一种合成地震记录的方法和装置与流程

本发明涉及地震勘探技术领域，具体而言，涉及一种合成地震记录的方法和装置。

背景技术：

褶积模型合成地震记录在地震叠前和叠后反演中都有非常重要的作用。常规地震叠前AVO反演或叠后波阻抗反演均为基于模型的反演，其基础就是通过理论模型计算地震记录，而这个过程一般通过褶积模型实现。褶积模型假设反射波振幅是由反射系数与子波褶积的结果。在地震记录中，每个时刻的振幅是由很多反射系数与子波的褶积结果相互作用形成的。常规的褶积模型针对的一般为波阻抗界面，其反射系数仅与界面两侧地层物性参数(纵、横波速度和密度)及入射角有关。

随着地震勘探的发展，对储层的认识也在进步。地球物理学家们结合实际情况提出了如薄层理论、粘弹性介质理论、裂缝反射理论等新理论。这些新理论完善了人们对地下介质的认识。上面提到的几个理论有一个共同特点，其反射系数不仅与物性参数和入射角有关，还与频率相关，即其反射系数是频率依赖的，或称是频变的。反射系数的频变特性虽然使对这类储层的反演复杂化，但它丰富了地震反演理论，为研究薄层厚度、地层粘弹性参数等提供了新的思路。

但是，当反射系数频变时，常规褶积模型理论不再适用，这也直接导致常规反演方法无法应用，进而无法实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种合成地震记录的方法和装置，能够计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，以及界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供了适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

第一方面，本发明实施例提供了一种合成地震记录的方法，包括：

获取目标工区的地层模型、地震波频率以及地震子波；其中，所述地层模型至少包括一种类型的界面且每种类型的界面的数量至少为一个；

根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵；

根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱；

对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵，包括：

按照公式计算各个地层的反射系数；其中，R(t,f)表示各个地层的反射系数；f表示地震波频率；t_i表示任意一个时刻；R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数，其值可以是实数，也可以是频变的复数；

将计算的各个地层的所述反射系数与各个时刻进行组合，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱，包括：

对获取的所述地震子波进行傅里叶变换，得到地震子波频谱；

根据所述反射系数矩阵和所述地震子波频谱，计算各个时刻的合成地震记录频谱。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据所述反射系数矩阵和所述地震子波频谱，计算各个时刻的合成地震记录频谱，包括：

按照公式计算各个时刻的合成地震记录频谱；其中，表示t_i时刻、频率为f时的合成地震记录s(t_i)的频谱；表示地震子波的子波频谱；R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录，包括：

对所述地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到各个时刻的合成地震记录s(t_i)；

按照公式对各个时刻的合成地震记录s(t_i)进行求和，得到所有时刻的合成地震记录s(t)；其中，s(t)表示所有时刻的合成地震记录；s(t_i)表示t_i时刻的合成地震记录；i表示任意时刻；n表示为时刻的任意取值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，获取所述地震子波的方法，包括：

根据预设的地震子波主频计算所述地震子波：其中，w(t)表示地震子波；f₀表示地震子波主频；t表示任意取值的时间值；

或者，

根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；

计算所述地下介质物性参数对应反射系数；

对井旁地震道和所述反射系数进行反褶积计算，得到时间域子波w(t)。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，对于公式当t_i时刻不对应岩性分界面或裂缝界面时，R(t_i,f)＝0；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向同性介质时，R(t_i,f)＝r(t)，即t_i时刻的反射系数对应的所有频率值均为相同的实数；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)为频变复数，其具体数值根据不同界面和不同介质情况计算得到。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)的计算方法，包括：

当地层界面为裂缝界面时，根据公式R(t_i,f)＝R_w(θ)+R_frac(θ,f)计算所述反射系数；其中，θ为入射角，f为频率，R_w(θ)为与裂缝无关的波阻抗界面产生的反射系数，R_frac(θ,f)为裂缝产生的反射系数，其值随频率变化；

