专利名称：用于在地球物理勘探中对异常密度区建模的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探和地球建模的领域，特别涉及使用改进和/或修改的反演技术进行地球建模的方法和系统。
背景技术：
在地下环境中勘探油和/或矿物在传统上通过现在现有技术中公知的地震成像技术进行。在一些应用中，特别是在存在异常密度区或盐区的情况下，仅通过地震技术无法提供适合的影像，这是因为，不能对这些区的周围或之下的区域清楚地建模。异常密度区的一种特定的示例是盐基体，例如，在加拿大安大略萨德伯里盆地中发现的盐基体。盐基体之下是相当多的矿物沉积物或者油和气的沉积物，在萨德伯里盆地的情况下更显著地是镍沉积物，如例如已经在墨西哥湾中所示。确定盐基体的形状在盐下勘探时是重要的。在对这些异常密度区缺乏准确模型的情况下，这些区下方的矿物沉积物或石油储藏的模型或影像不能以高可信度确定。在仅通过地震技术无法提供盐基体适合影像的情况下，通过在识别盐基体或其它异常密度区的边界方面进行辅助，重力响应数据可用于对地震数据加以补充。已知的是，由于重要的异常密度区所产生的重力场的地质分量，S卩，所关注的分量，是所测量的总重力场的小部分(约2% )。因此，需要高程度的测量精确度和准确度，从而以适当的可信度解决地质问题。与大数据存储能力和高处理速度相关联的新的更先进的空气中的重力设施的出现使其可以开发出更好的对空气中的重力信息的确定解释，由此形成更准确的诸如盐基体之类的异常密度区的边界模型。而且本领域中已变为标准实践的是，当对地震或其它基本数据加以补充时利用反演对这种重力或磁数据建模。广泛依赖于反演数据的困难是，所产生的密度模型不是特有的，并可能导致对地质边界的不佳理解。另外，反演技术常常是复杂的，而且需要相当多的硬件处理时间和资源。这在试图以越来越大的精确度和准确度来精确限定异常密度区的边界时特别重要。因此，本领域中需要一种允许对地下环境进行更准确和精确的建模的方法和系统，特别是对那些包括一个或多个诸如盐区域之类的异常密度区的区域并具有在下方可能存在相当多石油资源或矿物沉积物的盐基体的地下环境而言。本领域中还需要一种为地下环境提供准确和精确的建模的方法和系统，其比现有技术的方法和系统需要更少的处理时间和硬件资源。本领域中还需要解决一个或多个以上确定的现有技术问题，并需要一种改进的用于地球建模的方法和系统，特别是用于具有一个或多个异常密度区的区域进行地球建模
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种方法，用于对地下异常密度区建模，包括以下步骤:
形成密度模型；
计算对所述密度模型的响应；
反演测量到的响应而得到所述异常密度区的几何模型；和
将锐化函数施加于所述几何模型的边界区域以在所述异常密度区与周围区域之间进行区别。根据本发明的一个方面，所述锐化函数包括:迭代反演函数，所述迭代反演函数可包括:随每次迭代而进行再加权的一个或多个加权函数。优选地，所述加权函数强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。根据此实施例的另一方面，所述锐化的步骤至少部分地通过以下方式执行:施加一组形式为SKm-nO Υ+ε)α的程式；其中，S是锐化函数，m是当前模型，Hitl是目标体密度，其余变量是调整参数。优选地，选择所述调整参数，以强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。优选地，本发明的各种实施例用于或以其它方式应用于这样的情形:其中，所述地下异常密度区是盐基体，所述周围区域是沉积区域，例如在地下地质或地球物理勘探时。根据本发明的另一方面，所述`形成密度模型的步骤包括:使用速度一密度的节关系形成密度模型。所述密度模型优选地形成为层密度模型，例如所述层密度模型通过
Gardener 公式形成:P = Λ+i..^根据本发明的另一方面，被计算的所述响应是重力响应和磁响应中的一种。优选地，所述反演的步骤包括以下子步骤:
(a)形成数据失配测量值
(b)形成期望模型特征的测量值；和
(C)使经历数据匹配的模型测量值最小化至期望水平。
这可使用以下一组程式执行:
如果 d°bs=g(m)+ ε
则得出 1.川"("1- *!,)' C',,' (in........niu)
II
使侍x — ^ —為
\ wttO J ，
其中，(1-是观测到的重力响应，ε是观测到的响应中固有的未知误差，m是重获的密度模型，Hitl是目标模型，g()是地球物理重力测量的数学实施例，Ctl是目标模型协方差，Sdtl是真实误差估计值。第二个公式在第三行的约束参量的限制下被最小化。根据本发明的另一方面，所述反演的步骤包括:约束反演。优选地，所述约束反演包括:从包含以下的组中选出的数据的约束参量:响应其它源，已知的边界数据，地震解释，测深，和上述的组合。这样的约束参量将为前述的优化问题提供除第三行以外的辅助公式。根据本发明的第二实施例，提供一种非暂时性计算机可读介质，其上具有用于执行计算机程序的指令，所述计算机程序当在计算机上执行时实施用于对地下异常密度区建模的方法，所述方法包括以下步骤:
形成密度模型；
计算对所述密度模型的响应；
