专利名称：使用射束层析成像进行地震成像和地层建模的方法和系统的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及地震成像和地层建模的方法和系统，更确切地说，涉及利用射束作为本方法输入数据的传播时反射层析成像的方法。
背景技术：
在石油勘探领域，为了储集层的勘探和开发需要地球的地表下图像。用所记录的地震数据的不同子集所创建的地表下区域的地震图像往往不重合。图I是以不同炮检距记录的地震数据所产生的地球的地表下图像的实例展示。实线表示使用近炮检距地震数据的地震图像；虚线表示由远炮检距地震数据产生的图像。这些不重合通常由不正确地震速度导致，这些不正确地震速度产生扭曲、不聚焦的地表下图像。可以分析这些测量的不重合值以校正这些速度。进行这种分析最常见的是通过将记录的数据与正演模拟的结果对比的传播时层析成像，或者通过对比偏移后图像之间的不重合的偏移速度分析的相关过程，正如图I所描述。标准的传播时反射层析成像方法包括正演模拟，使从地层模型算出的合成数据与真实记录的数据匹配。实现这种匹配的方式为对地层模型逐渐地进行改变以找到使模拟的与记录的数据的反射同相轴传播时间之间的不匹配最小化的速度模型。校正未对准的常见方式是从表示反射层进行射线追踪，并且使用沿着这些射线的传播时间找到将使模拟的和真实的数据最佳对准的速度校正量。同样，偏移速度分析对沿着反射射线的传播时间和速度进行分析，使来自全部炮检距的图像对准。最常见的是，在网格上计算速度校正量，比如图I所示的网格。从沿着许多反射层的许多反射点非常密集地进行射线追踪。这种射线路径信息被用于计算在每个网格単元中所需要的对速度模型的校正以使来自不同数据炮检距范围的图像之间的未对准最小化。常规的传播时反射层析成像和偏移速度分析方法包括反射层构造作为起始速度模型的一部分。这种反射层构造有可能是解释的地层，也有可能是一大片现有地震图像的局部倾斜测量結果。在任ー情况下，在成像质量降低之处反射层构造将不确定。射线路径对于反射层构造非常敏感反射层倾角的小变化往往会导致射线以非常不同的方向行迸。不仅如此，在成像质量降低之处往往发生射线的多路径。因此，在图像最需要校正之处，进行校正所需要的行进路径信息最不确定。如果反射层的倾角在射线的反射点处仅仅稍微改变，射线路径被反射部分往往剧烈改变，通过非常不同的网格单元的组从而改变反演。射线对沿着其路径遇到的其他小規模不均匀性也可能非常敏感。这种敏感性是基于射线的分析的假象，并且是业内当前强调基于波动方程反演建立准确速度模型的主要原因之一，即使这样的波动方程方法丢失了射线提供的非常有用的几何信息。不是放弃射线方法并使用波动方程方法，而是需要有ー种方法能够结合两种方法 的优点以改进底层模型地震速度和作为结果的地震成像。确切地说，需要有ー种传播时反射层析成像的方法，它对速度模型的微小细节不太敏感，不需要假设的反射层构造并且在反射同相轴被断开并难以成图为反射表面的情况下使用。
发明内容
本文介绍的是实现射束 层析成像方法和系统的多个实施例，用于产生与地球的地表下区域有关的地震图像和地层模型。本方法的实施例保留了射线法和波场法双方的某些方面，以改进底层模型地震速度和作为结果的地震成像而不依赖于反射层构造。根据ー个实施例，公开了ー种计算机实施的方法，用于产生与地球的地表下区域有关的地震图像和地层模型。所述方法包括在计算机存储介质中存储从记录的地震数据产生的数据射束集，所述记录的地震数据对所述地表下区域的一部分采样；以及使用包括一个或多个处理器的计算机系统，所述ー个或多个处理器被配置为与所述计算机存储介质通信并执行一个或多个计算机程序。