当地层界面为薄层顶界面时，按照公式r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P计算反射系数R(t_i,f)；其中，r表示反射、透射系数向量；R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；反射系数R(t_i,f)＝R_PP，其值随入射角、方位角和频率的变化而变化；A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及薄层围岩物性参数有关；B为薄层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、薄层各向异性参数及薄层其他物性参数有关。

第二方面，本发明实施例还提供了一种合成地震记录的装置，包括：

获取模块，用于获取目标工区的地层模型、地震波频率以及地震子波；其中，所述地层模型至少包括一种类型的界面且每种类型的界面的数量至少为一个；

第一计算模块，用于根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵；

第二计算模块，用于根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱；

第三计算模块，用于对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一计算模块，包括：

第一计算单元，用于按照公式计算各个地层的反射系数；其中，R(t,f)表示各个地层的反射系数；f表示地震波频率；t_i表示任意一个时刻；R(t_i,f)表示t_i时刻的地层反射系数，其值可以是实数，也可以是频变的复数；

组合单元，用于将计算的各个地层的所述反射系数与各个时刻进行组合，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

本发明实施例提供的一种合成地震记录的方法和装置，包括：获取目标工区的地层模型、地震波频率以及地震子波；根据地层模型和地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵；根据反射系数矩阵和地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱；对合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录，与现有技术中合成地震记录的方法仅适用于非频变的反射系数的常规地层，无法应用薄层界面、裂缝界面类等特殊界面相比，其不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种合成地震记录的方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种广义褶积模型正演结果的示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种正演模型的示意图；图3中，(a)表示模型示意图，(b)表示反射系数序列；其中，前两个竖直方向的线为实部，横线和最后一个竖直方向的线为虚部。

图4示出了本发明实施例所提供的另一种合成地震记录的方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的另一种合成地震记录的方法的流程图；

图6示出了利用广义褶积模型理论进行地震合成记录正演的流程示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种合成地震记录的装置的结构示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种合成地震记录的装置中第一计算模块和第二计算模块的结构示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种合成地震记录的装置中第三计算模块和第一计算子单元的结构示意图；

图10示出了本发明实施例所提供的一种合成地震记录的装置中获取模块的结构示意图。

主要标号说明：

11、获取模块；12、第一计算模块；13、第二计算模块；14、第三计算模块；111、第六计算单元；112、获取单元；113、第七计算单元；114、反褶积计算单元；121、第一计算单元；122、组合单元；131、第二计算单元；132、第三计算单元；141、第四计算单元；142、第五计算单元；1211、第一计算子单元；1212、第二计算子单元；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着美国页岩气革命的成功，在世界范围内掀起了一股非常规油气资源勘探开发的浪潮。非常规储层如薄储层、粘弹性储层受到学者们和能源公司的广泛关注。地震反演是预测非常规储层油气富集区的有效技术，它可以帮助地质人员圈定油气富集的“甜点”地区。在地震叠前或叠后反演中，利用褶积模型合成理论地震记录的正演方法是基础，起着重要的作用。传统的褶积模型合成地震记录要求地层反射系数是不随频率变化的，但对于某些特殊储层，由于层厚变化(如薄储层)、或含流体(如孔隙性储层)等因素导致其反射系数是频变的，无法应用常规褶积模型理论进行正演，从而限制了其叠前反演方法的研究应用。本发明实施例提供了一种合成地震记录的方法和装置，其提出了广义褶积模型理论，该基于广义褶积模型扩展了常规褶积模型的应用范围，使其可进行地层反射系数随频率变化情况下的褶积合成地震记录，为储层反演的发展奠定了理论基础。下面通过实施例进行描述。

本发明实施例提供了一种合成地震记录的方法，参考图1，所述方法具体包括：

S101、获取目标工区的地层模型、地震波频率以及地震子波；其中，所述地层模型至少包括一种类型的界面且每种类型的界面的数量至少为一个。

具体的，目标工区的地层模型可以是常规地层的地层模型，也可以是特殊地层(如薄层、裂缝层等)的地层模型。每个地层模型包括至少一个地层，每个地层对应一种类型的界面(该界面为地层界面)；每个地层模型可以包括一种类型的界面，也可以包括多个不同类型的界面，其中，界面类型包括界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面以及界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面(如薄层界面以及裂缝界面)，并且，每种类型的界面的数量可以为一个，也可以为多个。

