一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法

一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，所述方法包括以下步骤：确定预设数量的速度控制层；对叠后时间偏移地震数据进行井震标定并对各速度控制层的顶、底界层位进行构造解释，对比追踪获得全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层；建立全区的地层框架模型；建立各速度控制层的速度概率密度分布函数和速度纵向变差函数；建立各速度控制层的速度横向变差函数；在所述全区的地层框架模型的控制下，利用所述各速度控制层的速度概率密度分布函数、速度纵向变差函数和速度横向变差函数进行地质统计学模拟，得到多个速度模型实现；对所述多个速度模型实现进行平均计算，得到全地层速度模型。
【专利说明】
一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法

【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气地震勘探【技术领域】，更具体地讲，涉及一种应用于石油地震勘探的野外地震资料处理解释的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法。

【背景技术】
[0002]准确建立全地层速度模型是地震资料处理及解释工作的核心任务之一，是获取合理优良地质成果的关键工作内容和重要前提条件。
[0003]在地震资料处理工作中，由于各类处理方法理论的假设条件的存在，使得处理人员为了获得高质量的成像而开展速度分析，借此获得研究区的最初叠加速度模型。若将该叠加速度模型直接用作后续叠前时间或叠前深度偏移的初始速度模型，将带来较多的偏移速度迭代次数，这不仅带来繁复的工作量，而且容易造成局部速度迭代收敛方向的偏差。如果初始速度模型存在较大局部偏差或者错误，速度迭代分析也可能无法消除趋势误差，从而降低局部区域偏移成像的质量和精度，甚至在局部区域无法做到成果资料的保真保幅。
[0004]在地震资料构造解释工作中，全地层速度模型主要用于时深转换。较为成熟的方法是以处理叠加或偏移速度为背景，利用研究区的测井资料进行约束校正，并以较为大套的地震层位框架进行控制，从而建立全区的层速度模型。该方法能基本满足构造解释的需要，而且也不易发生构造畸变。但是在岩性油气藏及其它各类隐蔽油气藏的勘探任务中，需要确定储层的准确顶底深度，对于水平井的开发部署，储层的准确位置及深度则显得更为重要，粗糙的层速度模型的精度远远无法满足此类勘探任务的需要，而在储层预测的地震反演工作中，对速度模型的精度要求更加不言而喻。随着叠前深度偏移技术的进步与日趋成熟，时深转换工作已经逐渐淡化，速度研究逐渐集中于偏移速度分析和地震反演的速度建模工作之中。
[0005]地层速度的本质包含地层框架的控制因素，在偏移速度模型的生成过程中，多数情况下未加入地层框架控制，使得速度分析的约束控制条件单一化，仅从成像质量和能量聚焦的因素进行修整。尤其对于低信噪比地区，即使加入早期解释地层框架，也极易造成纵向速度样点求取的盲目性和速度横向变化规律的凌乱。
[0006]鉴于上述难题，需要从另一个角度开展速度研究并建立全地层速度模型，以在地层框架控制下模拟地层速度并能较为准确地反映地层速度的纵横向变化规律。


【发明内容】

[0007]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是解决上述技术问题中的一个或多个。
[0008]本发明的目的在于提供一种引入地层框架的约束以及各速度控制层地质统计学特征并更加合理可靠的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，所述方法包括以下步骤:利用研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据确定预设数量的速度控制层；对叠后时间偏移地震数据进行井震标定并对各速度控制层的顶、底界层位进行构造解释，对比追踪获得全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层；利用所述全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层建立全区的地层框架模型；利用所述研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据建立各速度控制层的速度概率密度分布函数和速度纵向变差函数；在所述构造解释的基础上对各速度控制层进行地震属性研究并获得各速度控制层的地震属性，利用所述各速度控制层的地震属性以及各速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果建立各速度控制层的速度横向变差函数；在所述全区的地层框架模型的控制下，利用所述各速度控制层的速度概率密度分布函数、速度纵向变差函数和速度横向变差函数进行地质统计学模拟，得到多个速度模型实现；对所述多个速度模型实现进行平均计算，得到全地层速度模型。