反演(invert)所述响应而得到所述异常密度区的几何模型；和将锐化函数施加于所述几何模型的边界区域以在所述异常密度区与周围区域之间进行区别。根据第二实施例，所述计算机可读介质可在其上具有用于执行第一实施例中所限定的任意方法步骤的任意指令。因此，本发明的目的在于消除如在此确定的现有技术的一种或多种缺陷。
本发明的关于其结构、组织方式、使用和操作方法的据信为其特性的创新特征、以及本发明的进一步的目的和优点通过以下附图将被更好地理解，在附图中现在将以示例方式例示出本发明的当前优选的实施例。不过，显然应理解，附图仅用于例示和描述的目的，而不会是作为对本发明的范围限定。在附图中:图1是显示出本发明一个实施例的流程图。图2是可用于实现图1所示方法的代表性计算机系统的示意图。图3显示出通过施加低通滤波器而在空气中获得的重力数据。图4显示出图3所示重力数据的无约束反演。图5显示出叠加到图3所示重力数据上的磁数据。图6显示出通过图3和图5所示数据的协同反演而获得的重力反演模型。图7显示出代表性的原始重力模型。图8显示出在6000E所取的通过图5所示模型的切片。图9显示出在4400E所取的通过图5所示模型的第一锐化迭代切片。图10显示出在4400E所取的通过图5所示模型的第二锐化迭代切片。图11显示出根据采用图1所示发明方案的一个示例而获得的结果的迭代加权重力反演模型。
具体实施例方式本发明提供用于对地球地下区域、特别是具有一个或多个异常密度区的地下区域建模的改进的方法和系统。在本文的全文中所描述的模型优选地使用基于体素的建模而生成，由此对包含这些装含异常密度区的地下区域使用构成假想三维空间的体积要素阵列建模。被建模的三维空间因而被分为代表此空间的分立元素的阵列。通过地震、重力和/或磁技术获得的数据均转化为代表性的体素数据，使得所述数据可在适合时被组合和处置以得到针对一地球物理勘探区域的最佳模型。处置体素数据的通常方法整体上是已知的。在本文全文中对数据集的参照、各种数据类型和数据处置是相对于体素数据或数据集进行的，除非另行指明。本发明设想利用现有技术中已知的各种其它类型的数据来形成地球物
理模型。本发明的各方面可在计算机系统上实施，特别地用于执行在此描述的各种数据处置。一种这样的计算机系统显示在图2中，并可整体上包括多个物理和逻辑部件，包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口、网络接口、非易失性存储器、和能够使CPU与其它部件通讯的局域总线。CPU执行操作系统和多个软件系统，包括执行本发明方法的那些软件系统。RAM为CPU提供相对响应性的易失性存储器。I/O接口允许从一个或多个装置(例如键盘、鼠标等)接收输入，并将信息输出到输出装置(例如显示器和/或扬声器)。网络接口允许与其它系统通讯。非易失性存储器存储操作系统和程序，包括计算机能够执行的指令。在计算机系统的操作过程中，操作系统、程序和数据可从非易失性存储器中取回并置于RAM中以利于执行。另外，可使用多于一个计算机系统。另外的计算机系统可用于执行在此描述的方法的不同步骤。
如前所述，虽然本发明可用于和应用到各种形式的地下勘探和建模，不过本发明特别适用于识别异常密度区，且更特别地适用于限定这些异常密度区的边界。本发明的方法为这种区提供更加准确和精确的边界建模，其中使用更少的硬件资源和更快的计算时间，这是针对现有技术的改进。现在参加图1，本发明整体上包括用于对地球地下区域构图的方法，包括以下步骤:形成密度模型100，计算响应110 (例如重力响应)，反演响应120，和施加边界锐化130以获得更准确和精确的地下区域模型。所述方法特别适用于获得异常密度区域的模型。在图1的步骤 100中，获得特定的地下区域的密度模型。根据优选实施例，使用速度密度的节关系计算密度模型，例如使用由Gardner公式限定的节关系:
权利要求
1.一种用于对地下异常密度区建模的方法，包括: 1.形成密度模型； i1.计算对所述密度模型的响应； ii1.反演所述响应而得到所述异常密度区的几何模型；和 iv.将锐化函数施加于所述几何模型的边界区域以在所述异常密度区与周围区域之间进行区别。
2.根据权利要求1所述的方法，其中 所述锐化函数包括:迭代反演函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中 所述迭代反演函数包括:随每次迭代而进行再加权的一个或多个加权函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中 所述加权函数强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中 所述锐化的步骤包括:施加一组形式为SKm-mo) Υ+ε)α的程式； 其中，S是锐化函数，m是当前模型，Hitl是目标体密度，其余变量是调整参数。
6.根据权利要求5所述的`方法，其中 选择所述调整参数，以强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中 所述地下异常密度区是盐基体，所述周围区域是沉积区域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中 所述形成密度模型的步骤包括:使用速度一密度的节关系形成密度模型。