上述地震子波可以是为了进行理论研究，首先预置一个地震子波主频，然后根据该地震子波主频计算各个时刻的地震子波；或者，上述地震子波也可以是实际应用中根据测井资料提取得到的。具体的提取方法包括：获取测井资料，然后利用测井资料获取井口附近准确地下介质物性参数，通过计算得到该地下介质物性参数对应反射系数r(t)，根据反射系数r(t)结合井旁地震道s(t)反褶积计算得到时间域子波w(t)。

上述地震波频率可以是预置的一个确定范围的频率，该频率的范围与后面地震子波的频谱对应的频率范围相同。

S102、根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

具体的，根据地层模型中各个界面对入射地震波的反射时间和地震波频率，计算各个地层的反射系数；然后将各个地层的反射系数与对应的时刻进行组合，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

为了减小计算量，提高计算效率，本发明实施例中根据获取的地震子波，首先计算地震子波频谱，然后根据地震子波频谱计算地震子波的主要频率范围；该主要频率范围的具体计算方法包括：利用地震子波频谱计算得到其振幅谱，分析主要能量对应的频率范围，得到地震子波主要频率范围。在计算频变反射系数时，可仅计算子波主要频率范围内的反射系数，减少计算量，提高效率。

S103、根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱。

本发明实施例中，首先计算地震子波的子波频谱，然后根据反射系数矩阵和子波频谱计算各个时刻的合成地震记录频谱。

S104、对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录。

本步骤中，对步骤103中得到的各个时刻的合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到各个时刻的合成地震记录，然后对各个时刻的合成地震记录进行求和，得到所有时刻的合成地震记录。

如图2所示，对于常规波阻抗界面，利用本发明实施例提供的合成地震记录的方法和常规褶积模型的合成记录完全一致；但对于裂缝反射，由于反射系数是频变的，其为复数，常规褶积模型理论无法合成地震记录(即反射地震记录)，但本发明实施例提供的合成地震记录的方法仍可以合成反射记录。这对开展裂缝反演等反射系数为频变复数的一类储层反演具有重要意义

本发明实施例提供的一种合成地震记录的方法，与现有技术中合成地震记录的方法仅适用于非频变的反射系数的常规地层，无法应用薄层界面、裂缝界面类等特殊界面相比，其不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

进一步的，上述步骤102中，根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵，具体包括：

1、按照公式计算各个地层的反射系数；其中，R(t,f)表示各个地层的反射系数；f表示地震波频率；t_i表示任意一个时刻；R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数，其值可以是实数，也可以是频变的复数；

本发明实施例中，为了减少反射系数的计算量，提高计算效率，在对获取的地震子波进行傅里叶变换，得到地震子波频谱后，再利用地震子波频谱计算得到其振幅谱，分析主要能量对应的频率范围，得到地震子波主要频率范围。在计算频变反射系数时，可仅计算子波主要频率范围内的反射系数，减少计算量，提高效率。

上述地震子波主要频率范围优选为0HZ到奈奎斯特频率的频率范围。对应的，上述地震波频率也优选为0HZ到奈奎斯特频率的频率范围。

2、将计算的各个地层的所述反射系数与各个时刻进行组合，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

如图3所示模型，包括两个波阻抗界面(图3中具体为界面1和2、2和3的分界面)和一条水平裂缝，波阻抗界面反射系数为实数，裂缝反射系数利用Schoenberg(1980)提出的方法计算，其值为频变的复数，且仅有虚部。

进一步的，参考图4，步骤103中，根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱，具体包括：

S1031、对获取的所述地震子波进行傅里叶变换，得到地震子波频谱。

本发明实施例中，上述地震子波主要频率范围优选为0HZ到奈奎斯特频率的频率范围。

S1032、根据所述反射系数矩阵和所述地震子波频谱，计算各个时刻的合成地震记录频谱。

本步骤中，具体按照公式计算各个时刻的合成地震记录频谱；其中，表示t_i时刻、频率为f时的合成地震记录s(t_i)的频谱；表示地震子波的子波频谱；R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数。

