通过与偏移距相关的弹性fwi的多参数反演的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求 2013 年 5 月 24 日提交的题为"Multi-Parameter Inversion through Offset D印endent Elastic FWI"的美国临时专利申请61/827, 474的权益，通过引用将其 全部内容并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及地球物理勘探领域，包括油气勘探领域，并且更特别地，涉及地震 数据处理。具体地，本发明是用于地震数据的弹性全波场反演（"FWI"）以获取多个物理参 数的地下模型的方法。
【背景技术】
[0004] 地球物理数据处理中的反演处理通常（并且在本文件的情况中同样）指的是将地 震反射数据转换为地下地球模型形式的储层的定量岩石性质描述。如果假定该模型是各向 同性的，则这种模型需要三种参数：密度（P)、纵波速度（V p)和横波速度（Vs)来对其进行 描述。在包括各向异性和衰减的更一般的地下模型中需要附加参数。在地震分辨率反演中 使用许多技术，诸如叠后或叠前AVO反演和全波场反演（FWI)。
[0005] 众所周知，垂直入射角处的PP反射（纵波下/纵波上）很大程度上由声阻抗Ip = PVp确定。为了从地震数据估算Ip，在FWI中只考虑纵波传播通常是足够的，以节省处理时 间。为此，波传播建模只依赖于P和V p。然而，单独的Ip不一定是储层岩石和类型的良好 指标。众所周知，从诸如Vp/V s的弹性参数中可以更好地恢复流体类型。因此，针对声波和 弹性参数两者的多参数反演在储层表征中已经成为理想的，或许几乎是必须的。
[0006] 通过弹性FWI的多参数反演在描绘储层特征中具有独特作用，因为它是基于弹性 波传播的精确建模的。出于两个主要原因，弹性FWI是非常昂贵的处理。第一，由于用于剪 切波传播的计算机模拟所需的更密集的计算网格，有限差分模拟比声波（只有纵波）假设 下变得昂贵得多。第二，多参数反演比声波FWI需要更多的迭代，以获得收敛并且减小不同 参数之间的串扰。在储层表征中，描述岩石性质最重要的参数是声阻抗I p和速度比Vp/Vs。 因此，需要可以在最小数目的迭代（优选约10)中可靠地反演I p和V /以勺FWI方法，以使 其在诸如储层表征和速度模型建立的商业应用中实用。
[0007] 存在广泛的各种方法来从地震数据估算岩石性质。由Hampson等（2005)提议的 程序提出了叠前AVO反演中的典型工作流程。在他们的工作流程中，I p、13和密度是基于角 道集中的AVO和Aki-Richards方程（Aki和Richards，2002)同时估算的。他们的方法是 基于反射率的线性近似而不是模拟弹性波和匹配波形的迭代处理。因此，由于线性近似，在 叠前反演中计算成本要便宜的多。相反，尽管弹性FWI是昂贵得多的处理，但是其具有生成 优越结果的潜力。
【发明内容】
[0008] 本发明是用于使用弹性FWI的多参数反演的可靠且有效率的计算机实现方法。该 方法将数据分解为偏移距或角度组，并且以顺序次序对它们执行弹性FWI。与没有本发明 的改进所执行的弹性FWI相比，该方法可以显著加快收敛，在一些示例中大约为10倍。本 发明方法利用反射能量与反射角之间的关系或相等地弹性FWI中的偏移距相关性（offset dependence)。根据Aki和Richards (1980)的经典AVO理论，众所周知小角度（近偏移距） 反射的振幅很大程度上仅由声阻抗确定而与大部分Vp/V s无关。大角度（中和远偏移距） 反射受到Ip、Vp/Vs以及诸如密度和各向异性的其它地球参数的影响。因此，本发明方法在 执行多参数FWI中将数据分解为角度/偏移距组，以减小不同模型参数之间（即反演未知 参数之间）的串扰。为了本公开内容，包括随附的权利要求，应当理解将数据分解为角度组 相当于将数据分解为偏移距组，并且应当理解一个术语包括另一个。
[0009] 在一个实施例中，本发明是用于地震数据的反演以推断包括纵波速度、横波速度 和密度的地下物理性质参数的计算机实现的方法，所述方法包括：从地震数据中只提取PP 模式，以及将PP模式数据顺序地反演为两个或更多个不同的偏移距范围，每个偏移距范围 反演确定至少一个物理性质参数，其中在第二以及随后的反演中，在先前反演中所确定的 参数保持固定。
[0010] 在另一实施例中，本发明是用于地震数据的反演以推断至少纵波速度、横波速度 和密度的方法，所述方法包括：(a)从地震数据中只获取PP模式，以及将地震数据划分为近 偏移距范围、中偏移距范围和远偏移距范围，其中范围可以或可以不重叠；(b)使用利用声 波反演算法编程的计算机反演针对纵波声阻抗I p的近偏移距范围；(c)在Ip固定在（b)中 它的值的状态下，使用弹性反演算法反演针对横波声阻抗^或针对纵波速度V p除以横波速 度Vs的中偏移距范围；（d)在I p固定在（b)中它的值以及V P/V^定在从（C)中的I s值所 确定的值的状态下，使用弹性反演算法反演针对密度的远偏移距范围；以及（e)使用声阻 抗的定义和如在（d)中所确定的密度从IjP I s计算V p和V s。
