地震数据的频谱整形反演和偏移的制作方法

专利名称：地震数据的频谱整形反演和偏移的制作方法
技术领域：
本说明书一般涉及地球物理勘探领域。特殊地，本说明书涉及基于反演 (inversion)和偏移(migration)的地震反射成像以估计地下物理性质(例如阻抗)和/ 或生成地下区域的地球物理模型。
背景技术：
地球物理勘探中经常利用地震、电气和储层(reservoir)性质之间的关系，从而 对地下区域的地球物理性质进行建模，例如，将源自地震和/或电磁勘查的数据用于预测 地下区域的特征的范围。然后，预测的地球物理特征用于各种勘探决策，例如，钻井数量、钻 井类型以及自储层回收(recover)资源的最佳井位。地下区域的地震性质是直接确定地下部分对地震波的反射和传输、且共同限定 至少纵波(compressional wave)速度、横波(shear wave)速度以及地下区域密度的性 质。通常采用诸如体积模量(bulk modulus)和剪切模量(shear modulus)(也称为弹性 模量)等弹性性质来表示地下部分的地震性质较为方便。也可以等效地使用地下部分的 速度和密度的各种函数表示地震性质，包括体积模量、泊松比(Possion’ s ratio), Vp/Vs 比、P波模量、阻抗和拉梅参数(Lan^parameter)。地震性质也可包括，例如各向异性和衰减 (attenuation)。地震波速度也可以随地震波的频率改变，这种现象称为频散。在地震性质中，阻抗是地震速度和密度的乘积。阻抗，也称为声阻抗且经常用符号 15表示，通常在不同的岩层之间改变，例如分界面的相对两侧具有不同的阻抗。分界面的反 射系数通常取决于分界面的任一侧上的岩石的声阻抗的比差(contrast)。具体地，岩层间 声阻抗的差异影响反射系数。地震反演是基于记录的地震反射数据确定地下区域的阻抗结 构的地球物理建模过程。地震反演技术依赖于地震反射数据，地震反射数据通常通过地震勘查和对勘查的 地震数据的分析获得。地震反射技术通常基于地球表面中地震波的生成以及对这些在地球 各层间的边界处发生反射的地震波的部分的记录和分析，其中地震波通过使用一个或更多 震源生成，例如，炸药、气枪、振动装置。图1A-1B是在两种或更多的介质之间的一个或更多 边界处的原始反射(primary reflection)生成的地震图的卷积模型视图。参考图1A，单 边界模型100表明在两种介质之间给定的边界处反射波的振幅(强度)与入射波的振幅和 一个称为反射系数的参量成比例。反射系数的值取决于两种介质的弹性参数，并且对于垂 直入射(normal incidence)，反射系数由方程式(1)给出。这种情况下的地震道含有单脉 冲，该脉冲的形状为地震子波的形状。对于垂直入射(光线垂直于反射界面)，反射系数定义为
R= (Ip2-Ip1)/(IP2+IP1)(1)在方程式(1)中，R是反射系数，并且参量Ip1和Ip2称为纵波阻抗(compressional impedance)。术语P阻抗和声阻抗通常也用于描述相同的参量。例如，纵波阻抗定义为密度和 纵波(P波)速度的乘积Ip = P Vp(2)该方程式中P是密度，并且Vp是P波速度。方程式(1)中，Ipi和Ip2分别是在反 射界面以上的地层和反射界面以下的地层的纵波阻抗。对于大量的反射边界，记录的地震 反射响应是不同边界的响应的总和。参考图1B，多边界模型150表明反射事件通常在任何给定时间被记录在每条地震 道上。然后，针对多边界反射结构记录的地震图可以视为反射率时间序列(reflectivity time series)，例如，该反射率时间序列由r(t)代表，并基于阻抗分布(prof ile) Ip (t)。如 果忽略多反射，并且由地震获取系统生成的脉冲是简单的尖峰，则记录的地震道由一系列 反射率尖峰组成，每个反射率尖峰的大小都基于方程式(1)和(2)计算。然而，入射地震波通常不是简单的尖峰，而是更宽的波形，称为地震子波w(t)。在 这种情况下，记录的地震图不是r (t)。而是每个尖峰都由被适当缩放的地震子波取代，并且 结果相加。当反射介质含有多反射边界时，产生的地震道进一步通过计算地震子波和反射 率时间序列的卷积来求值。根据方程式(1)，反射率时间序列是一系列尖峰，它们中的每个 都由单个边界生成。以刚才描述的方式组合反射率时间序列r(t)和子波w(t)的数学运算 是卷积s(t) = r(t)*w(t)(3)其中符号*表示方程式(3)中的卷积运算。方程式(3)中，记录的地震图s(t)作 为反射率时间序列r(t)和子波w(t)的卷积来计算。方程式(3)表示出的卷积模型通常称 作反射地震学的卷积模型。假设连续记录地震反射，计算垂直入射的反射系数的方程式(方程式(1))可以概 括为以下表达式r(t) = (dlp(t)/dt)/(21p(t))(4)方程式(4)中，IP(t)代表一定深度地层的阻抗值，自该地层的反射在时间t记录。 算子d/dt代表对时间的导数。自垂直入射地震数据的示例性地震反演问题相当于求解方 程⑶和⑷以确定阻抗函数Ip (t)，并假定已知记录的地震数据s (t)和地震子波w (t)。 在记录的尖峰之间的时间间隔很小的限制下，可以将反射率序列看作时间的连续函数，对 于垂直入射，该连续函数与阻抗的关系由方程式(4)给出。对于非垂直入射，反射系数的计 算被改变，但这里针对原始反射描述的卷积模型仍然有效。地震子波w(t)的估计可以通过利用测井(well log)数据实现。在井可用并且已 经收集适当的声波和密度测井时，阻抗IP(t)和反射率r(t)是已知的。然后给定r(t)和 地震道s(t)，方程式(3)可以用来解出w(t)。为使该估计充分起作用，通常需要在井处的 地下信息和地震事件之间建立精确的相关性。术语“连井(well tie)”通常用来描述建立 这种相关性的过程。所以，精确的连井是大多数反演方法的前提。上述概念也可以概括为以下情形记录的反射对应于入射波和反射波的传播路径
5之间的较大的角度，例如偏斜(oblique)入射或非垂直入射的情形。对于这种情况，卷积模 型方程式(3)仍然有效，但反射系数方程式(4)的表达式被更复杂的表达式取代，例如，含 有附加的弹性参数，例如横波速度。多种基于卷积模型的地震反演技术已经在通常的实践中应用。有色反演和频 谱整形反演是两种最近发展的地震反演技术，它们实施为频谱的简单改进。这些地震 反演技术在以下文献中进一步描述Lancaster, S.和Whitcombe，D. ,2000年，“Fast Track “Coloured” Inversion”，扩展摘要，第 70 届 SEG 年会，卡尔加里，1572-1575 ；以及 Lazaratos, S. ,2006, "Spectral Shaping Inversion For Elastic AndRock Property Estimation，，Research Disclosure,第 511 其月，2006 年 11 月。参考图2，虽然两种技术在实施上不同，但反演技术在概念上都相似。例如，通过 应用于地震数据的相位旋转(-90° )和频谱整形运算的组合执行阻抗估计。在应用相位 旋转和频谱整形运算前，地震数据通常转换为零相位，例如，对于零相位数据，地震子波的 全部频率分量被同步并组合以产生围绕子波波峰的对称子波。有色反演假设对数振幅频谱 遵循指数律，而频谱整形反演(Lazaratos)不需要该假设。另外，有色反演是严格的零偏移 (zero-offset)反演。