地震波形分类系统和方法

地震波形分类系统和方法
【专利说明】地震波形分类系统和方法
[0001]优先权声明/相关申请
本申请根据美国法典第35篇第119 (e)和120条要求在2012年11月3日提交且题为 Seismic Waveform Classificat1n Systems and Methods (地震波形分类系统和方法)的美国临时专利申请N0.61/722，147的优先权，其全部内容通过引用结合到本文中。
技术领域
[0002]本公开涉及一种用于将地震数据分类成常见波形响应的过程。地震数据内的分析窗口可具有由一个或两个解释层位所定义的定时间或深度持续时间或变量。本公开特别适用于3D地震数据体和2D地震测线且通过自然延伸而适用于微震事件。
【背景技术】
[0003]地质建模是已知的。诸如在针对可能的石油或油气含量的调查中的储层或者更一般的意义上来说的地质盆地之类的地表下领域的准确建模对于该领域的进行中的调查而言是关键的。钻进探井是昂贵的任务，如全面的地震或地磁勘测一样，并且准确的决策要求准确的地质测绘。
[0004]关于存在于此类储层中的地质层位的信息明显是重要的第一步。沉积层的类型和厚度的知识为地质学家提供用于将地表下结构可视化的关键信息。然而，在大多数区域中，地层被各种断层切割，使得分析任务更加复杂得多。地质测绘要求识别断层并将沿着断层面的滑动量量化。滑动量或“落差”的范围可以在断裂情况下很少至没有实际移动至沿着主断层带几百公里的距离，诸如，加利福尼亚的圣安德列斯断层。
[0005]地质领域的三维(“3-D”)模型对于地质学家和探测规划管理员而言将是非常有用的工具。那种技术在于地质学、地质物理学以及3D计算机图形学之间的交叉，并且在此类产品中需要克服多个固有问题。首先，数据常常是不完整的。正在讨论的体积范围从地球的表面下至数千英尺，并且一般地难以获得数据。此外，对于可用的数据而言，常常具有地震勘测结果和测井记录数据的性质，经受相当多的处理和解释。其次，专业判断的大尺度测量变成任何此类分析的再现，使得任何分析工具的目标不能是完整的结果，而是应旨在帮助地质学家以可能的最快速且有效的方式生成其判断。
[0006]另一困难源自于问题的固有复杂性。例如，典型的石油储层可由许多岩性变化、各种成岩叠印(diagenic overprints)以及复杂断层和断裂情况组成。理解储层特性的存在、结构以及分布是优化发现、开发以及最终烃类抽取至关重要。
[0007]反射地震法很长时间以来被用于对地球的地质结构和地层情况进行成像。在用于含烃地层的勘探和开发中尤其如此。地震特征的差异与地质特征的差异有关。相似和变化的地震波形的空间模式的解释可导致关联地质空间变化的解释，其进而可导致更好的勘探和开发。
[0008]已知许多地震波形分类技术，其中，通过复杂的统计过程而导出分类波形，其可能在直观上晦涩且在计算上昂贵。这些技术的结果常常是高度起始条件相关的，针对不同的起始点引起不同的结果，并且可不对波形响应的全局变化性进行采样或建模。并且，结果可严重依赖于统计建模算法的选择。
【附图说明】
[0009]图1是图示出关联地震道的棱柱的示例性3D地震体的图像；
图2是用来定义图1中所示的地震体的分析部分的解释层位的图像；
图3是图1中所示体的分析部分的图像；
图4是对随着解决方案中的分类波形数目增加的聚类分离指数的减小进行绘图的图形显示；
图5是图示出按相似性排序的作为结果的20个分类波形的图形显示；
图6是图示出按显著性排序的作为结果的20个分类波形的图形显示；
图7A和7B示出了用于基于显著性的两个不同数目的分类波形的解决方案地图；
图8A和SB示出了通过选择按相似性排序的十一个分类波形产生的在左侧的解决方案地图和具有二十个分类且在河道复合体内提供增加的层次细节的在右侧的解决方案地图；
图9图示出分类波形的方法；
图10图示出从所有波形的子集之中选择最相似的波形的方法；
