面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法

摘要

本发明涉及一种面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法，包括以下步骤：1)获得频率域反射波信息；2)统计整个观测系统中不重复的炮检点个数与坐标；3)获得初始偏移速度模型；4)在当前偏移速度模型下获取所有不重复的炮点端频率域正传波场、检波点端频率域格林函数和频率域正演算子LU矩阵；5)获得局部偏移速度模型更新量；6)进行声波方程频率域快速逆时偏移，生成地下成像；7)随钻井过程重复执行步骤5)～6)，连续更新地下成像并显示；8)当累积更新量超过设定阈值时或钻井次数达到设定值时，更新当前偏移速度模型，并重复执行步骤4)～7)。与现有技术相比，本发明具有计算效率高并且不影响反演精度等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探成像领域，尤其是涉及一种面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法。

背景技术

我国塔里木、四川、鄂尔多斯等盆地近地表十分复杂，经过多期次构造运动，地质构造复杂。深层-超深层油气储层主要为非均质性极强的碳酸盐岩，也有部分为致密碎屑岩。反射地震资料信噪比低、分辨率低，深层-超深层钻探目标难以确定。近十多年来，尽管中国石化、中国石油等相关单位在塔里木、四川、鄂尔多斯等盆地面向深层-超深层油气勘探开展了大量的地质、物探与少量的钻探工作，取得深层-超深层油气勘探的重大发现，但是在深层-超深层油气地质与地球物理勘探方面仍存在关键科学与技术问题没有解决。塔里木、四川、鄂尔多斯等盆地不仅地表复杂，而且由于深层-超深层油气储层上覆巨厚复杂介质，使得深层-超深层反射地震资料品质低，地震波传播规律认识不清，反射地震成像面临巨大挑战。因此，需要研究以钻井为导向的快速地震成像技术，在钻进过程中对地下结构进行实时更新，同时引导钻井方向。之后，以高保真叠前、叠后地震资料为基础，开展弹性地震属性的快速提取，揭示优质储层空间展布，实现地球物理智能导钻。

在面向深层-超深层非均质碳酸盐岩储层成像方面，地震各向异性与地震波传播衰减问题日益受到重视。基于传统单分量地震采集数据的偏移成像和波形反演需要简便易用的各向异性“标量波”传播算子，最具代表性的做法就是对弹性波方程施加拟声学近似(Alkhalifah，2000；2003)，在这个理论框架下可进一步考虑地下介质粘滞性，形成基于拟声/粘声各向异性介质纵波传播算子，为后续逆时偏移和波形反演提供高效的波地震波传播数值计算引擎。最小平方逆时偏移(LSRTM)作为一种新发展起来的成像技术，在提升传统逆时偏移成像质量(比如提高成像分辨率、均衡成像振幅等)有明显效果(Dai andSchuster 2013)。但是LSRTM缺陷在于高计算成本，近年来引入的编码技术(Romero etal.2000；Krebs et al.2009；Boonyasiriwat and Schuster 2010)一定程度上使LSRTM计算瓶颈问题得到一些缓解。但是，目前LSRTM主要基于常密度声波方程(Dai et al.,2012；Dai and Schuster,2013；Luo and Hale,2014)，基于变密度声波方程与各向同性弹性波方程的研究刚刚起步(Yang et al.,2016；Stanton and Sacchi,2015)，而基于拟声/粘声各向异性弹性波的LSRTM则很少研究。由于LSRTM需要多次迭代，计算量巨大，利用改进的散射积分算法(Liu et al.,2015)不仅可以实现快速的LSRTM，而且可以考虑Hessian矩阵中多参数的耦合，进而实现多参数的同时成像。反射波局部角度域成像是一项倍受广泛关注的偏移成像技术(Xu等,2001；Sava和Fomel，2006)，可以将偏移速度分析、反射层析和成像域波动方程偏移速度分析有机地结合(Ursin,2005)。针对宽方位地震资料的三维方位保真局部角度域成像方法(Koren和Ravve，2011；Cheng等2012)能为复杂构造成像、天然裂缝系统分布特征预测和不均横应力场分析提供重要机会。但角道集的提取复杂且计算量巨大。Kirchhoff高斯束叠前深度偏移(段鹏飞等,2013)在不影响精度的前提下施加了合理近似，可以降低各向异性介质高斯束合成与偏移成像的计算成本(段鹏飞等，2014)，是上述成像算法中最快的一种，但与钻井导向的快速成像要求仍有较大差距。因此，舍弃以上理论上更加合理的偏移成像技术，而仅考虑运动学的正确性和高效性，有必要开发一种基于声波方程的快速成像方法，以适应智能导钻的技术要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法，包括以下步骤：