频谱整形反演也提供在生成对弹性性质和岩石性质的估计方面有用 的附加益处。频谱整形运算通过应用滤波来实施，该滤波重整形原地震频谱以使得地震频谱与 在地下区域中的井记录的测井曲线的平均频谱相似。参考图2，图解视图200表明频谱整形 滤波如何显著地放大地震频谱中低频部分中的能量。平均本地测井曲线220和原地震频率 240的频谱显著不同，甚至在数据信噪比为正的频率范围上。频谱整形将原频谱重整形，使 其与对数频谱相似。最终频谱是整形的地震频谱260。整形运算意味着低频能量的显著放 大，如图2所示。Lazaratos[2006]提出一种数学推导，该数学推导表明在通常满足的假设下，上面 强调的频谱整形过程提供了阻抗估计，解出方程式(3)和(4)。例如，基于上面建立的卷积 模型，地震道可以由卷积方程式(5)表示 在上述表达式以及下文中，下列符号约定用来描述下列特征中的一种或更多s (t)，S (f)地震道及其傅里叶变换Squad (f) iE^it (quadrature trace)的ifH卩十w(t)，ff(f)子波及其傅里叶变换r(t)反射率Ip (t)，Ip (f) P阻抗及其傅里叶变换f低通滤波的P阻抗Δ t采样率分母中的项IP(t)可以由改变非常缓慢的函数取代，该函数仅含有Ip的趋势。实 际上，这样的函数可以通过低通滤波Ip生成，从而将频率维持在频谱的非常低的端(例如 0-2Hz)。然后该低频项可以作为简单的乘数对待并移动到卷积算子的左边。然后该卷积方程式变为(方程式(6)) 如下所述，依靠弱散射假设，显示出在数学上将卷积方程式从它的原形式变换成 方程式(6)中给出的形式的能力。P阻抗可以分解成缓慢改变的本底(background)部分 (例如低频趋势)远低于地震带宽的频率以及较高频干扰(perturbation)部分，该部分包 括在地震带宽中的改变和地震带宽以上的改变。所以，(i)干扰相对本底是弱的，并且(ii) 本底在地震子波长度范围内基本恒定。基于支持这些结论的大量观察结果，将方程式(6) 变换到频域产生方程式(7)
(7)对多个井求平均值(使用 <> 来代表求平均值运算)，得到方程式(8)
(8)其中假设地震子波在设置井的区域内恒定。根据定义，整形滤波的频率响应是平均对数频谱和平均地震频谱的比，如方程式 (9)所示整麗波淋 ^^ τ^τ (9)并将其应用于地震数据产生方程式(10)整形的地震=H(f)
(10)地震数据的地震偏移是涉及地震事件重组(rearrangement)的校正技术，因此反 射标示在其地下位置的真实图像上。参考图3，图解模型300示出，在原记录数据上，自倾 斜界面的反射记录在表面位置，该表面部位并不直接位于发生反射的表面位置的上方。另 外，地下部分中的孤立的点状不连续(点散射体)生成接收器在大范围内记录的地震事件 (衍射)，这会使地震数据的解读发生混乱。地震速度变化是原始记录数据仅提供地下地质 的失真视图的另一原因。地震偏移技术解决了上面的问题并因此用于许多地震数据处理序 列中，从而将地震记录中观察到的结构和几何构型精确描绘为使地震反射发生的地质层的 仿真。正确布置倾斜反射器的需要在图3中最佳地示出。从位于Sl的源生成、自点A并 且在同样位于Sl的接收器处记录的反射脉冲标示在Sl下面位于点A’的记录道上，选择点 A’使SlA和S1A’的长度相等(为简便起见假设地下部分速度恒定)。相似地，自点B的反 射脉冲标示在点B’的S2下面的记录道上。反射器段AB标示在错误的侧向位置A’ B’，并 且其偏角小于AB’的真实偏角。偏移是校正这种失真的校正技术。偏移前，地震记录中观 察到的结构和几何构型通常不是导致地震反射的地质层的精确描述。传统上，地震反演局限于在偏移后应用地震反演的应用，因为通常需要精确的连 井来估计地震子波。由于原“非偏移”数据形成地下部分的不精确的结构图像，因此精确的 连井通常在偏移后建立。本发明人确定需要地震反演技术，该技术可以在建模过程中的多 个阶段中应用，同时当与偏移校正技术结合以建模地下区域的阻抗时在计算上仍然是高效且精确的。

发明内容
一方面，基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法包括接收地震数据。 将反演应用于地震数据，例如，反演过程改变(整形)地震数据的频谱。然后偏移反演的地 震数据。该方面的实施可包括以下特征中的一种或更多。例如，接收地震数据可包括获得 地震反射数据。将反演应用于地震数据可包括将频谱整形反演应用于地震数据。例如，频 谱整形反演可包括应用有色反演或Lazaratos频谱整形反演。将频谱整形反演应用于地震 数据可包括将频谱整形滤波应用于原地震数据频谱，从而生成整形的地震数据频谱。可以 获得可用的测井数据的平均频谱和地震数据的平均频谱。将频谱整形反演应用于地震数据 可包括将频谱整形滤波应用于原地震数据频谱，从而生成整形的地震数据频谱。对于不同于频谱整形反演的反演方法，地震子波的估计可能是必需的，并且可以 基于声波和密度测井数据来获得该估计。频谱整形反演不需要基于声波和密度测井数据的 地震子波的估计，因此可以不在偏移整形的地震数据之前获得该估计。偏移的数据可以叠 加(stack)和/或可以将相位旋转应用于叠加的数据以生成地下阻抗的估计。相位旋转可 以是偏移的地震数据的-90度相位旋转，并且该估计可以是限带的P阻抗的估计。接收的 地震反射数据可以在应用反演前转换为零相位，并且可以将相位旋转应用于偏移的地震数 据以生成阻抗的估计。该方法可用来生成以下一种或更多种地震性质或物理性质的估计，包括限带P阻 抗、限带S阻抗、vp/vs、体积模量、剪切模量、纵波速度、横波速度、vp/vs比、拉梅常数、各向异 性参数。另一方面，基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法包括接收偏移的地 震数据和使用偏移算法和针对地下区域的简单速度模型对偏移的数据进行反偏移。频谱整 形反演应用于反偏移的地震数据。整形的地震数据通过偏移算法和地下区域的简单速度模 型被偏移。该方面的实施可包括以下特征中的一种或更多。例如，地下区域的简单速度模 型可包括地下区域的恒定速度模型。地下区域的偏移算法和简单速度模型可包括地下区 域的恒定速度Stolt偏移模型。地下区域的简单速度模型可包括地下区域的横向不变 (laterally invariant)模型。偏移的地震数据可包括地震反射数据。地震反射数据可在应 用反演之前转换为零相位，和/或相位旋转可应用于偏移的地震数据以生成阻抗的估计。 应用于地震数据的频谱整形反演可包括将频谱整形滤波应用于反偏移的地震数据频谱，从 而生成整形的地震数据频谱。相位旋转可应用于重偏移的数据，从而生成地下阻抗的估计。相位旋转的应用可 包括将-90度相位旋转应用于偏移的地震数据，并且该估计可以是限带P阻抗的估计。地 震数据可以在数据反演或偏移之前和/或之后叠加。相位旋转可以应用于叠加的地震数据 以生成阻抗的估计。该方法可用来生成一种或更多种以下地震性质或物理性质的估计，包括生成限带 P阻抗、限带S阻抗、Vp/Vs、体积模量、剪切模量、纵波速度、横波速度、Vp/Vs比、拉梅常数以及各向异性参数中的一种或更多的估计。另一方面，基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法包括接收地震反射 数据。地震数据被偏移。频谱整形反演滤波应用于偏移的地震反射数据。将相位旋转应用 于叠加的地震数据以生成地下区域的阻抗的估计。