图11图示出用于将并非最相似波形的波形的其余子集分类的方法；以及图12A和12B是可用来实现地震波形分类系统的两个不同计算环境/计算机系统的框图。
【具体实施方式】
[0010]下面针对用于油气储量的勘探和后续开发的波形分类系统来描述系统和方法，并且其可被地质学家和工程师在勘探和随后开发油气储量时用作工具。然而，该系统和方法具有更广泛的应用，这是由于可以在其它近地表地震成像(例如，土木工程学和考古学中的探地雷达的使用)中使用该系统和方法，以将与水压致裂等相关联的微震事件分类，并且应理解的是，本公开涵盖该系统和方法的每个应用。该系统还适用于常常与油气开发中的水压致裂过程相关联而收集的微震数据。将微震事件分类可在理解相似事件的空间聚类且进一步对震源机制进行建模时有用。理解震源机制有助于解释裂缝方位和应力状态。
[0011]本公开的一个方面涉及用于将地震波形分类以帮助分析员快速地且准确地识别许多地震波形道内可与相似地质条件有关的共通性和相互关系的系统和方法。地震波形对应于例如地震道。地震道是在地球表面上的某位置处记录的时间序列曲线。该时间序列曲线对应于来自地表下的地质特征的声音或弹性波的回波。调查这些波形共通性和关系的空间性质对于理解地质复杂性而言是重要的。
[0012]本公开的实现涉及用于将波形分类的系统和/或方法。更具体来说，本公开描述了针对地震响应中的区域趋势的提取和描绘的地震波形分类系统(SffCS)O这些趋势可与能够涉及各种调查性地球研究的地质趋势直接相关。这些趋势的识别和解释是地质学家和工程师在油气储量的勘探和后续开发中的常见活动，虽然该系统和方法还可用在其它近地表地震成像(例如，土木工程学和考古学中的探地雷达的使用)中，或者其还可用来将与水压致裂相关联的微震事件分类。
[0013]根据一个方面，SffCS分析在地球表面的特定位置处收集的大量地震道，并直接地从地震道提取波形响应的最大分集作为最终或起始分类波形。由于最大分集的该直接提取，用于分析的道的子集可能仅需要是总道数的百分之一或更少。不需要选择复杂或晦涩的统计算法。可以在不过度修改波形的情况下完成附加调节。此外，然后可在总体显著性和层次相似性方面对分类波形进行排序。最后，由于只有第一分类波形要求道的样本子集的穷举搜索且由于所有后续分类波形仅与先前导出的波形相比较，所以系统在计算上是快速的，其允许在计算机上以高度交互和解释性的设计来实现。
[0014]该系统和方法允许使用直接且容易解释的方法(S卩，不要求深入的数学或统计学知识来理解该方法)进行地震波形共通性和相互关系的改善的测绘。其确保利用关于在显著性和相似性方面的波形分级结构的信息对波形响应的最大分集进行采样。另外，其快到足以在高度交互和解释性的计算机软件中实现。
[0015]该系统可基于以下方案从地震道对波形进行直接采样:1)找到对于集合中的所有道具有最高聚合相似性的波形；2)迭代地从道集合中找到其余期望数目的波形作为与先前所识别的最不相似的那些；3)使用诸如自组织地图之类的统计“训练”方法来可选地调节在步骤I和2中找到的波形；4)出于解释的目的基于显著性和相似性对波形进行排序；以及5)将最终分类波形与每个地震道进行比较，并向该位置分配具有最高相似性的地震道的指数，产生最终分类地图。
[0016]该系统配置成迭代地确定一组波形，其最佳地呈现完整的波形集合内的变化性。也就是说，这组波形固有地彼此不相似，同时共同地尽可能与完整的波形集合相似。一旦已确定这些典型波形，则可用完整的波形集合可选地对其进行调节。然后根据彼此的相似性和对完整的波形集合的总体显著性对这些最终“分类波形”进行排序。
[0017]可从地震道的子集直接确定初始分类波形。第一分类波形是与子集中的所有其它道波形最相似的道波形。然后，附加分类波形取决于先前确定的分类波形。也就是说，下一个分类波形是与已经确定的那些道波形最不相似(最不同)的道波形。第二个是与找到的第一个最不相似的道波形，第三个是与前两个最不相似的，第四个与前三个最不相似的，依此类推。这确保初始分类波形(假定附加训练步骤)表示最常见的地震波形响应，然后其之后是改变最