1)对原始地震数据进行成像前预处理，进行傅里叶变换获得频率域反射波信息d(g)；

2)统计整个观测系统中不重复的炮检点个数与坐标；

3)根据地下先验信息通过初至层析、偏移速度分析和波形反演获得初始偏移速度模型m

4)在当前偏移速度模型下获取所有不重复的炮点端频率域正传波场u

5)根据每次钻井过程当前位置获得局部偏移速度模型更新量Δm(r)，即模型扰动；

6)根据炮点端频率域正传波场u

7)随钻井过程重复执行步骤5)～6)，连续更新地下成像并显示，指导钻井方向；

8)当累积更新量超过设定阈值时或钻井次数达到设定值时，更新当前偏移速度模型，并重复执行步骤4)～7)，直至钻井结束。

所述的步骤1)中，对原始地震数据进行成像前预处理包括滤波、去噪、子波估计和去透射波。

所述的步骤6)具体包括以下步骤：

61)将模型的局部更新量作为二次散射源，计算炮点端正传波场的扰动场Δu(x,s)

62)将模型的局部更新量作为二次散射源，计算检波点端格林函数的扰动场ΔG(x,g)；

63)计算局部扰动成像ΔI(x)，则有：

ΔI(x)＝au

a＝ω

其中，a为当前中间变量，为圆频率，v为速度，x表示地下位置，s表示炮点位子，g表示检波点位置；

64)进行更新成像I(x)，则有：

其中，a

所述的步骤61)具体包括以下步骤：

611)将当前偏移速度模型下的炮点端波场u

612)根据LU矩阵获取该全空间二次源引起的波场，即为模型扰动所引起的炮点端正传波场的扰动场Δu(x,s)，则有：

Δu(x,s)＝∫

其中，G

所述的步骤62)具体包括以下步骤：

621)将当前模型检波点端波场G

622)根据LU矩阵获取该全空间二次源所引起的波场，即为模型扰动所引起的检波点端格林函数的扰动场ΔG(x,g)，则有：

ΔG(x,g)＝∫

其中，G

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、计算效率高：在模型不断迭代更新过程中，利用预先存储的炮点端波场和检波点端格林函数将模型更新量转换为散射源，再利用预先存储的LU矩阵实现散射场的快速计算，最后利用散射场计算更新像，整个过程中无需模拟背景模型的正传波场与格林函数，所以成像速度快。

二、实施方式简单且算法可移植性强：该方法在频率域实施，同时利用散射积分算法实现，方便并行，可移植性强。

三、计算效率提高的同时不影响反演精度：该方法基于波动方程的一阶近似，在Born近似条件下可以满足构造成像的计算精度要求，但为了避免误差累积，需要在模型更新一定规模后暂停随钻导向，根据更新的模型重新利用波动方程合成炮点端波场与检波点端格林函数。