该方面的实施可包括以下特征中的一种或更多。例如，将频谱整形反演滤波应用 于偏移的地震反射数据可包括计算多维频谱整形算子，执行偏移数据的多维傅里叶变换， 将计算的多维频谱整形算子与偏移数据的多维傅里叶变换相乘，以及应用多维傅里叶逆变 换。计算多维频谱整形算子可包括2-D或3-D傅里叶变换。可以对基于地震反射数据的频谱的偏移脉冲响应执行2-D或3-D傅里叶变换，并 且可以对基于地震反射数据的整形频谱的偏移脉冲响应执行2-D或3-D傅里叶变换。将频 谱整形反演滤波应用于地震反射数据可包括在将频谱整形反演应用于地震反射数据之前， 通过偏移算法和地下区域的简单速度模型将偏移的地震数据反偏移；将频谱整形反演应用 于反偏移的地震数据；和/或通过偏移算法和地下区域的简单速度模型将整形的地震数据 重偏移。另一方面，计算机程序产品在机器可读存储设备中有形地实施，该计算机程序产 品包括指令，指令在运行时使硬件系统(例如显示装置或其它输出装置)通过接收地震反 射数据、将地震反射数据偏移，并将频谱整形反演滤波应用于地震反射数据来基于地震数 据生成地下区域的地球物理模型。相位旋转可以应用于叠加的地震数据频谱，从而生成地 下区域的阻抗的估计。频谱整形反演滤波可以在偏移地震数据前应用。可替换地，频谱整 形滤波可以在偏移地震数据后应用，例如，可以计算多维频谱整形算子并将其与偏移数据 的傅里叶变换相乘，继之以多维傅里叶逆变换，和/或可以在初始的偏移处理后将偏移的 数据反偏移、整形，然后重偏移。例如，有形的计算机可读存储介质包括，在其上实施的计算机程序，该计算机程序 被配置为，由处理器运行时基于地震数据生成地下区域的地球物理模型，介质包含一个或 更多代码段，其被配置为接收地震反射数据；将地震数据偏移；将频谱整形反演滤波应用 于地震反射数据；将地震数据叠加；并将相位旋转应用于叠加的地震数据频谱，从而生成 地下区域的地球物理性质的估计。通过以下方式中的至少一种，应用频谱整形反演滤波以 减小倾斜能量的放大(i)在偏移数据前应用频谱整形反演滤波；(ii)在应用频谱整形反 演滤波和将反演的数据重偏移前将偏移的数据反偏移；以及(iii)计算多维频谱整形算子 并将多维频谱整形算子与偏移的数据的傅里叶变换相乘。另一方面，生成地球物理性质的估计的示例性硬件系统被配置为基于例如通过水 听器和/或地震检波器获得的地震数据生成地下区域的地球物理模型，接收地震反射数 据，偏移地震反射数据，并将频谱整形反演滤波应用于地震反射数据。相位旋转可以应用于 叠加的地震数据频谱，从而生成地下区域的阻抗的估计，例如，该估计可以通过系统的显示 组件显示。频谱整形反演滤波可以在偏移地震数据前应用。可替换地，频谱整形滤波可以 在偏移地震数据后应用，例如，多维频谱整形算子可以被计算并与偏移数据的傅里叶变换 相乘，或者在初始的偏移处理之后偏移的数据可以反偏移、整形，然后重偏移。地球物理模 型可以在硬件系统的显示组件上显示。另一方面，从地下区域生产碳氢化合物的方法包括基于地震数据生成地下区域的地球物理模型。生成地球物理模型进一步包括接收地震反射数据；将地震数据偏移；将频 谱整形反演滤波应用于地震反射数据；将地震数据叠加；将相位旋转应用于叠加的地震数 据频谱，从而生成地下区域的地球物理性质的估计。通过以下方式中的至少一种，来应用该 频谱整形反演以减小倾斜能量的放大(i)在偏移数据前应用频谱整形反演滤波；(ii)在 应用频谱整形反演滤波和将反演的数据重偏移前使偏移的数据反偏移；以及(iii)计算多 维频谱整形算子，并将多维频谱整形算子与偏移的数据的傅里叶变换相乘。向生成的地球 物理模型中解释为可能含碳氢化合物的地岩层钻井。碳氢化合物从井中产出。


图IA是背景技术的地震图的卷积模型，该卷积模型由两种媒介之间的单边界处 的原始反射生成。图IB是背景技术的地震图的卷积模型，该卷积模型由媒介之间的多边界处的原 始反射生成。图2是背景技术的地震频谱和对数频谱的振幅和频率做比较的图解视图。图3是标示的背景技术的反射脉冲示意图，其示出偏移的反射器段和失真的反射 器段。图4是偏移脉冲响应的时间与道号的图解视图。图5A是没有频谱整形的限带子波的未整形的偏移脉冲响应的视图。图5B是将频谱整形滤波应用于图5A的偏移脉冲响应后产生的结果视图。图5C是将频谱整形滤波应用于生成图5A的脉冲响应的输入脉冲并将整形的输入 脉冲偏移所产生的结果视图。图6A是包括偏移和反演的估计地下部分的物理性质的处理流程图。图6B是基于在偏移后应用的频谱整形反演来估计地下部分的物理性质的处理流 程图。图7是基于在偏移前应用的频谱整形反演来估计地下部分的物理性质的处理流 程图。图8是基于偏移、具有简单速度模型的反偏移、频谱整形反演和具有简单速度模 型的重偏移来估计地下部分的物理性质的处理流程图。图9A是图解视图，其示出沿图5A的偏移脉冲响应的正确的相对振幅变化和沿图 5B的偏移脉冲响应的相对振幅变化(频谱整形后偏移)。图9B是示出相对图5A中的偏移脉冲响应并在偏移速度范围上的振幅变化的图解 视图。图10是示出通过在偏移前或偏移后应用频谱整形反演所生成的频率-波数(F-K) 频谱的比较流程图。图IlA是生成偏移脉冲响应的整形的频率_波数(F-K)频谱的过程视图(后偏 移)。图IlB是生成偏移脉冲响应的整形的频率_波数(F-K)频谱的过程视图(在偏移
、产.\
IIJ ) °图12是根据一维(仅频率)整形算子来构建二维(频率_波数)整形算子的处
10理流程图。图13是构建二维整形算子的可替换的处理流程图。图14是估计地下部分的物理性质的处理流程图，该处理包括应用多维频谱整形 滤波以执行地震反演。图15A是测试地震数据的屏幕截图。图15B是应用在示例性的反偏移/频谱整形/重偏移处理后的测试地震数据的屏 幕截图。图15C是在应用后偏移频谱整形滤波后的测试地震数据的屏幕截图。图16A是偏移的CDP道集(gather)和对应的速度相似面板(velocitysemblance panel)的屏幕截图。图16B是在偏移后应用了频谱整形反演的偏移的CDP道集和对应的速度相似面板 的屏幕截图。图16C是在偏移前应用了频谱整形反演的偏移的⑶P道集和对应的速度相似面板 的屏幕截图。图17是基于在偏移前应用频谱整形反演来生成具有一种或更多性质的地球物理 模型的示例性处理流程图。图18是基于反偏移/整形/重偏移技术来生成具有一种或更多性质的地球物理 模型的示例性处理流程图。图19是基于在叠加后应用3-D或2-D频谱整形滤波来生成具有一种或更多性质 的地球物理模型的示例性处理流程图。图20是基于在叠加前应用3-D或2-D频谱整形滤波来生成具有一种或更多性质 的地球物理模型的示例性处理流程图。本发明将结合其优选实施例进行说明。然而，就以下详细描述具体到本发明特定 实施例或特定用途这方面来说，仅为了说明而不能理解为限制本发明的范围。相反，本发明 意在覆盖可以包括在权利要求定义的本发明的精神和范畴内的所有替换、修改和等效物。