[0010]根据本发明的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法的一个实施例，所述叠后时间偏移地震数据是对所述研究区的地震数据进行常规预处理及叠后时间偏移处理得到的。
[0011]根据本发明的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法的一个实施例，利用对所述研究区的目的层进行地震反演获得的目的层反演速度对所述全地层速度模型进行内嵌替换，得到目的层速度更新的全地层速度模型。
[0012]根据本发明的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法的一个实施例，确定速度控制层的原则是同一个速度控制层的背景速度基本一致并且同一个速度控制层具有基本相同的沉积背景。
[0013]本发明的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法能够适用于各类复杂构造及低信噪比的地震工区，所获得的全地层速度模型较为真实合理，符合研究区各地层的地质特征，可用于地震时深转换、确定性反演以及叠前偏移速度迭代的初始速度模型，尤其对隐蔽油气藏的精细刻画与评价，水平井的开发部署等工作具有重要的应用意义。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是示出根据本发明的示例性实施例的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法的流程图。

【具体实施方式】
[0015]以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
[0016]可通过计算机软件模块实现本发明的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法。在本申请中描述的各个步骤不限制为上述步骤，其中的一些步骤可被进一步拆分为更多的步骤，并且一些步骤可合并为较少的步骤。
[0017]对于某一研究区的某一地层，在其沉积环境及岩相变化不大的情况下，地层的弹性性质具有较好的地质统计学规律。根据地质统计学理论，结合地层速度的概率密度分布函数和地层框架控制下的纵横向变差函数，可以对地震采样率下的地层样点速度进行统计学模拟，从而建立全区的全地层速度模型。因此，本发明基于以上思路提出了一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，对于地层框架内速度样点的插值采用地质统计学模拟算法取代以往的线性插值算法，更加符合地质统计学规律，其横向变差函数将地震数据以及其它地质资料所表现的同一套地层的沉积学规律引入到该速度模型之中，纵向变差函数则将同一套地层的岩性组合的变化规律引入到速度模型中，使获得的速度模型更加符合研究区的地质规律。
[0018]图1是示出根据本发明的示例性实施例的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法的流程图。
[0019]参照图1，在步骤SlOl中，确定速度控制层。根据本发明的示例性实施例，利用研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据确定预设数量的速度控制层。其中，速度控制层对应的是这样一套地层，即其地层的背景速度基本一致并且具有基本相同的沉积背景。具体地，利用研究区内钻井的声波测井及VSP测井的速度数据来分析地层速度结构及速度背景，并通过结合研究区的区域地层资料，确定纵向上合适数量的速度控制层。其中，上述的预设数量实际上就是所确定的合适数量。在确定速度控制层时，其基本原则是同一个速度控制层的背景速度基本一致并且同一个速度控制层具有基本相同的沉积背景，从而避免同一个速度控制层内有较大的岩相变化，其中的“基本”的涵义是清楚的，因为速度控制层的背景速度和沉积背景不可能是完全相同的，只要基本一致或基本相同就可以划分为同一个速度控制层。
[0020]其中，声波测井数据是指利用声学物理原理制造的测井仪器，由测井电缆下入井内，使地面电测仪沿着井筒连续记录的随深度变化的声学参数，声波测井能测量地层的声波速度。VSP (即垂直地震剖面法)测井数据(或称为VSP地震记录、VSP地震资料、VSP数据)为地面激发井中接收的数据，即炮点设置在地面而检波点设置在井中，其下行直达波受噪声的影响较小，较地面地震记录能更精确地反映地下介质对振幅的衰减作用，其作用之一是能测量地层的地震波速度。
[0021]在确定速度控制层之后，在步骤S102中，利用上述声波测井及VSP测井的速度数据对叠后时间偏移地震数据进行井震标定，在步骤S103中，对各速度控制层的顶、底界层位进行构造解释，对比追踪获得全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层。其中，叠后时间偏移地震数据是对研究区的地震数据进行常规预处理及叠后时间偏移处理得到的。预处理是采用本领域的常规方法，例如将原始采集的地震数据经过静校正、去噪、振幅补偿、动校正、叠加以及偏移等处理，最终形成叠后或偏移后的地震数据，在此不再赘述。
