专利名称：勘探复杂大地构造环境的方法
在地球物理勘探中，地质学家特别想确定地层圈闭和/或构造圈闭的几何结构。在前一种情况下，问题是改进测量时间和地震反射层曲率的准确度。在后一种情况下，问题主要是确定地质区间速度场和时间重叠，以获得要勘探的地下层的深层像。
为解决时间和速度的测量问题，在地震反射勘测中可以应用许多探测点。地震反射勘测法是一种获得地下层地震像的普通方法。在这种方法中，采用适当的被称为源的能源，使声波在要勘探的地下层中发射和传输，然后在地下层中包含的不同反射层上反射。利用配置在地面上或水体中的适当接收器记录作为时间函数的反射波。因此每个由接收器提供的记录或记录的线被指定来定位位于连接源和接收器的弧段中间的点。这种操作被称为按次序安放共中心点(CMP)选排。
现在作为常规方法的地需勘探技术是多层覆盖的。在这种技术中，源和接收器配置在地面上，使得给定的中心点收集若干记录。与同一中心点有关的一系列记录构成一般被称作记录和记录线的共中心点选排。选排的集合与一系列最好沿同一作业线配置的不同中心点相关。为获得这些选排，重要的是在介质的表面以预定的方式分布源和接收器。
今天有两种分布起主要作用。在称为“2维探测”的第一种分布中，源和接收器准直在同一条线上。因此所有的记录与位于同一平面内的波传播路径相关联，至少在理论情况下，与成平面和平行层构造的地下层内的传播路径相关。常规应用这种探测法来勘探以地磁平静构造为特色的地下层，特别是对于大规模的探测。在称为“3维探测”的第二种分布中，源和接收器多少均匀地分布在一个表面上，使得与相同CMP相关的记录对应于不完全位于同一垂直平面内的路径，该相同的CMP在这种情况下称作“仓室”，因为相同的CMP事实上起因于属于基本表面或仓室的中心点位置。在现在，在需要较高分辨率(例如水库工程)或在复杂构造的情况下，特别应用后一种探测方法。
这种两探测方法和有关的常规地震作业使得可以根据CMP选排来获得穿过所有这些共中心点的垂直平面内的深层地震像当记录平行于单轴向圆筒系列的母线方向时，对形成倾斜的或不倾斜的平面或平行层的地下层作出均匀的和各向同性的常规假设后，则在共中心点选排上观测到的与每个地下反射层相关的反射在理论上定位于时间距离曲线，该曲线在理论上是中心在中心点垂线上的双曲线，上述时间/距离曲线一般由两个参数确定叠加速度Vs和零偏移射线传播时间to；在颂斜平面和平行层的情况下，可用正常时差(NMO)校正来测量叠加速度，或者在用迁移和倾斜测量进行叠加之后，或者在用DMO法进行叠加之前，从而使得Dix方程适用。
可以回想到，Dix方程适用于由水平面和平行层构成的地下层的和在有关的源和接收器之间为低偏移的反射，该方程表达以反射层n和n-1为界的地下层中的区间速度Vn，表示如下Vn=(V2RMS(n)×tn-V2RMS(n-1)×tn-1)1/2tn-tn-1]]>式中VRMS(n)和VRMS(n-1)分别是从表面到反射层n和n-1的零偏移路径的均方根速度，tn和tn-1是上述路径的通过时间。速度VRMS接近在时间/距离曲线上测量的速度Vs。
一当偏离这些情况太远，所有基于平面和平行层假定(这是应用Dix方程的条件)的常规处理将不再有助于获得地下层的正确图像。如果Dix方程不再适用，则通过常规处理从时间信息转到深度信息将导致如所用处理数目那样多的深层图像。另外，获得的图像包含不可改变的缺陷，例如图象的局部重叠或局部缺损。孔洞或过量信息的存在不能用任何注意到倾斜效应或有助于从时间转到深度的常规处理方法例如倒转、迁移和X线断层术进行处理。
FR-A-2 296 857试图使Dix方程适用于地下层由平面、平行和倾斜层组成的地下层的情况。为达到此目的，使用Levin方程，所推荐的方法仅涉及倾斜平面层，如果地下层由弯曲的折光层组成则不再适用。
FR-A-2 648 562为了跟踪作为方位函数的时间和振幅的正弦波变化，推荐使用大量具有相同偏移和变化方位的记录曲线，从而可以提出地下层方位的各向异性的主要方向。这种方法不适合于复杂的构造，因为它仅涉及地磁平静的或很平静的构造。
FR-A-2 703 469也涉及一种分析方位各向异性的方法，这种方法只适用于地磁平静或很平静的构造，但不适用于复杂的构。另外，该方法仅涉及仿佛是对假想井的单次野外定位。
在上述专利所述的方法中在任何情况下没有一个方法可以用来确定在复杂构造情况下的区间速度场。