在所述计算机系统上执行一个或多个计算机程序的用户执行若干操作，包括偏移所述数据射束集和初始地层模型以产生所述地表下区域的地震图像，所述数据射束集包括多个数据射束，所述初始地层模型具有表示所述地表下区域的初始速度模型；将从所述地震图像和地层模型导出的模拟射束与所述数据射束集内的对应数据射束进行互相关；在所述计算机存储介质中存储互相关的模拟射束和数据射束的射束对，对于测量的时移所述射束对具有超过确定阈值的互相关值，并且重复所述互相关和存储操作直到已经模拟了确定数量的对应数据射束；以及反演所述测量的时移以产生具有更新的速度模型的更新的地层模型，其中的所述地表下区域的作为结果的更新的地层模型能够产生准确地描述所述数据射束经过所述地表下区域的传播的更新的地震图像。可选地包括以下补充实施例迭代地重复偏移、互相关、存储和反演操作直到所述测量的时移小于确定的容许误差，或者直到由用户直观地确定所述射束对的对准；使用局部倾斜叠加操作将所述记录的地震数据变换为数据射束集；所述记录的地震数据从至少两个炮检距记录；所述偏移使用高斯射束偏移来计算；沿着高斯射束波前对所述地震图像加总以形成模拟的射束；对特定中间点位置、炮检距和倾角确定对应的模拟射束和数据射束；仅仅对一部分所述地层模型开窗ロ以用于模拟所述模拟射束；以及在每个中间点位置和炮检距的所存储射束对的数量是预定參数；所存储射束对的数量已经达到了预定參数，在其中间点位置和炮检距存储的每个提交的射束对与相同中间点位置和炮检距的当前存储的射束对进行对比，并且如果所提交的射束对具有大于所述当前存储的射束对的互相关值的互相关值，每个所提交的射束对将替代具有最低互相关值的所述当前存储的射束对。根据其他实施，补充实施例包括所述测量的时移使模拟射束与数据射束的射束对之间的互相关值最大化；每个模拟的射束都与震源射线和接收器射线相关联，从所述射束对中的对应数据射束和初始速度模型的參数确定，所述參数用于调整对所述速度模型的校正以减少射束对之间的所述测量的时移；所述反演包括计算沿着所述震源射线和所述接收器射线对所述速度模型的慢度校正量的积分，以确定对准所述射束对所需要的时移；对所述速度模型的校正进行补偿，以从所述初始速度模型增大空间变化或増大粗糙度；由用户交互地选择所述反演的參数；以及在所述计算机存储介质中存储互相关值超过了确定阈值的每对模拟的射束和数据射束的互相关值和测量的时移。本领域的技术人员应当认识到，本发明意在被用于计算机网络，包括被配置为产生与地球的地表下区域有关的图像的计算机网络，所述系统包括具有计算机可读的计算机存储介质的计算机存储设备，包括由多条数据射束组成的数据射束集，从对一部分所述地表下区域采样的被记录的地震数据产生；包括用户输入设备和显示设备的图形用户界面，被配置和安排为显示地球的地表下区域的至少一幅地震图像；以及计算机系统，被配置和安排为执行在计算机存储介质中存储的计算机可读的可执行指令。用户能够执行的方法包括对所述数据射束集和具有表示所述地表下区域的初始速度模型的初始地层模型进行偏移，以产生所述地表下区域的地震图像；将从所述地震图像和地层模型导出的模拟的射束与所述数据射束集内的对应数据射束进行互相关；在所述计算机存储介质中存储互相关的模拟射束和数据射束的射束对，对于测量的时移所述射束对具有超过确定阈值的互相关值，并且重复所述互相关和存储操作直到已经模拟了确定数量的对应数据射束；以及反演所述测量的时移以产生具有更新的速度模型的更新的地层模型，其中的所述地表下区域的作为结果的更新的地层模型能够产生准确地描述所述数据射束经过所述地表下区域的传播的更新的地震图像。根据另ー个实施例，计算机系统被配置为迭代地重复执行偏移、互相关、存储和反演操作直到所述测量的时移小于确定的容许误差，或者直到由用户直观地确定所述射束对的对准。 提供以上參考的发明内容部分是为了以简单的形式引入ー组概念，将在以下具体实施方式
部分对其进ー步介绍。本发明内容不试图确定权利要求主题的关键特征或本质特征，也不试图用于限制所述权利要求主题的范围。不仅如此，所述权利要求主题不限于解决在本公开任何部分中陈述的任何或全部缺点的若干实施。
关于以下说明、待批准权利要求书和附图，本发明的这些和其他目的、特征和优点