具体实施例方式一方面，本发明人确定频谱整形在数学上等效于实现相同目的其它反演方法。另 外，本发明人还发现了频谱整形反演的多个计算上的优点，这些优点在以前还没有被采用 传统地震反演技术的其他人认识到。因此，频谱整形反演的行为可以推广到其它类型的反 演过程，只要这些反演过程基于卷积模型。例如，频谱整形反演的一个优点是频谱整形反演 不需要对地震子波w(t)的估计，这一点与其它反演方法不同，因此，频谱整形反演并不依 赖于精确的连井。因此，对可用的测井数据的平均频谱和地震数据的平均频谱的知识足以 执行此反演。本发明人确定频谱整形反演不需要对地震子波的估计，并且因此，频谱整形反演 是可以有利地在偏移之前或之后执行的反演技术。例如，假设没有其它考虑因素，由于以下 原因，反演技术通常在偏移后应用。首先，大型的现代3D地震数据集的偏移通常是非常耗 时且昂贵的处理。由于通常需要原始记录数据的偏移版，所以生成频谱整形的反演数据的 偏移版通常增加额外偏移操作的成本。因此，如果在偏移后应用反演技术，则只需要将数据偏移一次。其次，频谱整形滤波设计中的任何改变都需要额外的偏移操作以生成最终结果， 并且这进一步提高了处理成本。由于这些原因，背景技术中的标准实践是在偏移校正技术 应用于数据之后应用反演技术，特别是频谱整形应用。然而，如下所述，改变偏移和反演的应用次序产生非常不同的最终结果，这些最终 结果可以以各种方式有利地利用。此外，本发明人也确定，应用地震反演处理使地震事件的 相对振幅失真，例如人为地放大陡倾(steep dip)，其中地震反演处理对偏移的地震数据采 用具有单个、时间独立的子波的卷积模型。图4中示出针对恒定速度介质的的典型偏移脉冲响应400的时间与道号。参考图 4，反演对偏移脉冲响应的作用有益于证明偏移后应用反演的影响。偏移处理的输出是输入 为局部脉冲时由脉冲响应400定义的。由于输入到偏移的地震数据可以被认为恰好是这些 脉冲的重叠，因此理解单脉冲所发生的行为会充分表征针对任何给定输入的偏移行为。如 图4所示，子波在偏移后是倾斜依赖的(dip-dependent)，其中较低频率的子波相应于高倾 斜440。例如，图4中所示的关系在以下文献中进一步描述Levin，S. Α.，1998,"Resolution In Seismic Imaging :Is It All A Matter Of Perspectives ？”，Geophysics, 63, 743-749 ；以及 Tygel，M. , Schleicher, J.，和 Hubral，P. , 1994,"Pulse Distortion inDepth Migration =Geophysics", 59,1561-1569。零倾斜子波420与输入的频率相同。尽管人们已经认识到偏移使地震子波失真的事实，但地震反演的含义还没有被完 全理解。由于子波在偏移后是倾斜依赖的，因此卷积模型(方程式3)在偏移后通常无效， 例如方程式(3)假设了不依赖倾斜的子波。本发明人确定忽视此事实的后果影响偏移后应 用的反演算法，并且这些后果在下文中更详细地描述。图5A是没有频谱整形的限带子波的未整形的偏移脉冲响应501A的视图。图5B 是将频谱整形滤波应用于图5A的偏移脉冲响应产生的结果视图。图5C是将频谱整形滤波 应用于生成图5A的脉冲响应的输入脉冲并将整形的输入脉冲偏移产生的结果视图。参考 图5A和5B，示出应用频谱整形滤波之前501和之后502的偏移脉冲响应，例如，频谱整形滤 波通常在有色反演或频谱整形反演中应用。脉冲响应502表明陡倾的侧翼502A的显著放 大，例如与原响应501A相比。参考图2的描述，用于反演的频谱整形滤波显著放大地震频 谱低频部分的能量。然而，脉冲响应的陡倾部分具有比平坦部分频率低的子波的事实不是 频谱整形的结果。如下文中更详细的描述，偏移脉冲响应的陡倾部分具有比平坦部分频率 更低的子波。这里观察的行为的后果是，在偏移后应用频谱整形导致陡倾能量、信号或噪音 被过度放大。然而，参考图5C，本发明人确定应用相同的频谱整形滤波，然后偏移，导致脉冲响 应503，该脉冲响应503具有在平坦部分和陡倾部分503A之间恰当保持的相对振幅。因此， 沿图5C中脉冲响应的相对振幅变化与图5A中沿脉冲响应的相对振幅变化非常相似，而图 5B中所示的相对振幅变化显著改变。图6A-6B是包括偏移校正技术和反演的估计地下部分的物理性质的处理流程图。 特别地，概括的流程图描绘了两个反演实践600、650。参考图6A，在处理600中，在偏移步骤 610后应用反演步骤620。反演处理620通常应用于偏移的数据，从而生成地下阻抗的估计， 和/或一种或更多其它地震性质或物理性质的估计，例如纵波速度、横波速度、地下区域密 度、体积模量和/或剪切模量(也称为弹性模量)的估计。可替换地或此外，处理600、650
12可以用来生成限带P阻抗、限带S阻抗、Vp/Vs、体积模量、剪切模量、纵波速度、横波速度、Vp/ Vs比、拉梅常数以及各向异性参数的一种或更多的估计。参考图6B，在处理650中，在偏移步骤660后应用频谱整形反演步骤670。另外， 相位旋转，例如-90°，在步骤680中应用于整形且偏移的数据，从而生成地下阻抗和/或其 它一种或更多的地震性质或物理性质的估计。示例性处理可含有几个附加的处理步骤，但 在处理600、650中，反演620、670都是在偏移后应用。如上所述，通过图6A的流程图，可以 在非常通用水平上总结当前的反演实践，其中图6A示出偏移610后反演620，从而估计阻抗 和/或其它岩石性质。处理650中，频谱整形反演步骤670，例如应用前面描述的频谱整形 滤波(Lazaratos)或有色反演，应用于偏移的数据660。参考图6B，频谱整形670通常在偏 移660后应用，继之以-90°的相位旋转680和/或进一步处理，从而估计阻抗和/或其它 岩石性质，例如由Lazaratos (2006)概述的岩石性质。然而，本发明人确定当前的方法，例如处理600、650，忽略了偏移后子波的倾斜依 赖，并且因此过度放大陡斜能量、信号或噪音。所以，本发明人开发了执行地震反演的技术， 该技术在最优化计算效率和/或精确性的同时避免倾斜能量的放大。图7是基于在偏移前应用频谱整形反演来估计地下部分的物理性质的处理的流 程图。参考图7，执行相对偏移的地震反演的第一处理700包括将频谱整形反演710应用于 地震数据，接下来偏移整形的数据720，以及附加处理步骤730，例如，应用-90°相位旋转， 从而估计地下阻抗和/或其它地震和物理性质。另一可选步骤可包括在处理700的一个或 更多步骤之前、之后或与处理700的一个或更多步骤同时叠加数据。总之，尽管通常的地震 处理工作流程可以含有几个附加处理步骤，但当反演710在偏移720之前执行时处理700 是特别有利的。本发明人确定，在偏移前应用频谱整形滤波，例如，Lazaratos频谱整形反演或有 色反演，进一步优化结果。与通常需要地震子波的估计(例如经常通过连井获得)的其它 反演技术不同，地震数据频谱的估计是频谱整形所需要的全部。进一步地，可以可靠地获得 地震数据频谱的估计，甚至在记录的反射器的几何构型成像不精确的情况下，例如，由于几 何构型可以在任何校正之前，例如，通过偏移720。如果在偏移720前地震子波独立于反射 器倾斜，则与陡倾能量的放大有关的任何问题被减少和/或消除。在频谱整形710和偏移720后，应用-90°相位旋转和/或应用附加处理。例如， Lazaratos (2006)描述了可以与频谱整形反演技术结合应用或确定的附加处理技术和/或 性质。可替换地或另外，任何本领域技术人员将会认识到，一个或更多的标准地震处理步骤 可以在频谱整形与偏移之前和/或之后应用。例如，其它处理技术可包括以下处理中的一 个或更多，例如去符号(de-signature)处理、反虚反射(de-ghosting)处理、随机噪声衰 减、多次波衰减(multiple attenuation)、去卷积处理和/或叠加与偏移速度的估计。关于 偏移720，处理700表明在大范围的偏移算法上的有利结果，并且处理700因此不限于任何 特定的偏移技术。