[0011] 在典型的情况中，近偏移距范围可以小于500m，其中远偏移距范围大于2km，并且 中偏移距范围在近偏移距范围和远偏移距范围之间。
【附图说明】
[0012] 通过参考下面的详细描述和附图，本发明的优点被更好地理解，其中：
[0013] 图1是示出本发明的地震处理方法的一个实施例中的基本步骤的流程图；
[0014] 图2示出了用来生成合成道集的真实Vp、Vs和密度剖面，以及一个炮点道集；
[0015] 图3示出了与真实Ip和合成数据相比，使用近偏移距数据和数据误差的I p的反 演；
[0016] 图4示出了不知道Vp/Vs，只有Ip是不能够解释中偏移距数据的；
[0017] 图5示出了利用图2中所固定的Ip的Vp/VsS演解释直到中偏移距的地震数据； 以及
[0018] 图6示出了利用图2和图4中所固定的Ip和Vp/V s，来自远偏移距数据的密度的反 演结果。
[0019] 许多附图是彩色原件，由于专利法关于颜色使用的限制其被转换为灰度标。
[0020] 本发明将结合示例实施例被描述。然而，就下面的详细描述是针对本发明的特定 实施例或特定用途来说，其意在只是示例性的，并且将不被解释为限制本发明的范围。相 反，其意在涵盖可以包括在如随附的权利要求所限定的本发明的范围内的所有替换物、修 改和等价物。
【具体实施方式】
[0021] 在由（缩写为"SSB"）Sears、Singh和Barton (2008)所提出的弹性FWI方法中， 提议三阶段工作流程来从纵波和横波地震数据估算\和V s:第一阶段，使用垂直入射和广 角纵波数据针对短和中尺度Vp的反演；第二阶段，使用广角纵波数据针对中V 3的反演；和 第三阶段，使用纵横波数据针对短尺度Vs的反演。短尺度和中尺度是SSB论文中所使用的 术语。一般而言，短尺度指可以从地震数据中的高频反射能量直接推断的空间尺度，并且大 尺度指反射频率低于典型的地震源（例如，4-6Hz海上采集）的空间尺度。因此，大尺度是 典型地从偏移速度分析推断的。大尺度和短尺度之间的间隔通常被称为中尺度。
[0022] 虽然SSB方法可能初看来类似于本文所公开的3步骤发明方法，但存在区分它们 的重要特征。首先，SSB方法贯穿3个阶段使用不同的波模式。本发明方法贯穿3个步骤 使用相同的波模式（PP波），但不同的反射角/偏移距。众所周知，PP波数据代表典型的地 震勘测中的大部分记录能量，并且因此代表海上拖缆采集中的大部分值。其次，SSB方法在 第1阶段不分离垂直入射和广角纵波，并且同时使用它们。本发明方法在步骤1只使用小 角度反射数据，其是加快收敛的关键步骤。
[0023] -个综合示例被用来展示该方法在恢复Ip和Vp/Vs方面是非常可靠且有效的。获 得Ip和VP/V』；f需的迭代总数约为10。在该综合示例中，在步骤3(见图1流程图）中恢复 密度信息可以要求附加的10-15次迭代。对现场数据的测试示出在约10次迭代内同样可 以获取I p和V P/Vs的精确且可靠的估算。然而，在现场数据情况中，密度反演的可靠性强烈 受制于速度模型，包括各向异性和在远偏移距处的数据质量，的精确度。
[0024] 该综合示例遵循在图1的流程图中所说明的本发明方法的实施例。合成（计算机 模拟）数据被在该测试示例中使用以展示本发明。数据集由基于图2中示出的层状（一 维）地球模型的各向同性弹性有限差分模拟生成，其中V P、VS和密度相对地下深度绘制。速 度和密度的单位是m/s和kg/m3。合成"测量"数据的共炮点道集也在图2中的8处示出。 以秒为单位的时间被绘制在纵轴上，并且以米为单位的偏移距被绘制在横轴上。地球模型 的最大深度是2. 3km，并且可用的最大偏移距是5km。由于专利法关于颜色使用的限制，所 描绘的炮点道集8是彩色数据显示的灰度标转换，其中颜色用来代表地震振幅的量级。图 3-图6中示出的模拟与测量数据以及误差的对比同样如此。
[0025] 步骤1 :从近偏移距数据反演Ip。首先，使用近偏移距PP数据（偏移距小于500m) 来执行声波FWI以获取I p的估算，其在图3中绘制。如上所解释的，在小反射角处（相等 地，该示例中的小偏移距）的PP波数据由声阻抗I p确定。弹性参数对小角度PP反射数据 影响极微。执行声波FWI需要初始Vp和密度模型。初始V p模型可以从传统偏移速度分析 获取，并且针对该综合测试，使用图2中的平滑版本的"真实" Vp剖面（用来正演模拟合成 数据）。初始密度模型可以从密度和Vp之间的经验关系获取。为简单起见，使用恒定密度 (1000kg/m 3