将变得更容易理解，其中图I展示了从不同炮检距记录的地震数据产生的地球的地表下图像；图2展示了计算机实施的方法流程图，根据本发明一个或多个实施例，改进地震速度模型和产生与地球的地表下区域有关的地震图像；图3展示了根据本发明的实施例引导所记录地震数据的射束；图4展示了根据本发明的实施例进入地球中的射束传播；图5展示了根据本发明的实施例形成地震图像的射束加总；图6展示了根据本发明的实施例一条射束重叠在射束加总产生的地震图像上；图7展示了根据本发明的实施例数据和模拟结果在射束域中的对比；图8展示了用于演示本发明实施例的简单合成数据实例的3D视图；图9展示了图8中盐丘底部的扩展3D视图；图10(a)_(c)展示了根据本发明的实施例在射束空间中的数据和模型道；图11展示了根据本发明的实施例，与出现在图10中射束道相关联的中心射线路径;图12展示了经由射束层析成像方法一次迭代产生的速度模型更新的横向切片；图13展示了根据本发明的实施例在应用射束层析成像之前的初始地震图像；图14展示了根据本发明的实施例在射束层析成像的几次迭代之后的地震图像；
图15(a)_(b)展示了地震图像。图15(a)展示了使用由标准反射传播时层析成像的几次迭代的所建立的地层模型产生的地震图像。图15(b)展示了根据本发明的实施例，对用于产生图15(a)中图像的速度模型应用了射束层析成像的四次迭代后的图像；图16展示了根据本发明 的实施例，模型射束和数据射束以及最大化互相关所利用的时移；图17示意地展示了实行本发明的计算机系统实例。
具体实施例方式图2展示了计算机实施的方法流程图10，根据本发明一个或多个实施例，改进地震速度模型和产生与地球的地表下区域有关的地震图像。以下呈现的方法10的操作意在展示。在某些实施例中，以ー个或多个没有介绍的另外操作以及/或者没有ー个或多个讨论的操作也可以完成方法10。此外，图2展示和以下介绍的方法10的操作顺序不意味着限制。在本发明的若干实施例中，在方法10开始的操作中，对一部分地表下区域采样的记录的地震数据12被变换为数据射束集14并被存储在计算机存储介质中。记录的地震数据对地球的地表下的一部分采样，并且典型情况下已经经历了预处理以提高信噪比以及使其符合随后的成像处理。在某些实施例中，正如在Hill，N. R. ,Gaussian Beam Migration,Geophysics, Volume 55, pp. 1416-28 (1990)以及 Hill, N. R. , Prestack Gaussian BeamMigration, Geophysics, Volume 66, pp. 1240-50 (2001)中介绍的高斯射束偏移能够被用于该变换操作，不过本领域的技术人员将认识到也能够使用其他方法，比如由Sun，Y. etal.，
Prestack Kircnhoff Beam Migration for Deptn Imaging，Geophysics, Volume 65，pp. 1592-1603(2000)中介绍的射束方法。记录的地震数据波场被分离为射束分量。该分离把受关注的所记录地表下区域描述为到达地球表面的射束。图3展示了引导被记录数据的射束，显示了根据本发明的实施例如何从该记录的地震数据获得数据射束。射束由位于高斯掩码函数内小空间范围即窗口内的若干道的倾斜叠加形成。对于这个实例，在小范围中间点之上对以单ー炮检距记录的地震数据(共炮检距剖面C0S)在中间点的小范围上开了窗ロ。(在图3情况下，已经对该数据进行了处理以表示在零炮检距记录的数据。)在这个范围内，以高斯函数对这些道加权。对这些道开了窗ロ并加权之后，在图3所示的叠加轨迹之上然后对它们进行倾斜叠カロ。这种开窗口和倾斜叠加的操作从记录的地震能量中分离出在窗ロ的位置附近到达并以叠加轨迹斜率附近方向行进的方式到达的射束分量。对许多不同的窗ロ位置和许多不同的斜率重复这种倾斜叠加，将输入的记录地震数据变换为或引导到数据射束集(后文称“数据射束”或“数据射束集”)。