基于速度模型的速度谱解释方法

摘要

一种基于速度模型的速度谱解释方法，包括以下步骤：步骤1：利用地面地震叠前数据共中心点(CMP)道集数据产生速度谱；步骤2：确定初始速度模型函数；步骤3：基于初始速度模型函数，在CMP中选择至少一个种子点，求取种子点处的初始速度模型函数；步骤4：以种子点处的初始速度模型函数作为约束，在速度谱上沿时间轴拾取谱能量最大的点的速度。

说明书

技术领域

本发明涉及油气及煤层气地震勘探与开发领域的速度建模技术，特别涉及一种基于速度模型的速度谱解释方法。

背景技术

地震波速度是地震勘探中最重要的参数之一，它贯穿于地震处理和解释的整个过程。但是在不同阶段，地震波速度的来源、意义以及应用都是不同的。在地震资料处理初期，一般都没有合适的速度模型，必须通过常规的速度分析来获得叠加速度，而且都是将叠加速度等同于均方根速度，并以此来进行动校叠加，得到叠加剖面或者进行叠前时间偏移，或者基于均方根速度模型进行时深转换并进一步进行偏移速度分析。

因此，在油气勘探地震资料的处理中，叠加速度分析既是基础性也是非常重要的地震数据处理内容，它是实现地震勘探多次覆盖共CMP道集叠加的依据，也是支撑高精度地震成像速度建模的基础。

叠加速度分析是基于速度谱的实现形式，是根据地震信号的激发与接收之间存在的正常时差原理，采用预先给定的一系列速度曲线进行扫描，依次计算出CMP道集中各道的正常时差，继而进行动校和叠加，得到时间-速度-叠加能量矩阵。

叠加速度谱的解释是基于同相叠加能量最大原理，就是当扫描速度正确时能够正确计算出各道的正常时差和正常时差校正，实现CMP道集中各道数据的同相叠加，此时的叠加能量最大。因此，叠加速度谱的解释是沿时间轴分析并拣选速度谱上相对可靠和叠加能量较大的能量团。

事实上，在实际的地震资料处理中，影响叠加速度谱计算和解释精度的因素很多，例如地震记录中的随机噪音、信噪比、复杂构造、波的干涉、地层倾角等等，这些影响因素不可能通过数学模型进行全面的描述，或者通过数据处理全面消除。因此，实际的反射波时距曲线已不是理想意义上的双曲线形态，叠加速度谱通常会表现出能量团不聚焦、在时间轴上速度的变化趋势不唯一、速度变化大或速度倒转等等。

由于叠加速度分析的精度受制于地震勘探的条件和观测资料的信噪比，在速度谱上表现出多解性和模糊性，因此，速度谱的解释基本是采用人机交互模式，这也是目前常规地震资料处理中人工操作量最大的一个环节。因此，速度自动解释方法也不断推出。现有的速度自动解释方法一般基于全局优化算法，例如基于蒙特卡洛方法等。这类方法的算法易于设计，对目标函数要求不高，从而应用广泛。但另一方面，这类方法的效率低，不能保证产生优化问题的最优解，并且结论常常带有随机性。此外，还有一些速度自动解释方法是基于局部寻优的方法，包括牛顿法、共扼梯度法、神经网络方法等。这类方法虽然有较高的计算效率，但算法复杂，往往需要利用导数为寻找极值点提供有效信息。直接方法对函数的分析性质没有要求，而且其根据一定的数学原理，用尽量少的计算量通过直接比较函数值的大小来确定极值点的位置。但是单纯地基于速度谱的自动解释得到的结果可能不是很合理，会导致不合理的层速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于速度模型的速度谱解释方法，其多个步骤可通过软件自动执行，能够减少操作人员的工作量，缩短地震资料处理周期。

本发明采用以下解决方案：

一种基于速度模型的速度谱解释方法，包括以下步骤：

步骤1：利用地面地震叠前数据共中心点(CMP)道集数据产生速度谱；

步骤2：确定初始速度模型函数；

步骤3：基于所述初始速度模型函数，在所述CMP中选择至少一个种子点，求取所述种子点处的初始速度模型函数；

步骤4：以所述种子点处的初始速度模型函数作为约束，在所述速度谱上沿时间轴拾取谱能量最大的点的速度。

优选地，所述初始速度模型函数如以下公式(1)所示：

v_rms(t)＝v₀+α·t^β(1)

其中，t表示时间，v_rms(t)表示时间t时的均方根速度，v₀表示时间为零时的地层的均方根速度，α、β为待定系数。

优选地，通过以下步骤利用所述速度谱确定所述均方根速度v₀、系数α和β：

沿时间轴遍历拣选所述速度谱上使谱能量最大的均方根速度的离散值；

基于所拣选的离散值，根据所述公式(1)求解所述均方根速度v₀、系数α和β。

优选地，通过以下步骤求取所述种子点处的初始速度模型函数：

对所述种子点进行人工速度谱拾取；

对所述种子点上的拾取结果沿时间轴进行插值，获得所述种子点处的初始速度模型函数。

优选地，对所述种子点上的拾取结果沿时间轴进行分段线性插值，获得所述种子点处的初始速度模型函数。

优选地，选择所述初始速度模型函数的拐点或极值点所对应的CMP点作为种子点。

优选地，所述种子点处的初始速度模型函数vz_rms(t)通过以下公式(2)约束所拾取点的均方根速度

其中，λ_l,λ_u分别表示下限阀值和上限阀值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于基于CMP道集数据产生的速度谱确定初始速度模型函数，在初始速度模型函数的基础上，在CMP中选择具有代表性的种子点，并以种子点的初始速度模型函数作为约束，在速度谱上拾取谱能量最大的点，从而实现速度谱的解释。初始速度模型函数的确定以及基于种子点约束的速度谱拾取均可通过软件自动执行，从而将地震资料处理员从繁重的人机交互式速度谱拾取工作中解脱出来，减少手工工作量，并可以缩短地震资料处理周期。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1显示根据示例性实施例的基于速度模型和全局寻优的速度谱解释方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开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公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1显示根据示例性实施例的基于速度模型和全局寻优的速度谱解释方法的流程图，其包括以下步骤：