如前所述，地震反演，特别是频谱整形，在目前的实践中通常在偏移后应用。特殊 地，反演通常在偏移后应用，从而避免耗时的偏移处理的多个数据操作。然而，本发明人 确定，在偏移后应用反演的接受实践会导致一种或更多的限制。具体地，参考图5A-5C和 6A-6B的描述，目前的地球物理技术忽略了偏移后子波的倾斜依赖，并且因此，过度放大陡倾能量、信号和/或噪声。所以，结合图7描述的处理700颠倒频谱整形反演和偏移的次序， 这种方式提高了整个处理估计地下性质(例如阻抗)的能力。图8是基于偏移、具有简单速度模型的反偏移、频谱整形反演以及具有简单速度 模型的重偏移估计地下部分的物理性质的处理800的流程图。可替换的处理800也解决偏 移后子波的倾斜依赖，并因此不过度放大陡倾能量，例如，信号和/或噪音。在处理800中， 首先偏移地震数据810。在偏移810后，反偏移技术820、频谱整形反演技术830以及重偏 移技术840应用于先前偏移的数据810。另外，可以在应用反偏移820、整形830以及重偏 移840之后应用相位旋转和/或其它计算和/或成像处理850。与在偏移之前应用频谱整 形从而实现高精确性结果的处理700相比，处理800提供了一种改善当前处理技术精确性 的方式同时提供了一种计算强度小于处理700的可替换技术。具体地，由于通常要求地震 数据集的额外偏移，因此可以认为处理700对于一些应用并不实用。例如，如果总是需要未 整形的原记录数据的偏移版，则必须偏移原数据集、整形数据集以及将整形的数据集再次 偏移。在处理800中，以额外偏移的计算负载和成本的一小部分取得了基本相等的结果。处理800包括将偏移的输入数据反偏移820，例如，使用相对快速且便宜的偏移技 术。例如，采用非常简单速度模型(例如恒定速度Stolt偏移)或横向不变模型的偏移技 术通常产生快速且便宜的偏移技术。Stolt，R. H.，1978年发表的“Migration By Fourier Transform =Geophysics, ”43，23-48进一步描述示例性的Stolt偏移。具体地，反偏移是偏 移的逆。因此，反偏移处理接收地震数据集的偏移版作为输入，并输出原数据集的近似。另 外，对于几类偏移算法(例如，包括早先提到的Stolt偏移)反偏移处理被很好地理解。偏移和反偏移算法的成本主要取决于使用的速度模型，例如，通过简单模型导致 相对快速的计算时间并降低成本。速度模型是所研究的地下部分的模型，其中代表地震波 传播速度的值在跨该区域的不同位置分配。因此，简单模型，例如，恒定速度模型或横向不 变模型，以跨地下区域的相对各向同性的(isotropic)速度值应用速度模型。在步骤830 中，频谱整形滤波应用于反偏移的数据。在步骤840中，频谱整形且反偏移的数据被重偏 移，该重偏移使用的偏移算法和速度模型与反偏移步骤820中采用的偏移算法和速度模型 相同。所以，如果在步骤820中使用Stolt偏移算法和恒定速度模型，则在整形后使用Stolt 偏移算法和恒定速度模型将数据重偏移。反偏移/整形/重偏移处理800生成非常近似于处理700中实现的估计的结果， 例如，地下阻抗的估计。即使用于反偏移处理和重偏移处理的偏移速度与跨实际区域的真 实地球速度(earth velocity)显著不同，本发明人确定处理800证实了有利的精确性外加 计算效率。因此，反偏移/整形/重偏移处理800的技术相对于在偏移后应用频谱整形运 算的现有实践有了提高，例如，甚至在以速度模型执行时，其中该速度模型以前被看作是相 对不精确的和/或简单速度模型，例如，恒定速度模型。图9A是图解视图，其示出沿图5A的偏移脉冲响应的相对校正振幅变化以及沿图 5B的偏移脉冲响应的相对校正振幅变化(频谱整形后偏移)。图9B是图解视图，其示出与 图5A的偏移脉冲响应有关的偏移速度范围内的振幅变化。参考图9A，以正确速度(例如， 已知速度)应用的偏移的图解视图900被示出具有沿图5A的偏移脉冲响应910的正确的 相对振幅以及沿图5B的响应、对应于偏移后应用频谱整形920的相对振幅。参考图9B，图 解视图950示出在某速度范围内反偏移/整形/重偏移，例如处理800，其证明沿偏移脉冲响应的与相对幅度变化对应的多条曲线。处理800的输入数据是图5A的偏移脉冲响应。 图9B中示出的每条曲线都与不同的速度相对应，例如，在正确的(实际的)速度970的大 约75%到150%的范围内变化的一组曲线960。与正确速度相对应的结果910、970分别在 图9A和9B中以箭头示出。图9B中，由曲线组960描述的变化与图9A中示出的在偏移后 整形所实现的等效结果相比鲁棒性更好。因此，即使在反偏移和重偏移步骤以与实际值显著不同的速度执行时，偏移算子 的振幅变化与在偏移后应用频谱整形时实现的振幅变化相比更加近似于正确结果。该结果 对于偏移速度值的相对不敏感性(insensitivity)是观察结果之一，其支持上文所述的反 偏移/整形/重偏移处理800。由于反偏移/整形/重偏移处理800甚至可应用非常简单 的偏移算法，例如，仅用恒定速度模型或横向不变模型，因此通过处理800实现了鲁棒性计 算处理。由于此类算法的计算效率，反偏移/整形/重偏移处理800可以相比处理700 (在 偏移前频谱整形)快几个数量级且便宜几个数量级。图10是比较流程图，其示出由处理1000通过在偏移前或偏移后应用频谱整形反 演生成的频率-波数(F-K)频谱。如果采用恒定速度的地下部分，则反偏移/整形/重偏 移处理800可以通过在偏移后应用的单独算子等效执行。参考图2，与频谱整形类似的是变 换原数据的频谱的算子。频谱整形概念被延伸为不仅修改频率(时间的)，而且修改数据的 波数(空间的)频谱，例如，如处理1000所示(图10)。地震数据的二维频谱或三维频谱 被整形，而不整形地震数据的一维频谱，例如，通过沿时间维的地震道的傅里叶变换生成的 一维频谱。对于2-D地震数据，频谱通过沿时间和水平距离(例如沿χ轴)的地震道的二 维傅里叶变换生成。对于3-D地震数据，频谱通过沿时间和两个水平维度(例如沿χ轴和 y轴)的地震道的三维傅里叶变换生成。参考图10，图5A-5C的偏移脉冲响应501-503，例如，与对应的二维频谱1010、 1040、1050 —起示出的未整形的501、偏移后整形的502和偏移前整形的503。频谱的纵轴 是频率(F)，横轴是波数(K)。波数是空间变化的量度，类似于频率是时间变化的量度。频 谱整形后，低频能量在很大程度上得到提高。然而，通过偏移前频谱整形1030生成的前偏 移整形频谱1050和通过偏移后频谱整形1020生成的后偏移整形频谱1040之间存在显著 差异。偏移后整形1020增强了针对所有波数值的低频能量，并且大波数的值的大幅度提高 对应脉冲响应的陡倾侧翼的增亮。相反，在偏移前整形1030，只有小波数、二维频谱的低频 部分被提高。图IlA是通过在偏移后应用整形生成偏移脉冲响应的频率-波数(F-K)频谱的处 理的视图。图IlB是通过在偏移前应用整形生成偏移脉冲响应的频率-波数(F-K)频谱的 处理的视图。参考图11A-11B，偏移后频谱整形1100的效果和偏移前频谱整形1150的效果 在二维傅里叶(F-K)域中表示。在这两种情况下，都是通过将原响应1110、1160的频谱与 整形算子1120、1170的频谱相乘来整形偏移脉冲响应。然而，后偏移频谱整形和前偏移频谱整形情况的算子有很大不同。参考图11A，后 偏移频谱整形基本上是一维的，例如，整形算子仅取决于频率，并且对于所有波数都是相同 的。参考图11B，前偏移频谱整形是二维的，例如，整形算子的值可以随频率或波数中任一 个的变化而变化。对于恒定速度，使用I-D整形算子(仅频率)的前偏移整形等效于使用 2-D算子(频率-波数)的后偏移整形，如图11A-11B所示。