本发明的目的是一种方法，当不能应用Dix方程和不能用校正处理例如DMO补偿倾斜时，该方法用于获得和处理地需数据，该方法可理想地用于研究复杂的大地构造，并有助于弥补上述缺点。
作为举例，由其轴线沿其轮廓线转动的连续结构描述的地下层形变，或由其轴线可彼此相对转动的叠加的连续结构描述的地下层形变，或由于存在垂直于作业线轴线或平行于该轴线的缺陷而由不连续结构的形变描述的地下层形变均可归入复杂构造之列。同样，任何包含速度边缘的构造必须看作为复杂构造，因为在这种情况下，时间/距离曲线显示为变化曲率(边缘效应)。同样，位于复杂构造下面的地磁平静区域也将看作为复杂结构。
本发明的另一个目的是有助于获得至少说明叠加速度场特征的参数，该速度场与对应于上述介质表面给定点的反射层元相联系。
本发明涉及一种方法，在此法中，记录四个2维地震剖面，特别在串联型(3维式)中，这四个2维地震剖面取向于四个可彼此相对转动的所成角度最好为45°的方向。
更准确地说，方法在于作出地震记录线的共中心点选排，其共中心点是上述给定的点；方法在于将该选排的记录线加以动态的和/或静态的校正，方法的特征在于，与上述点有关的共中心点选排由沿穿过上述点的四个成角度方向记录的四个CMP亚选排编辑，该亚选排与上述给定点有关，该方法还在于对四个CMP亚选排的每个进行动态的和/或静态的校正，以便确定每个亚选排的优化有关已校正亚选排记录线的叠加能量的曲率值和/或速度值。由此得到的四个值代表每个对应于给定点反射层元要求的速度场分量，每个反射层元的特征在于具有零偏移反射的垂直传播时间to，时间to对于四个亚选排是共有的。
本发明的一个优点在于，对于只能在三维情况下勘探的环境，能够用二维地震方法进行三维地震勘探。
本发明的另一个优点在于，对于可获得信息的区域，这些区域的附近或位于这些区域之间的孔附近信息能被获得。这意味着，在复杂构造中可以获得与过去由处理地磁平静或不复杂构造的常规三维方法获得的信息相同的连贯信息。
按照本发明的另一特征，穿过给定点的角方向使得两个连续的方向形成40°至50°之间的锐角，并且最好约为45°。
本法适用于许多构成共中心点的给定点，该中心点位于规则形网格的节点上，该网格最好呈平行四边形形状。
亚选排最好沿这样的直线获取，即这些直与形成格子的平行四边形网的侧边或对角线重合。
为构成重叠记录线的三维块，在构成格子节点的每个中心点上作成重叠的记录线，方法是并置以to值为中心的重叠的记录线，该to值与处在上述中心点垂直方向上的反射层有关，通过单独叠加与中心点有关的四个二维记录线的亚选排中的每个亚选排以及通过得到以to值为中心的每个记录线部分，该to值与一个反射层有关。选择对应于峰值能量的叠加记录线的to为中心的部分。
在阅读本发明方法和附图之后将会看出本发明的上述和其它的特征和优点，附图是
图1是本发明的地震数据获取线的位置图的示意图，圆圈表示共中心点阵列的最大偏移，该阵列用星心表示；图2是三种共中心点选排的示意图；图3是具有复杂结构的介质的概要图；图4是线的平面图，在该线上确定速度场分量和构成平面波形的参数；
图5是表示三个合成事件的四-BAP示意图；图6是四-BAP的示意图，在该图中挑出图5的四-BAP的事件；图7是从图6挑出事件的能量峰值重叠记录线的图；图8是具有单轴向复杂构造的介质的示意图。
在要勘探的介质表面上，配置用于发射、接收和记录来自介质地下层的地震数据的阵列，上述阵列是用于地震反射勘测型的。图1中示出探测(记录)线，它是串联源和记录接收器的线，至少指向四个方向1至4，该方向是使得在两个连续方向(1，2；2，3；3，4)之间的角度最好为45°。按照图1的配置可以得到4次二维系列记录和具体地4×二维系列记录，即一组平行的探测线，每系列平行线代表海上型的或直线型的二维记录，该平行线除空间距离外包括跨距，该空间距离例如对沿方向1和3的线为400m，而对其它两系列的成45°的沿方向2和4的线则约为283m。很明显，空间距离可以减小到记录线距离，它一般为25m。记录包括常规2D参数的每条线，例如包括在25m的距离和12.5m跨距(叠加阵列)的96条记录线。在共中心点(CMP)上收集四系列线的记录，CMP选排可以分成三类(图2)。由单线20表示的常规第一类对应于源/接收器的偏移，中心点201代表共中心点。这种CMP用于4×二维成像。