进一步的，步骤104中，对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录，包括：

1、对所述地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到各个时刻的合成地震记录s(t_i)；具体的，上述傅里叶反变换的公式包括：公式中，IFFT表示傅里叶反变换计算。

2、按照公式对各个时刻的合成地震记录s(t_i)进行求和，得到所有时刻的合成地震记录s(t)；其中，s(t)表示所有时刻的合成地震记录；s(t_i)表示t_i时刻的合成地震记录；i表示任意时刻；n表示为时刻的任意取值。

本发明实施例中，和分别为对各个地层的反射系数和对合成地震记录的计算公式，这两个公式为本发明实施例提出的广义褶积模型，利用该广义褶积模型，不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障

下面对本发明实施例中提出的广义褶积模型和的推导进行说明：

为了对含频变反射系数的地层模型进行合成地震记录正演，首先根据地层模型求得反射系数。常规褶积模型中反射系数位移时间序列r(t)，每个时间点(即每个时刻)的反射系数为一实数值。褶积合成地震记录的公式如下：

s(t)＝r(t)*w(t) (1)

式(1)中，s(t)为合成地震记录；w(t)为时域地震子波；r(t)为实反射系数序列，*为褶积运算符。(1)式中反射系数序列还可写为分量求和的形式：

式(2)中，n为时间采样点数；δ为狄拉克函数，其值在t＝t_i为1，其它时刻为0。式(2)的意义在于将反射系数序列r(t)分解为每个时刻反射系数值的求和过程。再此基础上，式(1)的褶积合成记录可进一步写为：

式(3)表示，一个反射系数序列的地震合成记录过程可看作每个时刻对应的反射系数与子波褶积结果的求和。

下面描述本发明实施例中的广义褶积模型公式的推导过程：

假设含频变反射系数的反射系数序列为R(t,f)，其中f为频率。参考式(2)，反射系数序列可写为：

其中，R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数，其值可能是实数，也可以是频变的复数。当t_i时刻不对应岩性分界面或裂缝界面时，R(t_i,f)＝0；当t_i时刻对应界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面时，R(t_i,f)＝r(t)，即t_i时刻反射系数所有频率对应的值均为相同的实数；当t_i时刻对应界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面(如薄层顶界面、裂缝界面等)时，反射系数R(t_i,f)为频变复数，此时的反射系数的具体数值根据不同界面以及介质情况求取。

参考(3)式，t_i时刻的反射系数对应的合成地震记录为：

s(t_i)＝R(t_i,f)δ(t-t_i)*w(t) (5)

为了处理频率项，对式(5)两侧进行傅里叶变换：

上述式(3)表示，一个反射系数序列的地震合成记录过程可看作每个时刻对应的反射系数与子波褶积结果的求和。

利用公式(6)计算得到所有时刻的合成地震记录频谱后，对得到的合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，即可得到各个时刻合成地震记录s(t_i)，在对得到各个时刻合成地震记录s(t_i)进行求和即可得到广义褶积模型的合成地震记录s(t)：

进一步的，合成地震记录不同的应用环境中，获取所述地震子波的方法也不同，本发明实施例中给出了两种具体获取地震子波的方法：

第一，当获得合成地震记录是为了进行理论研究时，获取地震子波的方法包括：

根据预设的地震子波主频计算所述地震子波：其中，w(t)表示地震子波；f₀表示地震子波主频；t表示任意取值的时间值；

具体的，针对进行理论研究的，可以人工设定子波。例如雷克子波，只要给定雷克子波主频值，即可按照下面的公式(8)计算得到子波序列，具体的公式为：

式中，f₀为子波主频，时间t为已知值可以任意设定。

第二，参考图5，当获得的合成地震记录是为了进行实际的特殊地层的地下介质物性参数的反演时，地震子波的获取方法包括：

S301、根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数。

具体的，当目标工区的地层为裂缝层时，地下介质物性参数包括：每一个地层的物性参数和每条水平裂缝的裂缝参数。其中，每一个地层的物性参数包括：地层的纵波速度、地层的横波速度和地层密度；上述每条水平裂缝的裂缝参数为两个：S_N和S_T；其中，S_N为水平裂缝法向屈服度，S_T为水平裂缝切向屈服度。