包括该数据射束集的若干数据射束被储存在计算机存储介质中。返回參考图2，在操作18，初始地层模型16和数据射束集14是偏移的输入，它形成地表下区域的地震图像。典型情况下，已经通过地质解释和地球物理分析构造初始地层模型16。例如，它可以包含通过现有地震图像的详尽地质解释构造的盐体模型，并且本领域技术人员可能已经通过公知的任何数量的层析成像方法确定了地表下速度模型。在某些实施例中，一旦记录的地震数据被变换为数据射束，使用高斯射束构造，这些数据射束的每一条都能够传播到初始地层模型中。图4展示了根据本发明的实施例，在地球中传播零炮检距数据射束以导出模型射束。图4显示了来自图3的数据射束在已经传播回初始地层模型中之后的快照。在这个实例中，波场被构造为对于频率宽范围的单射线路径周围的高斯射束，并且对所有频率加总以形成时刻为t = O的波场。该波场是波动方程的近似解。如果该波场按照波动方程在时间上向前传播，它将到达地表以产生由图3介绍的开窗口和倾斜叠加操作所获得的记录波场的数据射束分量。当全部数据射束分量或数据射束集使用初始地层模型被传播回地球中并被加总，就产生了图5所示的地震图像。图6显示了根据本发明的实施例，图4的时间射束重叠在图5的地震图像上。这个重叠显示出图3中高斯窗ロ之下的在大约4. 5秒处向左倾斜的同相轴32是来自在图5右侧出现的盐丘38陡峭侧翼的反射。高斯射束偏移从地震数据中分离图3所示靠近剖面左侧在32处记录的地震数据中能量的射束分量，并且将其传播回被图5靠近图像右侧盐丘侧翼在38处被反射的位置。尽管在这个实例中已经详述了高斯射束偏移，但是本领域的技术人员将认识到也能够使用其他偏移方法从数据射束集和初始地层模型产生地震图像，比如波动方程或Kirchhoff 偏移。图4至图6仅仅展示了零炮检距数据的情况并且假设从震源的下行射线路径与到检波器的上行射线路径是一致的，如同零炮检距数据一祥。这种简单情况仅仅用于展示而非试图限制。在某些实施例中，利用了至少两个不同炮检距记录的数据。在操作20，从地震图像和地层模型导出的模拟射束(后文称“模型射束”、“模拟射束”或“模型射束集”)与对应的数据射束进行互相关。为了导出模拟射束，在操作20能够反转图3至图6的步骤。不是将记录的地震数据引导到数据射束并对数据射束加总以形成地震图像，而是将地震图像引导到模型射束并且直接与从地震数据引导的数据射束对比。如果在地层模型中利用的速度模型是精确的，数据射束和模型射束将几乎是一致的。为了改进真实的不精确地层模型，在操作20、22和24优化数据射束与模型射束之间的匹配，方式为迭代地改变地层模型的速度使数据射束与模型射束之间的互相关最大化。图7展示了根据本发明的实施例，在射束域中数据和模拟结果的对比。在这个实例中，在时间域记录的地震数据A通过已经介绍的倾斜叠加操作被变换为(引导到)射束分量以产生数据射束B。这条数据射束B与通过反转用于偏移的射束加总步骤从地震图像形成的模拟射束C进行对比。不是将数据射束分量合计为地震图像，如同图3至图6的介绍，而是将地震图像沿着高斯射束波前加总(重叠)以形成模拟射束C。在某些实施例中，通过从计算机存储介质中检索对应的数据射束，将模拟的射束与相同中间点、炮检距和倾角的数据射束进行对比。
在特定位置的高斯射束复数传播时间的实部确定了该位置的地震图像样本被加总到射束的传播时间。复数传播时间的虚部描述了沿着模拟射束的时间滤波操作。在某些实施例中，虚部与典型频率相乘，并且这个乘积能够用作将地震图像样本加总到地震图像时的指数权重。在某些实施例中，仅仅使用一部分地震图像产生模型射束。该部分可以是围绕特别受关注反射的有限深度范围。例如，深反射同相轴往往被解释为相当连续的和构造上简单的同相轴，尽管地震图像显示它是不连续的。能够对这个深反射层周围的一部分地震图像开窗ロ以限制对这个区域地震图像的射束模拟。结果是有限的时间范围，其中模拟射束为非零。