偏移脉冲响应1110、1160的整形可以在二维(F-K)傅里叶域中实施，通过将原响 应的频谱与整形算子的频谱相乘来实现整形响应1130、1180。两种情况的算子的F-K频谱 1120、1170之间的不同也是明显的。后偏移频谱整形1120具有对于所有波数都相同的F-K 频谱响应。事实上，波数轴被忽略，并且算子仅以频率轴为基础设计，例如，实际上的一维算 子。前偏移整形1170，实际上相当于二维算子，其值不但取决于频率，而且取决于波数。一 维频谱整形提高低频1130的小波数和大波数，而二维频谱整形仅提高频谱1180的小波数、 低频部分。对于所述速度恒定的情形，频谱整形可以用两种方式正确地应用(i)应用一维 (仅频率)频谱整形，然后偏移；(ii)偏移，然后应用二维(频率_波数)频谱整形。对于 速度恒定的情形，频率-波数频谱独立于算子位置(例如，峰值时间)，因此恒定速度方法是 可行的。然而，在速度可变时，这些假设不再为真。一维偏移前频谱整形和二维偏移后频谱 整形的等效性(在恒定速度的情况下)可以容易地解释。众所周知，对于恒定速度偏移，偏 移数据的F-K频谱Pm与未偏移数据的F-K频谱Pu通过以下关系关联Pm [FtK)= P^-JF2 + Κ2(ν 2πΥ ,Λ)(11)其中F是频率，K是波数，ν是偏移速度。该关系意味着F-K频谱中的能量在偏移 后移至低频，但保持在相同的波数。方程式(11)示出F-K频谱如何通过偏移变换。一维 (仅频率)整形滤波Su的F-K频谱(例如图IlA中所示的后偏移的情况)并不取决于K， 且符合方程式(5)，在偏移后滤波变换至符合方程式(12)的真正的二维F-K滤波SM:
(12)图12是根据一维(仅频率)整形算子1215来构建二维(频率_波数)整形算子 1225的处理1200的流程图。参考图12，二维(频率-波数)整形算子1225的构建1220 基于在步骤1210中设计的一维(仅频率)整形算子1215。对于恒定速度，或者在偏移前应 用一维算子，然后偏移，或者在偏移后应用二维算子以实现相同结果。在任一情况下，结果 都不受陡倾放大问题影响。参考图13，构建二维整形算子1380的可替换处理1300需要地震频谱1310的估 计。采用恒定速度，可以在偏移后应用算子1380，从而以具有作为倾斜的函数的正确振幅 变化产生频谱整形的数据，例如，没有受陡倾放大问题影响。第一，使用原估计的地震数据， 构建偏移脉冲响应1330。在将频谱整形1320应用于频谱1310后，偏移脉冲响应也被构建 1340，例如，使用传统的一维(仅频率)频谱整形算子。使用二维傅里叶变换，计算这两个 脉冲响应中的每个的二维(频率(F)-波数(K))频谱1350、1360。获得这些二维频谱的比 率1370，例如，比率1370定义了二维整形算子的频率响应。为了将偏移的地震数据频谱整 形，二维傅里叶变换被计算，并且该变换与上文中推导出的二维整形算子的频率响应相乘。 通过逆变换(inverse transform back)生成频谱整形的偏移的数据，其不受陡倾放大问题 的影响。图14是估计地下部分的物理性质的处理1400的流程图，该处理1400包括应用多 维频谱整形滤波1430用于执行地震反演。参考图14，其示出基于多维频谱整形的示例性的 地震反演处理1400。偏移的数据集在步骤1410中创建。建立地震频谱1415，并且计算多维的、频谱整形算子的频谱1425。对偏移数据执行多维傅里叶变换，(如2-D或3-D傅里叶 变换)1420。在步骤1430中，多维频谱整形算子1425与步骤1420的结果相乘1430。多维 (2-D或3-D)傅里叶逆变换在步骤1440中执行，并且相位旋转(例如-90° )连同任何附 加处理被应用1450，从而估计一种或更多地下区域的物理性质或地震性质，例如阻抗。处理1400可以应用于二维数据(水平距离和时间)和/或可以容易地对3-D数 据进行归纳。三维情况的主要不同是，例如，计算的是三维(频率(F)-X波数(Kx)-Y波数 (Ky))频谱而不是二维(F-K)频谱。如果采用恒定速度的地下部分，则多维频谱整形方法与 上文所述的反偏移/整形/重偏移处理800相比计算上更加有效。图15A是测试地震数据的截图1500。图15B是在应用示例性的反偏移/整形/重 偏移处理后的测试地震数据的截图1510。图15C是应用偏移后频谱整形滤波后的试验地 震数据的截图1520。参考图15A-15C，在1510和1520中应用了相同的整形滤波。然而，图 15B中示出的结果1510表明原测试数据1500的信噪比显著改善。进一步地，结果1510明 显优于图15C中实现的结果1520。数据的信噪比的改善是显然的，例如，图15C中通过简单 的偏移后频谱整形实现的结果1520劣于图15B示出的结果1510。具体地，图15C中的噪声 具有垂直的外观，例如，术语“幕效应”有时在实践中用来描述该类噪声，因为噪声主要包括 通过偏移后频谱整形增强的陡倾部分。图16A是偏移的共深度点(common depth point, CDP)道集1605与对应的速度 相似面板(velocity semblance panel) 1608 的截图 1600。图 16B 是偏移的 CDP 道集 1615 与对应的速度相似面板1618的截图1610，其在偏移后应用频谱整形反演。图16C是偏移 的⑶P道集1625与对应的速度相似面板1628的截图1620，其在偏移前应用频谱整形反演。 参考图16A-16B，地震事件1625和相似波峰1628的清晰度(clarity)明显较为优于频谱整 形先于偏移应用的时候，如图16C中1620，1628。参考图16A，其示出偏移的共深度点(⑶P) 道集1605和关联的速度相似面板1608。CDP道集是与源自相同地下点但处于不同入射角 的反射相对应的地震道的集合。速度相似性度量在不同的时间地震事件的相干性。在相似 面板内的相似波峰(亮的振幅)的水平位置提供用于展平(flattening)和叠加产生地震 事件的CDP道集内的地震事件的地震速度的度量(例如求和)。总之，相似性定义得越亮且 越好，确定速度变得更简单。参考图16B-16C，其分别示出在偏移后应用频谱整形对道集与 相关相似面板的效果以及与在偏移前应用频谱整形相等效的结果。在频谱整形先于偏移应 用时，地震事件和相似波峰的清晰度是较优的，例如图16C(1625、1628)。上面说明了许多实施例。然而，应该理解，可以在不背离本发明的精神和范畴的情 况下做出多种变化。例如，尽管前述实施描述了频谱整形反演滤波的应用，但可替换的反 演算法也可以在偏移后应用，例如，如果在偏移后应用另一反演算法，则会出现通过频谱整 形反演观察到的同样放大的陡倾能量。尽管本文描述的方法在地震反演的范围内介绍，但 这并不是该技术仅有的可能应用。将该方法应用于CDP道集，如同最后例子一样，通常显著 改善道集的信噪比。然后改善的道集可以用于更精确的速度估计和振幅对炮检距(AVO)分 析。尽管上述处理与在与地震反演中遇到的频谱整形滤波结合介绍，但是可以容易地扩展 相同的概念，从而改善任何应用于偏移的地震数据的滤波处理的振幅-保持特征，例如平 坦事件对倾斜事件的比率，滤波处理所应用的偏移地震数据例如带通滤波、频谱分解。