第二类由叉21表示。
第三类用星22表示，该星聚集四组互成45°的221到224线。其中心点以表面上的给定点A为中心。第三类可以用来建立以给定点A为中心的四个CMP亚选排。每个CMP亚选排以本身已知的方式动态地和/或静态地被校正。在第三类CMP上，用BAP进行曲率分析，如E.deBazelaire的多重叠(polystack)方法(Geophysics，1988，53(2)143)所述，曲率分析或相同CMP的四线的BAP可以收集在包含四个平面或四-BAP的一个单一表中，BAP是记录线的选排，它的每一个在进行静态式和重叠双曲校正之后得自相同的共中心点选排。因此BAP的n个记录线对应于沿n个不同曲率的研究。在此之后，作为整体的表格，由此检测关于“多重叠”的能量峰。一当获得to，即一当确定对应于源/接收器零距离的零偏移的时距to，便在四个值tp1(to)、t2p(to)、t3p(to)和t4p(to)的各个个别的表选出峰值，对每个测定的to作此工作。这些差tp对应于在宽度为1/B的基本窗中所考虑的值to附近的四个亚选排中各个的最佳重叠，该B是记录信号的通带。
图3是零倾斜介质的地下层的示意图，该介质的表面用平面S表示，该介质包括两层C1和C2，各层有不同的速度V1和V2，各层由形为环面ST的反射层分开，在层C1和C2顶点处的厚度分别为e1和e2。
在表面S上示出给定点A、每个亚选排的共中心点、在对称平面中的参考方向X和与参考轴线X成α角的记录方向ζ。
环面ST具有主正交半径R1和R2，其中R1在对称平面中被测量。
在点O附近的环面ST的曲率半径R(α)的方程由下式表示1R(α)=cos2αR1+sin2αR2]]>在近轴近似的情况下，即在所用的辐射状直线与辐射状直线簇的对称轴线构成小角度的情况下，即用弧度表示的角度等于其正弦值或正切值(小于约15°的角)的情况下，可以认为属于共中心点(CMP)的所有辐射状直线包含在由记录线ζ和线AOM确定的同一平面上，其中A是给定点或CMP，O是界面或环面ST的顶点，M是入射波前的曲率中心。
在第一层C1中的输出波前的曲率中心M′(α)是越过具有顶点O的界面ST的源点M的光学像。因此可根据点M的位置和下层土的参数通过光学共轭方程确定点M′(Shah和Levin，1973；和E.deBazelaire)。下面以简化形式给出的该方程表示位于界面两侧空间中的任何两点之间的时距的二级固定性，它遵从Fermat原理1V2×(1OM(α)-1R(α))=1V1×(1OM′(α)-1R(α))--(1)]]>零偏移时间to，即在给定点A交汇的源/接收器对的零偏移时间由以下方程给出t0=2e1V1+2e2V2--------(2)]]>在这种情况下，平面近似可应用于转动α角的辐射状直线的面。
由E.de Bazelaire提出的PSCAN理论可以确定聚焦深度P(α)，使得2P(α)＝V1tp(α)，式中tp是聚焦深度时间，在图3中P(α)代表距离AM′(α)。
用下式计算tp(α)1p(α)=2c1/V1+2c2V21V1V1+(V2V1)c2[sin2α/R2+cos2α/R1]---(3)]]>考虑以下条件I01=2e1/V1]]>ζm=1tp(0)-t01]]>ζM1tp(π/2)-t01]]>ζ(α)=1tp(α)-t01-----(4)]]>将这些项代入给出tp(α)的方程(3)得到下式ζ(α)＝ζmcos2α+ζMsin2α(5)方程5是用已转换曲率表示的椭圆张量的方程。
下式给出tp的新方程tp(α)=tp(0)·tp(π/2)-t01(tp(0)cos2α+tp(π/2)sin2α)tp(0)sin2α+tp(π/2)cos2α-t01--(6)]]>该方程具有本征形式它不再依赖于所用模。当穿过介质之间的界面是连续表面或具有连续导数时，它代表所有在三维地震勘探中所遇到的波前。
从方程(6)可以看到，对于选取的每个时间值有四个需要获得的独立参数，它们是tp(O)，tp(π/2)，to1和角度α或方位角。为得获得这些参数，对同一时间位置to至少取四个独立的测量tp1，tp2，tp3和tp4是必不可少的。