[0022]进行井震标定是利用声波测井制作的合成地震记录和VSP测井处理得到的走廊叠加剖面对地震处理成果剖面进行对比标定，确定各速度控制层顶、底界对应的地震层位位置及其地震响应特性，进行构造解释是根据井震标定的结果分析并获得各速度控制层顶、底界的地震层位位置和其地震响应特征，结合区域地层及构造研究成果或认识，对比追踪获得全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层，井震标定和构造解释均可以采用本领域公知的方法进行。
[0023]在步骤S104中，利用全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层建立全区的地层框架模型。建立地层框架模型是利用构造解释获得的地震层位和断层，在地震网格控制下进行网格化得到的一种框架模型，其中地震网格是指原始采集的地震数据经过地震处理之后，由地震测网和地震采样率构成的三维网格化空间，建立地层框架模型可以采用本领域公知的方法进行。
[0024]在步骤S105和S106中，利用研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据建立各速度控制层的速度概率密度分布函数和速度纵向变差函数。
[0025]其中，概率密度分布函数是一个描述某个随机变量的输出值在某个确定的取值点附近的可能性的函数，例如，对于一维实随机变量X，设它的累积分布函数是Fx(X)，如果存在可测函数fx(x)满足式1:
[0026]V —oc<6/<.x, Fx (a) = | j\ (x)Jx-式 I
[0027]那么X是一个连续型随机变量，并且fx(x)就是它的概率密度分布函数。
[0028]具体地，概率密度分布函数的含义可以理解为，fx(x)是X落在X处“单位宽度”内的概率，速度的概率密度分布函数描述了速度样点值落在某一速度值附近的概率，某一速度控制层的速度概率密度分布函数的建立方法是利用该速度控制层内的声波测井及VSP测井的速度数据样点进行先验概率密度的计算，再利用某种理论概率密度分布函数对先验概率密度进行匹配，并通过调整理论函数的参数使其与先验概率密度样点达到较好的拟合度。
[0029]变差函数是Motheron (1965)年提出的一种矩估计方法,为区域化变量的增量平方的数学期望，也就是区域化变量的增量的方差，它反映了区域化变量在某个方向上某一距离范围内的变化程度，某一速度控制层的速度纵向变差函数描述了速度在某一速度控制层内纵向上的变化程度，速度纵向变差函数建立是利用该速度控制层内的声波测井及VSP测井的速度数据样点进行先验变差值的计算，再利用某种理论变差函数对先验变差值进行匹配，通过调整变差函数的参数使其与先验变差值达到较好的拟合度，其中，纵向变差函数的参数包括函数组分及纵向变程。
[0030]在步骤S107中，在构造解释的基础上对各速度控制层进行地震属性研究并获得各速度控制层的地震属性，利用所述各速度控制层的地震属性以及各速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果建立各速度控制层的速度横向变差函数。
[0031]其中，地震属性主要是以能够反映岩性变化的属性为主，例如振幅属性，它能够反映某一速度控制层速度的横向变化，因此某一速度控制层的速度横向变差函数可以用该速度控制层的地震属性的横向变差函数来表征，根据上述变差函数的涵义，某一速度控制层的速度横向变差函数描述了速度在某一速度控制层内横向上的变化程度，其横向变差函数的建立是利用该速度控制层的地震属性数据样点进行先验变差函数值的计算，再利用某种理论变差函数对先验变差值进行匹配，通过调整变差函数的参数使其与先验变差值达到较好的拟合度，其中，横向变差函数的参数包括函数组分及横向变程，横向变程的确定需要兼顾该速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果。
[0032]其中，在建立各速度控制层的速度横向变差函数时，所利用的地震属性主要是以能够反映岩性变化的属性为主，例如振幅属性等；而各速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果则是已有的并且可以采用本领域的现有方法获得。利用上述地震属性以及各速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果就可以确定各速度控制层的速度横向变差函数的参数，如横向变程、函数组成类型等，从而建立适用于研究区各速度控制层的速度横向变差函数。
[0033]总之，上述各速度控制层的速度概率密度分布函数、速度纵向变差函数的建立是本领域技术人员可以在各速度控制层的声波测井及VSP测井的速度数据的基础上采用公知的理论和方法获得；各速度控制层的速度横向变差函数的建立亦是本领域技术人员可以在各速度控制层的地震属性研究结果及其沉积相、岩相研究成果的基础上采用公知的理论和方法获得。
[0034]在步骤S108中，在全区的地层框架模型的控制下，利用各速度控制层的速度概率密度分布函数、速度纵向变差函数和速度横向变差函数进行地质统计学模拟，得到多个速度模型实现。其中，多个速度模型实现是等概率的并且是通过定义模拟得到。
