地质勘探中的裂缝检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地质勘探和油气田开发，更进一步地说，涉及地质勘探中的裂缝检测 方法。
【背景技术】
[0002] 当前的多分量地震勘探技术主要是纵波震源激发、三分量或四分量检波器接收。 纵波下行遇到反射界面后在一定条件下会发生波模式转换，纵波转换为横波称为转换波 (PS)。转换的上行横波在碰到裂缝介质时会发生横波分裂现象，这一现象会被检波器记录 下来，其在探测裂缝型油气藏时会起到重要的作用。在裂缝发育的储层中，纵波传播的速度 和振幅随测线方向变化而变化。但是，这种变化量最大不到3%，在资料处理解释中稍有误差 就可能将这种方位变化掩盖。
[0003] 而横波进入裂隙后会分裂为不同偏振方向(通常正交)的两个快慢横波。这两个横 波具有不同振幅大小和快慢传播速度，一般强振幅速度快的称之为快横波（S1)，反之为慢 横波（S2)。裂缝的主方向就是快横波的方向。在多分量地震资料采集观测系统中，沿测线 方向埋置的检波器得到的分量称之为X分量，沿垂直测线方向埋置的检波器得到的分量称 之为Y分量。由X、Y分量确定的采集系统坐标与"自然坐标"（由S1波和S2波定义的裂缝 系统）之间存在一个未知角度0。
[0004] 为了有效地探测裂缝型油气藏及其裂缝主方位和裂缝发育程度，可利用横波分裂 这一波动现象来估算采集坐标和自然坐标之间的夹角，从而确定裂缝发育的主方位。寻求 快横波和慢横波之间的时差可判断裂缝的发育程度。目前已经存在多种利用横波分裂现象 检测裂缝的方法了，根据涉及的分量数量基本可分为两分量方法和四分量方法。其中，比较 有影响的是：1986年Alford提出的基于纯横波勘探的四分量旋转方法，其通常称为Alford 旋转方法；1988年Thomsen提出的两分量旋转方法；以及，Harrison于1992年基于波形相 似性假设提出了两分量的旋转方法。两分量方法理论上更适合转换波勘探，因为转换波无 法像Alford那样构建四分量的数据矩阵。然而，相比而言，四分量方法更为稳定。James E. Gaiserl997年给出了基于转换波四分量数据的Alford旋转方法，他的方法在工业界广 泛被接受。这一方法利用两个方位相互正交采集的转换波资料来构建四分量的数据矩阵， 用来近似纯横波勘探得到的四分量数据。
[0005] 如上所述，转换波正交排列的四分量Alford旋转方法受到了两个采集排列必须 正交的限制。因此，在实际的资料采集中大量的数据事实上为非正交的，它们或者不存在严 格正交的两个采集方位，又或者满足正交条件的数据相对要少很多。而且，也不存在与之正 交的排列，因此，在裂缝检测时只能避开这些数据。而在裂缝检测时用到的数据量较少必然 会影响结果的正确性。因此，为了充分的利用采集到的多分量数据，就要打破正交的限制。
[0006] 为此，需要提供一种不需要所采集的分量数据都满足正交特性就可以根据Alford 旋转法确定裂缝方位角从而检测裂缝发生位置的方法。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种地质勘探中的裂缝检测方法，其包括以 下步骤：
[0008] 获取各采集方位中的转换波信号；
[0009] 基于Alford旋转法导出由假定的正交排列的四分量数据表示任意采集方位的所 述转换波信号的两个分量数据解析表达，其中正交排列的方位角度为任意假定的角度；
[0010] 基于所述解析表达将各采集方位的两分量数据与假设的正交排列方位上的四分 量信号联系起来，从而求得正交排列方位上的四分量数据；
[0011] 基于计算得到的正交排列方位上的四分量数据得到裂缝方位角，从而检测得到裂 缝发生的方位和时差。
[0012] 根据本发明的一个实施例，假设两个正交排列的方位角度为0度和90度，则任意 采集方位的两个分量数据与正交排列的四分量数据之间的解析表达式为：
[0015] 其中，八％ /5S;2分别表示第i个采集方位上的两分量数据，al、a2、a3、a4分别表 示〇度、90度方位正交排列上的四分量数据，e i表示第i个采集方位与o度方位之间的夹 角。得到该公式所选用的0度角度对本发明不起限制作用。
[0016] 在一个实施例中，根据以下解析表达来求得N个任意采集方位上的两分量数据与 正交排列的四分量数据的关系：
[0018] 其中，al、a2、a3、a4分别表不正交排列方位的四分量数据，_P5"u、 ……RS: Rf分别表示N个任意采集方位上的两分量数据，……eN分别表示采集 方位的方位角。
[0019] 在本发明的一个实施例中，根据正交排列方位上的四分量数据al、a2、a3、a4与裂 缝引起的横波分裂的快横波分量数据fn、f 12和慢横波分量数据f21、f22之间的旋转关系，基 于理论模型的横波分裂假设来计算裂缝方位角e :
[0021] 在横波分裂假设中，假设快横波的横向分量f12和慢横波的横向分量f21为零，或者 假设快横波和慢横波的横向分量之和为零：
[0022] f12+f21 = 0〇