附图说明

图1为本发明的技术流程图。

图2为本发明的方法原理示意图。

图3为本发明的硬件结构示意图。

图4为真实Overthrust模型。

图5为Overthrust无扰动偏移模型。

图6为Overthrust随钻局部更新模型。

图7为Overthrust无扰动模型的RTM成像结果。

图8为本发明提出的根据Overthrust局部扰动模型进行快速RTM成像结果。

图9为Overthrust模型扰动更新后的传统RTM成像结果。

图10为塔北真实地质模型(含高速火成岩)。

图11为初始塔北偏移模型(不含高速火成岩)。

图12为塔北随钻局部更新模型。

图13为塔北初始模型的传统RTM成像结果。

图14为塔北模型随钻测井局部更新后，本发明方法的快速成像结果。

图15为塔北模型更新后的传统RTM成像结果。

图16为根据塔北局部扰动模型，本发明方法的局部成像结果

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提出了面向随钻导向的声波方程频率域逆时偏移快速成像方法，该方法将测井更新模型视为散射源，然后利用入射波场、残差反传波场与散射源产生的二次波场相作用，实现更新模型下方介质的快速成像。快速成像原理示意图如图2所示：

如图3所示，本发明的具体实施方式如下：

(1)数据采集器1采集地震波信号，并对原始地震数据进行滤波、去噪、子波估计、去透射波等预处理，进行傅里叶变换获得频率域反射波数据d(g)，同时统计不重复的炮点和检波点数量与位置信息；

(2)输入设备4根据地下先验信息，利用层析成像、偏移速度分析等技术建立初始偏移速度模型m

(3)处理器2在当前偏移速度模型上，利用实际数据的观测系统进行声波方程频率域正演模拟，获得并存储炮点端频率域正传波场u

(4)输入设备4根据随钻测井情况，局部偏移速度模型更新量Δm(r)，即模型速度扰动；

(5)处理器2根据输入设备4提供的模型扰动计算局部扰动成像ΔI(x)，并更新成像I(x)后通过显示器3显示扰动成像或最终成像结果；

(6)重复步骤(4)-(5)，直至模型累积扰动量超出设定阈值或达到钻井次数上限，此时，更新初始偏移速度模型m

(7)重复执行步骤(3)～(6)，直至钻至目标层位结束；

实施例1：

本实施例将以二维Overthrust模型作为真实模型(如图4所示)，该模型共有801×187个网格，网格间距为25m×25m。在该模型上进行声波正演模拟，共正演401炮，炮间距为50m，第一炮在0m的位置，每炮的最大偏移距为4000米，最小偏移距0米。道间距为25m。在应用本发明提出的随钻导向快速成像算法的同时，传统的基于模型的逆时偏移成像也同时被应用，以证明本发明的有效性。以下是Overthrust模型的快速成像效果展示。图5为初始偏移模型，图6所示的局部扰动模型代表在图5背景模型基础上根据随钻测井获得的局部模型更新。图7～图9分别为初始模型的传统RTM成像，模型局部更新后采用本发明提出的随钻快速成像，以及根据更新模型采用传统RTM成像的结果对比。从成像结果(图7、9)的对比可以看出，模型发生局部扰动后，深部的构造形态及深度都会发生相应的变化。参考图9不难看出，开发的快速成像算法(图8)相对于无扰动模型的成像(图7)正确地对下伏构造的成像进行了改造。达到成像效果的同时，相对于传统RTM，该方法的计算效率可以提高100倍左右，有望成为实现钻井导向的快速成像手段。

实施例2：

以下为塔北模型的快速成像数值测试。图10～图12分别为含高速火成岩的真实模型、未含火成岩的初始偏移模型与随钻测井获得的局部扰动模型(真实模型与初始模型之差)。图13与图15分别为初始偏移模型与真实模型的传统RTM成像结果。图14为本发明利用随钻测井获得模型局部更新的快速成像结果。可以看出红色方框圈出的部分有所不同。偏移模型对应的成像结果(图13)由于不含高速火成岩扰动导致下方产生假的断层构造，最下方的溶洞构造也模糊不清。模型更新后，快速成像(图14)基本平复了假的断层构造，溶洞成像也清楚了一些，更接近真实模型的成像效果(图15)。

这种快速成像方法的另一个优点在于可以更加清楚地获得更新模型下方的成像结果(如图16所示)。相比于真实模型成像与初始偏移模型成像，由于“震源”的位置下沉，导致快速成像获得的更新模型下方的构造能量更强，分辨率更高。可以视实际情况选择显示局部扰动成像或整体更新成像。