[0035]其中，地质统计学模拟主要基于序贯指示模拟类型算法或马尔科夫链-蒙特卡罗算法，后者更为先进。对于某一速度控制层速度的地质统计学模拟，马尔科夫链-蒙特卡罗算法根据概率密度分布函数获得统计意义上正确的样点集，即根据概率密度分布函数能够得到多个等概率速度组合的结果，纵向变差函数约束马尔科夫链-蒙特卡罗模拟算法的纵向分辨率和概率权重，横向变差函数控制横向未知样点处速度的模拟结果，其控制方式可以是依据已知样点到未知样点处速度的横向变差，对未知样点处速度的概率密度函数和纵向变差函数的进行统计学定义。地质统计学模拟的实现方式要繁杂许多，但基本原理相同，许多地质统计学著作和论文中已有详细论述，也已产生多个商业化计算机软件模块，在此不再赘述。
[0036]在步骤S109中，对多个速度模型实现进行平均计算，得到全地层速度模型。根据上述地质统计学模拟算法的基本原理，模拟算法根据概率密度分布函数能够得到多个等概率速度组合结果，一个等概率速度组合结果即为一个速度模型实现，对多个等概率速度模型实现进行平均计算，可以降低地质统计学模拟的多解性，更加接近真实结果，一般地，定义越多个速度模型实现，其平均化结果越接近真实结果。
[0037]如果已对研究区的目的层进行了地震反演工作，则可以利用对研究区的目的层进行地震反演获得的目的层反演速度对上述全地层速度模型进行内嵌替换，从而可以得到目的层速度更新的全地层速度模型。
[0038]其中，内嵌替换操作的实现方法可以是，将所述目的层的顶底层位定义为时窗以控制需要进行内嵌替换的数据范围，在时窗范围之内VnOT = Vinvwsim，在时窗范围之外VnOT=Vmiginal，其中VOTiginal是多个速度模型实现进行平均计算得到的原始的全地层速度模型，Vinvers1n是目的层地震反演速度体，Vnew即为目的层速度更新的全地层速度模型。
[0039]以本发明所阐述的方法或思路建立的全地层速度模型能够较好地体现研究区各地层的地质学特征，保证速度模型趋势的真实性，该全地层速度模型不仅能为各类确定性反演提供合理的初始速度模型，也能作为叠前偏移速度分析的初始输入速度，使偏移速度分析迭代次数减少并向正确的方向迭代收敛，从而提高偏移处理成果资料的保真度。
[0040]因此，本发明基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法以地质统计学模拟算法为基础建立全地层速度模型，建模过程中地层框架的约束以及各控制层地质统计学特征的引入，使获得的速度模型更加符合研究区的地质规律；目的层反演速度的内嵌替换，能够提高目的层储层深度及形态的刻画精度，本发明比传统的基于线性插值的全地层层速度建模方法更加合理可靠。
[0041]尽管已参照优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
【权利要求】
1.一种基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 利用研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据确定预设数量的速度控制层； 对叠后时间偏移地震数据进行井震标定并对各速度控制层的顶、底界层位进行构造解释，对比追踪获得全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层； 利用所述全区的各速度控制层的顶、底界层位和断层建立全区的地层框架模型； 利用所述研究区内的声波测井及VSP测井的速度数据建立各速度控制层的速度概率密度分布函数和速度纵向变差函数； 在所述构造解释的基础上对各速度控制层进行地震属性研究并获得各速度控制层的地震属性，利用所述各速度控制层的地震属性以及各速度控制层的沉积相研究成果和岩相研究成果建立各速度控制层的速度横向变差函数； 在所述全区的地层框架模型的控制下，利用所述各速度控制层的速度概率密度分布函数、速度纵向变差函数和速度横向变差函数进行地质统计学模拟，得到多个速度模型实现； 对所述多个速度模型实现进行平均计算，得到全地层速度模型。
2.根据权利要求1所述的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，其特征在于，所述叠后时间偏移地震数据是对所述研究区的地震数据进行预处理及叠后时间偏移处理得到的。
3.根据权利要求1所述的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，其特征在于，利用对所述研究区的目的层进行地震反演获得的目的层反演速度对所述全地层速度模型进行内嵌替换，得到目的层速度更新的全地层速度模型。
4.根据权利要求1所述的基于地质统计学模拟的全地层速度建模方法，其特征在于，确定速度控制层的原则是同一个速度控制层的背景速度基本一致并且同一个速度控制层具有基本相同的沉积背景。
【文档编号】G06F19/00GK104200115SQ201410465201
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】章雄, 李乐, 庞崇友, 彭才, 刁永波 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司