当目标工区的地层为薄层时，地下介质物性参数包括：所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数。

S302、计算所述地下介质物性参数对应反射系数；

具体的，上述反射系数的计算方法包括：当地层模型中的界面不对应岩性分界面或裂缝界面时，反射系数为0；当地层模型中的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向同性介质时，反射系数为r(t)，即选取时刻的反射系数对应的所有频率值均为相同的实数；当地层模型中的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数为频变复数，其具体数值根据不同界面和不同介质情况计算得到。

当地层模型中的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，根据不同的界面情况计算反射系数：1、当界面为裂缝界面时，根据下面的“地层界面为裂缝界面”的方法进行计算；2、当界面为薄层顶界面时，根据下面的“地层界面为薄层顶界面”的方法进行计算。

S303、对井旁地震道和所述反射系数进行反褶积计算，得到时间域子波。

具体的，结合步骤301～步骤303，上述方法为统计性子波的提取，根据地震记录自相关与子波自相关相等的假设，利用地震记录估计子波的振幅谱和相位谱，最后反傅里叶变换后得到时间域子波w(t)。

进一步的，对于公式当t_i时刻不对应岩性分界面或裂缝界面时，R(t_i,f)＝0；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向同性介质时，R(t_i,f)＝r(t)，即t_i时刻的反射系数对应的所有频率值均为相同的实数；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)为频变复数，其具体数值根据不同界面和不同介质情况计算得到。图6示出了本发明实施例提供的一种合成地震记录的方法的整理流程示意图。

进一步的，波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)的计算方法，包括：

当地层界面为裂缝界面时，根据公式R(t_i,f)＝R_w(θ)+R_frac(θ,f)计算所述反射系数；其中，θ为入射角，f为频率，R_w(θ)为与裂缝无关的波阻抗界面产生的反射系数，R_frac(θ,f)为裂缝产生的反射系数，其值随频率变化；

当地层界面为薄层顶界面时，按照公式r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P计算反射系数R(t_i,f)；其中，r表示反射、透射系数向量；R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；反射系数R(t_i,f)＝R_PP，其值随入射角、方位角和频率的变化而变化；A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及薄层围岩物性参数有关；B为薄层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、薄层各向异性参数及薄层其他物性参数有关。

本发明实施例提供的一种合成地震记录的方法，与现有技术中合成地震记录的方法仅适用于非频变的反射系数的常规地层，无法应用薄层界面、裂缝界面类等特殊界面相比，其不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

参考图7，本发明实施例提供了一种合成地震记录的装置，所述装置用于执行上述合成地震记录的方法，所述装置包括：

获取模块11，用于获取目标工区的地层模型、地震波频率以及地震子波；其中，所述地层模型至少包括一种类型的界面且每种类型的界面的数量至少为一个；

第一计算模块12，用于根据所述地层模型和所述地震波频率，计算各个地层的反射系数，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵；

第二计算模块13，用于根据所述反射系数矩阵和所述地震子波，计算各个时刻的合成地震记录频谱；

第三计算模块14，用于对所述合成地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到所有时刻的合成地震记录。

本发明实施例提供的一种合成地震记录的装置，与现有技术中合成地震记录的方法仅适用于非频变的反射系数的常规地层，无法应用薄层界面、裂缝界面类等特殊界面相比，其不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

进一步的，参考图8，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第一计算模块12，包括：

第一计算单元121，用于按照公式计算各个地层的反射系数；其中，R(t,f)表示各个地层的反射系数；f表示地震波频率；t_i表示任意一个时刻；R(t_i,f)表示t_i时刻的地层反射系数，其值可以是实数，也可以是频变的复数；