可以将一种或更多的附加处理技术应用于数据，例如，在上述一种技术中执行频谱整形和/或偏移之前和/或之后。例如，可以包含到上述处理的一种处理或更多处 理中的一种或更多附加的、示例性的处理技术包括去符号处理、反虚反射处理、随机噪 声衰减、多次波衰减、去卷积处理、叠加与偏移速度的估计或在Lazaratos的“Spectral ShapingInversion for Elastic and Rock Property Estimation，，，2006 中进一步描述白勺 其它处理技术。一种或更多的附加处理技术可以在上文所述的处理步骤之前、之后或中间 执行，例如，在地震数据的获得之间，并且在将数据转换为零相位前。数据通常在应用任何 偏移和/或反演技术(例如频谱整形反演)前转换为零相位。如果需要，可以使用整形的 地震数据以及在应用相位旋转之前生成的一个或更多的叠加来细化(refined)偏移的数 据的叠加速度，例如，可以生成角度叠加，并且可以应用-90°相位旋转和适当的线性组合 于生成的角度叠加，从而生成限带P阻抗和限带S阻抗、NvZNs和/或其它地震性质或物理 性质的估计。数据可以在任何数据的频谱整形之前或之后叠加，例如，叠加可以在偏移后且反 演后、偏移后且反演前和/或全部数据处理程序中的其它点执行。例如，图17是示例性处 理1700的流程图，该处理1700基于在偏移前应用频谱整形反演生成具有一种或更多性质 的地球物理模型。图18是示例性处理1800的流程图，该处理1800基于反偏移/整形/重 偏移技术生成具有一种或更多性质的地球物理模型。图19是示例性处理1900的流程图， 该处理1900基于在叠加后应用3-D或2-D频谱整形滤波生成具有一种或更多性质的地球 物理模型。图20是示例性处理2000的流程图，该处理2000基于在叠加前应用3-D或2-D 频谱整形滤波生成具有一种或更多性质的地球物理模型。参考图17，处理1700生成限带P阻抗、限带S阻抗、/\，和/或其它弹性性质或 其它岩石性质中的一个或更多的估计。总之，通过在偏移之前应用频谱整形，处理1700以 声波反演和弹性反演为基础。获得地震数据1710，并且对地震数据执行任何其它要求的处 理技术1720。例如，其它处理技术可包括以下处理中的一种或更多，例如去符号处理、反虚 反射处理、随机噪声衰减、多次波衰减、去卷积处理和/或叠加与偏移速度的估计。接下来 数据转换为零相位1730，并且生成地震频谱的估计1740。频谱整形滤波应用于数据1750， 并且偏移整形的数据1760。在步骤1770中，如果需要，则使用整形的地震数据细化叠加速 度。根据要求的地球物理模型叠加数据1780、1785。例如，如果需要估计限带P阻抗、限带 S阻抗、/\，和/或其它弹性性质或其它岩石性质，则在步骤1785中生成角度叠加，并且 应用-90°相位旋转和适当的线性组合生成要求的估计。如果限带P阻抗是要求的估计，则 叠加数据1780，并且应用-90°相位旋转生成限带P阻抗的估计。基于地震道之间一些共 同标准，叠加1780、1785产生叠加的数据段。例如，根据具有相同或相似角度、共同的源接 收器中点、共同的地下成像位置和/或其它共同标准的地震道，地震数据可以叠加，例如组
I=I O参考图18，处理1800也生成限带P阻抗、限带S阻抗、Vp/Vs和/或其它弹性性质 或其它岩石性质中的一种或更多的估计。然而，通过应用反偏移/整形/重偏移，处理1800 以声波反演和弹性反演为基础。在处理1800中，应用反偏移/整形/重偏移在任何叠加之 前发生，例如，叠加1890或生成角度叠加1895。具体地，获得地震数据1810，并且对地震数 据执行任何其它要求的处理技术1820。接下来数据转换为零相位1830，然后偏移1840。然 后偏移的数据以简单速度模型被反偏移1850，生成地震频谱的估计1860，并且频谱整形滤
18波应用于数据1870。然后通过与反偏移步骤1850中使用的简单速度模型相同的简单速度 模型，整形的数据被重偏移1880。如果需要，则使用整形的地震数据1885细化叠加速度。 依赖要求的地球物理模型，叠加数据1890、1895，并且在1896、1898中应用-90°相位旋转 以及在1898中应用适当的线性组合以生成要求的估计。参考图19和20，处理1900和2000都基于声波和弹性反演通过应用多维频谱整 形滤波，例如2通2-D (F-K)或3-D (F-Kx-Ky)频谱整形滤波，生成限带P阻抗、限带S阻抗、 Vp/Vs和/或其它弹性性质或其它岩石性质中的一种或更多种的估计。在处理1900中，频 谱整形滤波在任何叠加步骤之后应用，例如叠加1945或生成角度叠加1950。在处理2000 中，频谱整形滤波在任何叠加步骤2085、2090之前应用。在处理1900中，获得数据1910，可选处理1920和转换为零相位1930。偏移数据 1940，并且然后偏移的数据被叠加1945、1950。如果生成角度叠加1950，则针对每个角度叠 加估计地震频谱I960。推导多维频谱整形滤波的频域响应1970，例如，3-D (F-Kx-Ky)或2 通2-D(F-K)频谱整形滤波，在应用多维滤波1980时，该频谱整形滤波将未整形的偏移脉冲 响应转换为频谱整形的偏移脉冲响应。例如，偏移脉冲响应使用适当的恒定速度来构建，例 如平均的恒定速度。应用-90°相位旋转和适当的线性组合1990以生成限带P阻抗、限带 S阻抗、Vp/Vs和/或其它弹性性质或其它岩石性质中的一种或更多的估计。如果生成限带 P阻抗的估计1985，则叠加的数据1945用来估计地震频谱1955，推导多维频谱整形滤波的 频域响应1965，应用滤波1975，并且应用-90°相位旋转以生成该估计。在处理2000中，获得地震数据2010，可选处理2020，转换为零相位2030以及偏移 2040。与处理1900相比，针对每个共炮检距(common-offset)或共角(common-angle)数 据集估计地震频谱2050。针对每个炮检距或角度数据集推导多维频谱整形滤波的频域响 应，例如3-D (F-Kx-Ky)或2通2_D(F_K)频谱整形滤波2060。针对每个共炮检距或共角数 据集应用频谱整形滤波2070，从而为每个炮检距或角度，将未整形的偏移脉冲响应转换为 频谱整形的偏移脉冲。使用适当的恒定速度，例如平均速度来构建偏移脉冲响应。细化叠 加速度2080，如果需要，则使用整形的地震数据。然后叠加数据2085、2090，并且应用-90° 相位旋转(和适当的线性组合，如果需要)以生成限带P阻抗、限带S阻抗、/\和/或其 它弹性性质或其它岩石性质中的一种或更多的估计2095、2096。上述处理和/或技术中的一种或更多，例如整形滤波的应用，可以在数字电子电 路中实施，或在计算机硬件、固件、软件或其任何组合中实施。上述任何功能都可以作为计 算机程序产品实施，例如，在信息载体中有形实施的计算机程序，例如，在机器可读的存储 装置中实施或在传播的信号中实施，以便由数据处理装置，如可编程处理器、计算机或多台 计算机执行或控制其操作。计算机程序可以用任何形式的程序语言编写，包括编译型语言 和解释型语言，并且可以用任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程，或 适合在计算机环境中使用的其它单元。计算机程序可以部署为在一台计算机上运行或在位 于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的多台计算机上运行。