因为参数轴线由测量阵列确定，所以角度参考轴是OX。此轴与最大的重叠“伞”tp即三维波前时间图像的最小曲率的轴线形成角度α。作为偏移和方位角函数的重叠“伞”是由接收器在表面上接收的三维波前的时间图像。这是时间/距离双曲线的三维扩展。该双曲线代表可能在两维空间中接收的随时间推移的圆形波前。上述时间图像由椭圆E在表面的平面上的投影构成。
参考值可表示为tp\\＝1/ζ\\(7)垂直于此量的轴线是其上tp值为最小即曲率最高的轴线。
此值由下式表示tp⊥=1/ζ⊥------------(8)]]>成45°角的轴线的值ζ3由前面的值和过渡时间τ决定。决定波前的参数因此是 右手参数在解析tp(α)的方程期间确定。
左手参数与下列方程组引用的测量有关 必须反求方程组求得以下作为测函数的参数α(方位角)，τ(过渡时间)，tp\\(最小时差)，tp(最大时差)，该测量为tp1，tp2，tp3，tp4，(11)这完全是常规计算法。首先用上述方程组的四个方程之间的一系列线性组合算出τ值。得到二次方程其解有两个τ′值这意味着沿延伸于输出介质中的辐射状直线路径仅存在两个波前，此波前的重叠伞可由弯曲的椭球面代表、正是在这两个重叠伞上而且仅在该两伞上，才允许进行两维空间内插法。τ的两个值是t1t2=tp1tp4-tp2tp3±(tp1tp4-tp2tp3)2+(tp2+tp4-tp1-tp3)[tp1tp3(tp2+tp4)-tp2tp4(tp1+tp3)]tp2+tp4-tp1-tp3----(12)]]>对两个τ值角α的值形式上是相同的，这意味着，计算的辐射状直线路径仍是共平面。模π的α的两个值可用以下方程计算tan2α=(tp2-tp4)(tp1-τ)(tp3-τ)(tp3-tp1)(tp4-τ)(tp2-τ)------(13)]]>tp(平行)和tp(垂直)的值由下列方程确定 式中 有这四个值便可以再建重叠伞与通过其中心轴线的任一垂直平面的所有交叉线。
在上面的讨论中，特别是参照图1可以看到，本发明有助于确定必需的四个数值，这四个数值可以用来重建重叠伞与通过其中心轴线的任一垂直平面的所有交叉线。另外，按照本发明，最好单独地叠加四根线，然后选四个叠加中最好的。因此，成像必须与速度场的估计完全分离，上述速度仅在同时存在四线的记录系统(4×二维)的交叉点获得。这使得可以完全地确定四个需要的值和确定作为to函数的主要时差值的方向。然后用常规的二维方法，通过分开地应用每个平面中的to和主to确定地下土层区间的速度，这种二维方法仅沿主方向的辐射状直线路径平面是有效的。
图5示出三个完全事件合成的例子的四-BAP，这三个完全事件是在互成45°角的四线中确定的。每个BAP涉及沿探测方向θ＝0，θ＝π/4，θ＝π/2和θ＝3π/4中一个方向的亚选排。该BAP优化记录线重叠的能量，并代表在时间t1到t3出现的作为指标tp(聚焦深度)函数的事件。在时间t1发生线为θ＝0和tp为指标i1的事件，该事件显示最大能量。在时间t2发生线为θ＝π/4和tp为指标i2的事件，该事件显示最大能量，而在时间t3发生θ＝3π/4和指标i3的事件，该事件显示最大能量。选择这三个事件的例子示于图6。
图7是能量峰的重叠记录线结构的例子，其中可看到在不同时间t1，t2和t3发生的三个事件。对于每个选择的时间t1，t2和t3，可在图5的每个BAP中找到振幅峰值，使得可以测定每个选择时间的对应于这些峰的tp，即tp1，tp2，tp3和tp4。然后应用这些tp值来计算参数，例如前面所述的α，τ，tp\\和tp。
如果复杂结构由圆筒系列(单轴折叠)构成，即在这种构造中所有圆筒的母线均彼此平行并且圆筒不能彼此相对转动，而且如果轴线的方向是已知的，则可以放弃沿45°角轴线的记录而采用“倾斜(DIP)”和“走向(STRIKE)”方向的记录，即分别为最大倾斜和最小倾斜方向的记录。在这些条件下，可以联合“倾斜”数据和“走向”数据，而此前使用的是“倾斜”数据或“走向”数据。
参照图8可以看到一个具有单轴向简体结构的地下土层，即地下上层可以看作一个具有轴线AX的筒体，在该筒体上所有平行轴线AX的曲率半径是无限大。如果上述方向AX已知的，则椭圆张量的方程(5)简并，为要测定已成为对称的完全张量，只要测量平行于和垂直于轴线的tp就足够了。事实上，所有的α项消失了，减少了在AX(“走向”)和AY(“倾斜”)方向探测2×二维型地震数据的问题。
很明显在探测线之间也可选用其它的角度值，因为这导致在四维向量空间中的正交座标。