[0023] 在本发明的一个实施例中，裂缝检测方法还包括进一步根据角度和时移扫描来计 算裂缝发育方位和快慢横波的分裂时差。
[0024] 在本发明的一个实施例中，根据能量差异最大来确定出裂缝方位，然后利用旋转 矩阵将横波分裂方位的四分量数据旋转到裂缝方位上，从而基于快横波和慢横波之间的互 相关的关系来确定分裂时差。
[0025] 在本发明的一个实施例中，所述转换波信号包括正交排列的分量数据和非正交排 列的分量数据。
[0026] 本发明带来了以下有益效果：
[0027] 本发明可实现非正交的Alford旋转，其可以充分利用采集到的数据来更准确地 确定裂缝方位和快慢波时差，并基于合理的假设如理论模型的横波分裂理论假设来给出裂 缝方位角的解析表达式。本发明的方法打破了传统四分量Alford旋转横波分裂算法的正 交排列的限制，实现了非正交的多分量Alford旋转横波分裂算法。对于任意夹角的采集排 列数据都能实现横波分裂的裂缝角度计算。此外，还提供了角度旋转扫描的裂缝方位角度 计算方法。
[0028] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得 显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要 求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0029] 图1显示了Alford坐标旋转示意图；
[0030] 图2是本发明的一个实施例的方法流程图；
[0031] 图3是实施本发明前的输入分量数据的图片；及
[0032] 图4是实施本发明进行快慢波时差校正后的输出分量数据的图片。
【具体实施方式】
[0033] 以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段 来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要 不构成冲突，本发明各实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方 案均在本发明的保护范围之内。
[0034] 横波分裂检测裂缝中的经典方法Alford旋转理论是基于纯横波勘探提出的。它 要求正交排列的横波激发及横波接收。后来，J.E.Gaiser等人将其扩展到转换波勘探中， 同样是要求两个正交的排列。
[0035] 如图1所示，两条虚线分别代表两个不同方位的转换波采集排列，它们呈正交关 系。根据Alford理论任意两个正交排列采集得到四个分量与在平行裂缝和垂直裂缝方位 上采集得到的四个分量满足Alford旋转公式，如公式（1):
[0037] 其中方程左边的矩阵代表任意正交排列采集得到的四分量数据，右边代表在裂缝 方位上采集得到的四分量数据，其经过炮点及检波点的旋转矩阵旋转后就能够得到左边任 意正交方位上的四个分量。因此，假设平行裂缝方位和垂直裂缝方位采集得到四个分量可 由al、a2、a3、a4来表示，如公式（2)右边中间的矩阵。0i代表要寻找的裂缝方位与采集 方位的夹角，如图1所示的9 1。而公式（2)左边的矩阵则代表实际正交排列采集得到四个 分量。
[0039] 由于裂缝的方位本身是未知的，虽然采集的方位角是已知的，我们也无法知道采 集方位与裂缝方位的夹角。因此，在此情况下无法构建公式（2)中与角度相关的旋转矩阵。 根据公式（2)，我们可得到由任意正交排列的四分量所表示的快慢波的四个分量，首先由 (2)式变形而得到（3)式：
[0041] 此时e,为第i个采集方位与裂缝方位的夹角，假设第i+i个采集方位与裂缝方 位夹角为0 i+A 0，则可由第i个方位的四分量表示第i + 1个方位的四分量式可得到如 下关系：
[0043] 将其进一步变形可得到如下关系式；
[0045] 在关系式（5)中只存在已知的两个采集方位的方位角夹角，而消除了未知的裂缝 方位角的因素。因此，在裂缝方位未知的情况下，任意两组正交排列的分量可以相互表示。 在一个实施例中，可任意指定一组正交排列。用这组正交排列的四个分量来表示其他正交 排列的四个分量。比如可指定〇度和90度构成的正交排列。本发明不限于此角度。在该 例子中，取"〇度"仅仅是为了说明的方便，并且表达式也可以进一步简化(因为9-0就等于 e )，从而不模糊本发明的原理和主旨。
[0046] 当假设了 0度角后，夹角任意正交排列的方位角度即为其夹角0。因此，当公式 (2)右边的数据矩阵为0度与90度的数据时，我们取左边矩阵的第一行的两个分量，根据公 式（2)便可以得到公式（6)和公式（7)。
[0049]至此，便得到了由0度和90方位的四个分量如何得到任意一个方位的两个分量的 表达式。此时，假如又采集到N个方位的两分量数据，而这些数据并不一定要满足正交排列 的要求。根据公式（6)和公式（7)，便可得到公式（8)这样的表达式 ：
[0051] 其中，方程式左边的2N个量代表已知的采集到的N个方位的两个分量。右边为 2NX4的矩阵代表采集方位与裂缝方位夹角相关的计算矩阵