本发明的一个或更多的处理步骤可以通过一个或更多的执行计算机程序的可编 程处理器来执行，从而通过运算输入数据并生成输出来执行本发明的功能。一个或更多的 步骤也可以通过专用的逻辑电路来执行，例如FPGA (现场可编程门阵列)或ASIC (专用集 成电路)。另外，数据采集和显示可以通过专用的数据收集和/或处理系统实施，例如，含有数据获取硬件，例如水听器或地震检波器、处理器以及各种用户和数据输入和输出接口， 例如图形显示一个或更多生成估计的显示组件，这些估计通过任何上述处理步骤或处理获得。适合执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器以及任意种类的 数字计算机的任意一种或更多处理器。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器接收 指令和数据或者从这两种存储器接收指令和数据。计算机的基本元件是运行指令的处理器 与存储指令和数据的一个或更多存储装置。通常，计算机也包括一个或更多存储数据的大 容量存储器，例如磁盘、磁性光盘或光盘，或可操作地与大容量存储器耦合以从大容量存储 器接收数据，或向大容量存储器传送数据，或两种情况兼有。适合包含计算机指令和数据的 信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储装置，例如，EPR0M(可擦写 可编程只读存储器)、EEPR0M(电可擦写可编程只读存储器)以及闪存装置；磁盘，例如，内 置硬盘或可移动磁盘；磁性光盘；以及⑶_R0M(只读光盘存储器)和DVD-ROM(数字式多功 能只读光盘存储器)光盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或包含在专用逻辑电 路中。所有这些修改和变化都趋于包含在权利要求所定义的本发明的范畴内。本领域专 业技术人员也容易认识到，在优选实施例中，至少一些方法步骤在计算机上执行，例如，方 法可以是计算机实施的。在这样的情况下，产生的模型参数可以下载或保存到计算机存储 器中。
权利要求
一种基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法，所述方法包含接收地震数据；将反演应用于所述地震数据；以及偏移所反演的地震数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中接收地震数据包含获得地震反射数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将反演应用于所述地震数据包含将频谱整形反演 应用于所述地震数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中频谱整形反演包含应用有色反演或Lazaratos频 谱整形反演。
5.根据权利要求3所述的方法，其中将频谱整形反演应用于所述地震数据包含将频谱 整形滤波应用于原地震数据频谱，从而生成整形的地震数据频谱。
6.根据权利要求2所述的方法，其中接收地震数据包含获得可用的测井数据的平均频 谱和所述地震数据的平均频谱。
7.根据权利要求2所述的方法，进一步包含将频谱整形反演应用于所述地震数据，将 频谱整形反演应用于所述地震数据包括将频谱整形滤波应用于原地震数据频谱，从而生成 整形的地震数据频谱。
8.根据权利要求2所述的方法，进一步包含基于声波和密度测井数据获得地震子波的 估计。
9.根据权利要求2所述的方法，其中在偏移所述整形的地震数据之前未获得基于声波 和密度测井数据的地震子波的估计。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包含将所偏移的数据叠加；以及将相位旋转应用于叠加的数据，从而生成地下阻抗的估计。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述相位旋转应用于叠加的数据是所述偏移 的地震数据的-90度相位旋转，并且所述估计是限带P阻抗的估计。
12.根据权利要求2所述的方法，进一步包含在应用反演前，将所述地震反射数据转换为零相位；以及将-90°相位旋转应用于所述偏移的地震数据，从而生成阻抗的估计。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包含生成限带P阻抗、限带S阻抗、Vp/Vs、体积 模量、剪切模量、纵波速度、横波速度、vp/vs比、拉梅常数以及各向异性参数中的一个或更多 的估计。
14.一种基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法，所述方法包含接收偏移的地震数据；利用偏移算法和针对所述地下区域的简单速度模型将所述地震数据反偏移；将频谱整形反演应用于所反偏移的地震数据；以及使用所述偏移算法和针对所述地下区域的所述简单速度模型，将所整形的地震数据重 偏移。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包含将相位旋转应用于重偏移的数据，从而 生成地下阻抗的估计，并且其中针对所述地下区域的简单速度模型包含针对地下区域的恒定速度模型。
16.一种基于地震数据生成地下区域的地球物理模型的方法，所述方法包含 接收地震反射数据；偏移所述地震数据；将频谱整形反演滤波应用于偏移的地震反射数据； 叠加所述地震数据；以及将相位旋转应用于所叠加的地震数据频谱，从而生成所述地下区域的阻抗的估计。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述频谱整形反演滤波应用于所述偏移的地 震反射数据包含计算多维频谱整形算子；执行所述偏移的数据的多维傅里叶变换；将计算的多维频谱整形算子与所述偏移的数据的傅里叶变换相乘；以及 执行多维傅里叶逆变换。
18.一种从地下区域生产碳氢化合物的方法，包含基于地震数据生成地下区域的地球物理模型，其中生成所述地球物理模型包含 接收地震反射数据； 偏移所述地震数据；将频谱整形反演滤波应用于所述地震反射数据； 将所述地震数据叠加；以及将相位旋转应用于所叠加的地震数据频谱，从而生成所述地下区域的地球物理性质的 估计，其中通过以下操作中的至少一种来应用所述频谱整形反演，从而减少倾斜能量的放 大(i)在将数据偏移前应用所述频谱整形反演滤波；(ii)在应用所述频谱整形反演滤波 和将反演的数据重偏移前，将偏移的数据反偏移；以及(iii)计算多维频谱整形算子，和将 所述多维频谱整形算子与偏移的数据的傅里叶变换相乘；向在生成的地球物理模型中解释为可能含碳氢化合物的地岩层钻井；以及 从所述井中生产碳氢化合物。
全文摘要
本发明涉及一种地下区域的地球物理模型，该地球物理模型基于地震数据，例如地震反射数据生成。偏移和地震反演应用于地震数据，从而生成地下区域的物理性质或地震性质中的一种或更多的估计。在通过各种技术将地震数据偏移之前或之后应用地震反演，例如频谱整形反演，其中每种技术都在最优化计算效率和/或精确性时避免倾斜能量的放大。
文档编号G01V1/28GK101910871SQ200880124287
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年1月8日
发明者R·L·大卫, S·拉扎拉妥思 申请人:埃克森美孚上游研究公司