如果座标是正交的，则当被测量的器参数中仅有一个变化时，其余三个保持不变。如果座标不是正交的，即如果探测线的方向彼此不是准确地成45°角，则可以确定另一个其轴线成45°角的格子或星，而且作在这些方向的参数测量值的投影，以便建立正交座标。仅当地震数据探测线的方向彼此很不相同，这种投影才是可能的。
在某些情况下，例如在海上进行地震勘探时，很难使得四条探测线准确通过同一点。在这种情况下，可以应用上述四条探测线的交点形成的区域的重心作星的中心，并将在上述探测线上获得的参数测量投影在对应于该重心的正交座标上，从而随后测定波前参数。
图2中的星22可用在4×3三维成象中，以便根据四个基本的三维块得到单个的三维块，以及测定4×二维和4×三维中的时差。
权利要求
1.一种用地震反射法勘探介质的特别适合于勘探具有复杂构造介质的方法，用于获得至少说明重叠速度场特征的参数，该速度场与位于环境(S)表面上给定点(A)垂线上的反射层元相关，上述方法在于建立地震记录线的共中心点选排，该记录线的共中心点(CMP)是上述给定点，方法在于对该选排的记录线进行动态的和/或静态的校正，方法的特征在于，沿穿过上述给定点的四个角方向(1至4)记录四个与上述给定点有关的CMP亚选择，由此确立与该给定点(A)相关的选择，并且为了确定每个亚选排的曲率值和/或速度值，对四个CMP亚选排中的每个选排进行动态的和/或静态的校正，该速度优化有关已校正亚选排的记录线重叠的能量，由此得到的四个值代表对每个对应于给定点的反射层元要求的重叠速度场的分量，方法的特征还在于具有零偏移反射的垂直传播时间to。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据与上述反射层元中的一个有关的重叠速度场的四个分量，可以确定表征与上述反射层元的波前有关的特征的参数，例如α，τ、tp\\和tp⊥，α表示相对于预定参考方向的最大曲率的方位角，tp\\和tp⊥分别表示作为偏移和方位角函数的时间图像的最低和最高曲率的倒数，τ表示过渡时间。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过给定点的角方向是使得两个连续方向之间形成40°至50°的锐角，最好形成约45°角。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，该方法可用于许多构成共中心点的给定点，这些点位于规则网格的节点上，网格最好呈平行四边形。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，沿这样的线得到亚选排，即这样的线与形成格子的平行四边形的网的侧边或其对角线重合。
6.如权利要求5所述的方法，用于构造重叠记录线的三维块，其特征在于，在构成格子节点的每个中心点上建立已重叠的记录线，其方法是并置以to值为中心的记录部分，该to值与在上述中心点垂线上的反射层有关，通过单独重叠与中心点有关的四个二维记录线的亚选排中的每一个以及通过选择以对应于能量峰的重叠记录线的to值为中心的部分，可以获得以联系反射层的to值为中心的各个记录线部分。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果要勘探的地下层结构是单轴向圆筒结构，该结构的纵轴(AX)方向是确定的，则仅沿平行(走向)于和垂直于(倾斜)上述轴线(AX)的方向取得2×二维系列型的地震数据。
全文摘要
一种勘探具有复杂构介质的方法。该方法在于，建立地震记录线的共中心点选排，该选排的CMP点是上述给定点，还在于，对该选排的记录线进行动态和/或静态校正，方法的特征在于，沿穿过上给定点的四个角方向(1至4)记录与上述给定点有关的四个CMP亚选排，由此建立与该给定点(A)有关的选排，并对四个CMP亚选排中的每一个选排进行动态和/或静态校正，以便确定每个亚选排的曲率值和/或速度值，该速度优化有关已校正亚选排的记录线重叠的能量，由此得到的四个值代表对应于给定点的各个反射层元要求的重叠速度场的分量，方法的特征还在于具有零偏移反射的垂直传播时间t
文档编号G01V1/00GK1145666SQ9619005
公开日1997年3月19日 申请日期1996年1月17日 优先权日1995年1月23日
发明者埃里克·德巴泽莱尔 申请人:埃尔夫·阿奎坦生产公司