组合单元122，用于将计算的各个地层的所述反射系数与各个时刻进行组合，得到包括频变反射系数的反射系数矩阵。

进一步的，参考图8，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第二计算模块13，包括：

第二计算单元131，用于对获取的所述地震子波进行傅里叶变换，得到地震子波频谱；

第三计算单元132，用于根据所述反射系数矩阵和所述地震子波频谱，计算各个时刻的合成地震记录频谱。

进一步的，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第三计算单元具体用于132，按照公式计算各个时刻的合成地震记录频谱；其中，表示t_i时刻、频率为f时的合成地震记录s(t_i)的频谱；表示地震子波的子波频谱；R(t_i,f)表示t_i时刻的反射系数。

进一步的，参考图9，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第三计算模块14，包括：

第四计算单元141，用于对所述地震记录频谱进行傅里叶反变换，得到各个时刻的合成地震记录s(t_i)；

第五计算单元142，用于按照公式对各个时刻的合成地震记录s(t_i)进行求和，得到所有时刻的合成地震记录s(t)；其中，s(t)表示所有时刻的合成地震记录；s(t_i)表示t_i时刻的合成地震记录；i表示任意时刻；n表示为时刻的任意取值。

进一步的，参考图10，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，获取模块11，包括：

第六计算单元111，用于根据预设的地震子波主频计算所述地震子波：其中，w(t)表示地震子波；f₀表示地震子波主频；t表示任意取值的时间值；

或者，

获取单元112，用于根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；

第七计算单元113，用于计算所述地下介质物性参数对应反射系数；

反褶积计算单元114，用于对井旁地震道和所述反射系数进行反褶积计算，得到时间域子波w(t)。

进一步的，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，对于公式当t_i时刻不对应岩性分界面或裂缝界面时，R(t_i,f)＝0；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向同性介质时，R(t_i,f)＝r(t)，即t_i时刻的反射系数对应的所有频率值均为相同的实数；当t_i时刻的波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)为频变复数，其具体数值根据不同界面和不同介质情况计算得到。

进一步的，参考图9，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第一计算单元121，包括：

第一计算子单元1211，用于波阻抗界面的界面两侧介质为均匀各向异性介质时，反射系数R(t_i,f)的计算方法；

第二计算子单元1212，用于按照公式计算各个地层的反射系数；其中，R(t,f)表示各个地层的反射系数；f表示地震波频率；t_i表示任意一个时刻；R(t_i,f)表示t_i时刻的地层反射系数，其值可以是实数，也可以是频变的复数；

进一步的，本发明实施例提供的合成地震记录的装置中，第一计算子单元1211具体用于，当地层界面为裂缝界面时，根据公式R(t_i,f)＝R_w(θ)+R_frac(θ,f)计算所述反射系数；其中，θ为入射角，f为频率，R_w(θ)为与裂缝无关的波阻抗界面产生的反射系数，R_frac(θ,f)为裂缝产生的反射系数，其值随频率变化；

当地层界面为薄层顶界面时，按照公式r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P计算反射系数R(t_i,f)；其中，r表示反射、透射系数向量；R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；反射系数R(t_i,f)＝R_PP，其值随入射角、方位角和频率的变化而变化；A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及薄层围岩物性参数有关；B为薄层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、薄层各向异性参数及薄层其他物性参数有关。

本发明实施例提供的一种合成地震记录的装置，与现有技术中合成地震记录的方法仅适用于非频变的反射系数的常规地层，无法应用薄层界面、裂缝界面类等特殊界面相比，其不仅能计算界面两侧介质为均匀各向同性介质的常规波阻抗界面，还能计算界面两侧介质为均匀各向异性介质的特殊界面，提供适用于薄层或粘弹性储层等非常规油气储层的合成地震记录方法，实现对薄层厚度、地层粘弹性参数的研究，为油气资源的准确勘探和高效开发提供地质保障。

本发明实施例所提供的合成地震记录的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。