T')。

在步骤S107中，计算过切点(X,T)和切点(X',T')的直线的斜率，记为K₁。

在步骤S108中，以式4计算该时间点的双曲线速度V。

   式4

在步骤S109中，判断该CDP上的所有时间点是否都处理完：若是，则结束计算，若没有，则转步骤S101。

采用本申请所提供的上述方法计算时可以在时距曲线上取多个斜率相同的点计算出多个同层的平均速度，然后进行统计平均，以清除理论曲线与实际时距曲线的误差，理论上地震道取得斜率相同的点越多，统计效果越好，但计算效率会降低。当然，本发明根据叠加速度求取层速度的方式不限于此，还可以通过现有技术中常用的Dix公式计算层速度，但是，利用常用的Dix公式计算各层的层速度与平均速度误差较大，它要求地面水平、介质为水平层状、地震射线入射角较小等假设条件，地震射线入射角较小(炮检距较小)与高精度叠加速度计算要求的大炮检距(地震射线入射角较大)刚好构成一对不可调和的矛盾。因此，采用斜率法计算层速度精度高于用常规Dix公式计算的层速度，由斜率法计算层速度比用常规Dix公式计算层速度偏小，而且从浅层到深计算结果稳定。

步骤二、对水平剖面上的层位数据进行插值、曲面拟合和成块处理，构建三维地质模型。

基于二维测网建立三维地质模型的总体思路为：以断层面作为约束，以二维测线上的层位点作为种子点，快速生成插值点层位，并根据插值后的层位点计算适用于多重断层的层位插值和层位三角形连接，再通过封装成块构建三维地质模型。

根据本发明示例性实施例的二维地震资料中速度的三维空间归位方法的建立三维地质模型的流程包括：

通过利用层位种子点、断层面以及断层多边形来生成三维虚拟测网以确定生成面或生成块的范围。通过初始化网格(包括断层网格和层位网格)和层位插值，对层位点进行连接得到层位三角形，这里，层位点是散点，它们之间没有拓扑关系，连接以后有了拓扑关系就是曲面已经生成了，即通过三角形连接拟合曲面就可以生成面数据；或者对层位和断层进行组合生成块数据，最后对块数据进行封闭处理(即生成块的侧面)，封闭块结构。最后将多个块结构构建成为三维地质模型。

其中，所述通过三角形连接拟合曲面生成面数据具体包括以下操作：

(1)断层曲面拟合。具体地，对二维测线上的层位线进行解释，并在平面上编辑层面边界。根据断层解释数据生成断层包络，确定断层面的插值范围，再将断层包络确定的范围打上网格，利用解释数据对网格点进行克里金插值，最后连接断层网格三角形，生成断层面，并在断层面上绘制层位与断层面的交线，即断层多边形。

(2)层位曲面拟合。具体地，层位拟合要在断层约束下进行，因而层位曲面拟合具体通过以下步骤来实现：通过对断层初始化以处理断层多边形，并生成断层网格，将断层多边形的数据点由矢量转为标量，再进行层位初始化生成层位网格，建立断层多边形与层位关联信息，处理层位解释数据种子点，并对层位网格进行克里金插值。

(3)通过三角形连接拟合曲面生成含断层的层面。即以边界和断层面作为约束，三角网格化生成含断层的层面。

需要说明的是，以上插值处理时不限于克里金插值算法，例如，还可以采用距离加权反比插值算法。

步骤三、在三维地质模型上，以给定层位的层速度控制点所对应的地面共中心点为激发点，采用自激自收射线追踪算法，计算所述激发点在给定层位上的自激自收射线反射点，并将所述自激自收射线反射点作为所述给定层位的层速度控制点的归位点。

本申请所采用的射线追踪方法是试射法，射线追踪过程是：在激发点给定一系列射线参数初始值，然后根据Snell定理依次进行追踪，在接收点附近选择最接近的两条射线，通过内插，调整初始射线参数值，经过多次的调整修改，可获得满意的结果。该方法的最大优点是实现了射线的精确追踪，能够避开在盲区中追踪。

自激自收射线追踪表示炮点位置与检波点位置一致的，自激自收射线追踪算法具体描述为：对于二维封闭结构模型，首先，利用能够快速进行射线追踪的封闭结构试射法，针对接收区域进行一系列的试射线追踪，试射线的密度依据模型的复杂情况而定，模型越复杂，试射线的密度就越大；其次，选择检波点最近的试射线作为初始射线，并将首尾点置于炮点和检波点坐标上；最后，利用封闭结构分段迭代法对试射初始射线进行的快速修正，获得最终追踪径。

步骤四，将给定层位的层速度控制点偏移至给定层位的层速度控制点的归位点，完成所述给定层位的层速度控制点的三维空间归位。

为进一步验证本申请的实际应用效果，申请人在位于某工区运用本发明示例性实施例的二维地震资料速度的三维空间归位方法对水平剖面上的层速度进行归位。

图4A是地质层位T3x1运用本发明示例性实施例的二维地震资料速度的三维空间归位方法进行归位前的速度平面图；图4B是地质层位T3x1运用本发明示例性实施例的二维地震资料速度的三维空间归位方法进行归位后的速度平面图。图中，line1、line2、.......、line7代表测线，测线上的数字代表了道号，well1、well2、well3代表三口井的位置，

表1是地质层位T3x1用本发明示例性实施例的二维地震资料速度的三维空间归位方法进行归位前后与真实数据的对比。

表1

在表1中，井位置是CDP对应工区地表平面坐标，即在该位置测量各个层位真实层位速度。真实数据是指通过实际工区中直接测量获取的层位速度值。模拟数据是指通过本发明示例性实施例的方法通过叠加速度计算得到的归位前和归位后的层位速度值，其中空间归位前的模拟数据即是根据叠加速度求得的层位速度值，空间归位后的模拟数据是通过本发明示例性实施例的方法将根据叠加速度求得的层位速度值进行三维归位后的层位速度值。

从图和表中看出，本发明方法得到的空间归位后的数据更加接近真实数据，层速度位置更加准确，对地质勘探有着重要的作用。

根据本发明，采用自激自收射线追踪对层位速度进行归位处理，解决了由二维叠加速度产生的层速度位置不准确的问题，保证了所求速度用于三维空间归位时深转换时的深度误差和平面误差都最小。此外，通过三维空间归位，找到更加准确的速度位置，为后续的速度使用提供更加精准的初始速度，具有非常重要的意义。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。