9.根据权利要求8所述的方法，其中 所述密度模型是层密度模型。
10.根据权利要求8所述的方法，其中 所述密度模型通过以下公式形成:# =
11 根据权利要求1所述的方法，其中 所述响应是重力响应和磁响应中的一种。
12.根据权利要求1所述的方法，其中 所述反演的步骤包括以下子步骤: (a)形成数据失配测量值 (b)形成期望模型特征的测量值；和 (c)使经历数据匹配的模型测量值最小化至期望水平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中 所述反演的步骤使用以下一组程式执行:如果 d°bs = g(m)+e则得出
14.根据权利要求1所述的方法，其中 所述反演的步骤包括:无约束反演。
15.根据权利要求1所述的方法，其中 所述反演的步骤包括:约束反演。
16.根据权利要求15所述的方法，其中 所述约束反演包括:从包含以下的组中选出的数据的约束参量:响应其它源，已知的边界数据，地震解释，测深，和上述的组合。
17.一种非暂时性计算机可读介质，其上具有用于执行计算机程序的指令，所述计算机程序当在计算机上执行时实施用于对地下异常密度区建模的方法，所述方法包括以下步骤: 1.形成密度模型； i1.计算对所述密度模型的响应； ii1.反演所述响应而得到所述异常密度区的几何模型；和 iv.将锐化函数施加于所述几何模型的边界区域以在所述异常密度区与周围区域之间进行区别。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述锐化函数包括:迭代反演函数。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述迭代反演函数包括:随每次迭代而进行再加权的一个或多个加权函数。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述加权函数强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。
21.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述锐化的步骤包括:施加一组形式为SKm-mo) Υ+ε)α的程式； 其中，S是锐化函数，m是当前模型，Hitl是目标体密度，其余变量是调整参数。
22.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中 选择所述调整参数，以强调所述异常密度区的密度和所述周围区域的密度，而同时抑制在所述异常密度区与所述周围区域之间的过渡部密度。
23.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述地下异常密度区是盐基体，所述周围区域是沉积区域。
24.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述形成密度模型的步骤包括:使用速度一密度的节关系形成密度模型。
25.根据权利要求24所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述密度模型是层密度模型。
26.根据权利要求24所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述密度模型通过以下公式形成:
27.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述响应是重力响应和磁响应中的一种。
28.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述反演的步骤包括以下子步骤: (a)形成数据失配测量值 (b)形成期望模型特征的测量值；和 (c)使经历数据匹配的模型测量值最小化至期望水平。
29.根据权利要求28所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述反演的步骤使用以下一组程式执行:
30.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述反演的步骤包括:无约束反演。
31.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述反演的步骤包括:约束反演。
32.根据权利要求31所述的非暂时性计算机可读介质，其中 所述约束反演包括:从包含以下的组中选出的数据的约束参量:响应其它源，已知的边界数据，地震解释，测深，和上述的组合。
33.一种系统，其具有用于执行根据权利要求1至16中任一项所述方法的计算机可读介质。
全文摘要
一种用于对地下异常密度区建模的方法，包括以下步骤形成密度模型；计算对所述密度模型的响应；反演所述响应而得到所述异常密度区的几何模型；和将锐化函数施加于所述几何模型的边界区域以在所述异常密度区与周围区域之间进行区别。
文档编号G01V11/00GK103189760SQ201180048142
公开日2013年7月3日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月3日
发明者罗伯特·G·埃利斯 申请人:Geosoft公司