步骤1：利用地面地震叠前数据共中心点道集数据产生速度谱

首先，利用地面地震叠前数据共中心点(CMP)道集数据产生速度谱。速度谱可以是相似谱，也可以是互相关谱。对于一个CMP道集数据，其速度谱可以表示为S(t,V_rms(t))，其中t为时间，v_rms(t)为时间t时的均方根速度。

步骤2：确定初始速度模型函数

一般情况下，可以通过公式表达的连续曲线表示初始速度模型函数，如以下公式(1)所示：

v_rms(t)＝v₀+α·t^β(1)

其中，t表示时间，v_rms(t)表示时间t时的均方根速度，v₀表示时间为零时的地层的均方根速度,α、β为待定系数。

公式(1)所示的初始速度模型函数可以适用于大多数地质情况。当然，也可以根据实际情况构建类似的初始速度模型函数。

对于具体某个地区的某一次采集到的地震数据而言，v₀、α、β为待定系数。需要利用速度谱确定这些系数。可以通过以下步骤利用速度谱确定系数v₀、α、β：首先，沿时间轴遍历拣选速度谱上使谱能量最大的均方根速度的离散值，然后基于所拣选的离散值，根据上述公式(1)计算获得系数v₀、α、β。

此外，除了可以根据不同地区选择不同表达形式的初始速度模型函数以外，还可以根据实际情况指定v₀、α、β的搜索范围。

步骤3：基于初始速度模型函数，在CMP中选择至少一个种子点，求取种子点处的初始速度模型函数。

在通常情况下，通过人工或者自动拾取方法沿时间轴进行遍历拣选，都是得到使谱能量S最大的均方根速度就停止了。然而，由于公式(1)所示的初始速度模型函数是拟合函数，它保持了速度的变化趋势，但是并不能保证确定系数后的初始速度模型函数的曲线严格通过谱能量最大的点。

在示例性实施例中，可以通过自动拾取方法(例如通过现有软件)通过前述的步骤2沿时间轴进行遍历拣选，将得到的使谱能量S最大的均方根速度作为初始值。然后，基于由初始值得到的初始速度模型函数，在CMP中选择至少一个种子点，求取种子点处的初始速度模型函数。

种子点是全工区CMP点中的一些点，这些点上的初始速度模型函数曲线具有一定的代表性。在示例性实施例中，选择初始速度模型函数的拐点或极值点所对应的CMP点作为种子点。在初始速度模型函数的拐点或极值点处，所对应的CMP点的速度发生突变，例如突然增大或减小，将这样的CMP点选为种子点。初始速度模型函数的极值点满足以下条件：初始速度模型函数的一阶导数为零或者不存在，速度模型函数的拐点满足以下条件：初始速度模型函数的二阶导数为零或者不存在。

可以通过计算机计算确定种子点。或者操作者也可以根据初始速度模型函数及其产生的叠加剖面，明显判断出速度发生突变的CMP点，并将其确定为种子点。

通过以上描述可知，无论是通过计算机计算确定种子点，还是由操作者手工选择种子点，种子点的选择都要基于事先建立的工区初始速度模型函数。在对工区速度分布一无所知的情况下，是无法选择种子点的。

确定种子点后，对每个种子点进行人工速度谱拾取，由于拾取结果是一些离散的稀疏分布，因此需要对每个种子点上的拾取结果沿时间轴进行插值，以获得该种子点上每个时间点上的速度，即种子点的初始速度模型函数。插值方法可以是任意一种一维插值方法，在示例性实施例中推荐使用分段线性插值方法。

步骤4：以种子点处的初始速度模型函数作为约束，在速度谱上沿时间轴拾取谱能量最大的点的速度

在本步骤中，可以以种子点处的初始速度模型函数作为约束，通过软件实现沿时间轴自动拾取谱能量最大的点的速度，取代常规的人工拾取。

种子点处的初始速度模型函数的约束可以体现在两个方面，一是空间范围方面，二是时间范围方面。

在空间范围方面，可以根据实际需要，通过某一个种子点的初始速度模型函数约束所有点的速度拾取。或者也可以指定某一个种子点的初始速度模型函数的空间约束范围。

可以通过浏览公式(1)获得的初始速度模型来确定某一个种子点的空间约束范围：如果一个种子点周围的某个CMP点的初始速度模型函数的变化趋势与该种子点的初始速度模型函数的变化趋势一致，那么该CMP点落入该种子点的空间约束范围内。

优选地，可以在选择种子点时一并确定该种子点的空间约束范围。

种子点处的初始速度模型函数的约束还可以表现在时间方面，即对空间内每个点的速度沿时间轴进行约束。具体来说，通过种子点处的初始速度模型函数约束每个时间点处均方根速度的上下限。例如，对于种子点处的初始速度模型函数vz_rms(t)，可以根据以下公式(2)约束所拾取点的均方根速度

其中，λ_l、λ_u分别表示下限阀值和上限阀值。

即所拾取的点的均方根速度应在速度上限与速度下限之间。

在种子点处的初始速度模型函数的约束下，可以沿时间轴自动拾取谱能量最大的点的速度，以完成速度模型函数约束下的速度谱拾取。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。