所以，存储的模型和数据射束对仅仅包括短时间范围，它足以模拟地震图像窗ロ部分的反射。能够用从全部所记录炮检距的记录的地震数据构造地震图像。不过，在某些实施例中，在地震成像中包括的炮检距范围受限制，例如，在仅仅近炮检距就产生强图像而没有多次反射的显著干扰时。在这种情况下，仅仅有近炮检距贡献的地震图像有可能用于模拟射束，如图7所示，因为使用这种近炮检距图像模拟的远炮检距射束将会展现与远炮检距的对应数据射束明显的不一致。返回參考图2，在某些实施例的操作22，对于测量的时移具有互相关值超过某确定阈值的互相关的模拟射束和数据射束的射束对被存储在计算机存储介质中并用于以后在操作26处开始的反演步骤中。存储数据射束和模拟射束是为了能够在视觉上和数值上检查其质量，以便启动某选项利用若干处理步骤，比如滤波，例如，在确定互相关和时移之前。在某些实施例中，可选地仅仅存储了互相关值和时移。在操作24，判断是否有更多的对应数据射束要模拟。在某些实施例中，如果有更多的对应数据射束要模拟，该过程返回到操作20以模拟下一条对应的数据射束。在某些实施例中，重复互相关和存储的操作直到已经模拟了确定量的数据射束。对于典型的3D数据集，IO5到IO7条对应的数据射束被模拟并存储在计算机存储介质中。在每个位置存储的射束对的数量可以是反演的预定參数。例如，假若在该中间点位置、炮检距和/或倾角，已经存储的配对数量尚未达到其最大量，那么能够存储被提交的配对而不与已经存储的配对比较。如果已经存储的配对数量已经达到其最大量，那么被提交的配对就要与相同位置例如相同中间点位置和炮检距已经存储的其他射束对进行比较。如果被提交配对的互相关值超过了相同位置处某保留配对的互相关值，那么被提交配对将作为具有最小互相关值的已保留配对的替代被存储。比较并替代操作将引起存储在每个中间点和炮检距的那些射束对具有最大的互相关。返回參考图2，在某些实施例中，一旦在操作24判定不再有射束要模拟，反演操作便开始。找到使每个模拟的射束与其对应数据射束最佳对准的测量的时移。最佳对准准则是使模拟的射束与数据射束之间的互相关值最大化的时移。在操作26如果移位的射束之间的互相关超过了预定阈值，测量的时移便被存储在计算机存储介质中并且在反演中使用。如果测量的时移的某种度量小于预定义的容许误差，该过程便可以停止。在一个实施例中，时移幅度的这个度量是全部移位的均方根值。在操作26中如果时移超过了预定义容许误差，便通过执行反演减小它们。在另ー个实施例中，使用射束对对准的视觉检查判断是否将执行另一次反演迭代。反演操作28试图找到对速度模型的校正，它将校正模拟的射束与数据射束之间的残留未对准。每个模拟的射束都与表示震源波场传播的射线路径(后文称为“震源射线”)和表示接收器波场传播的另一条射线路径(后文称为“接收器射线”)相关联。这两条路径由记录的地震数据中其相关联的射束分量和地层模型速度确定；它们不依赖于任何反射层构造模型。这些射线路径通过速度模型校正网格中的単元。调整全部単元格中的速度以对模拟射束与数据射束之间的测量的时移进行模拟。这种模拟产生了用于在操作22 储存的每个射束对的等式。沿着震源射线和接收器射线对慢度校正量的积分应当等于对准模拟射束和数据射束所需要的时移。慢度被定义为速度的倒数。为了避免不真实地粗糙的速度和慢度校正，这些校正为了增大空间变化或増大与当前地层模型速度差异而逐渐受到补偿。通过在每个网格点中都包括近似满足的若干补充等式而实现这些补偿。在某些实施例中，这些等式包括与起始模型的改变为零，它补偿了与起始模型的差异；以及在X、Y和Z方向上的慢度导数将为零，它补偿了粗糙度。使用目标函数实现对这些等式的近似解。假设在速度(慢度)校正网格中有N个単元和Mt个测量的时移值。那么用于时移和补偿的等式导致MXN的线性方程组A * X = B(I)其中M = Mt+4 * N(Mt个时移方程加上每个网格点4个约束方程)。通过将每行乘以某权重而调整该方程组。传播时移方程的每行被对准的模拟射束和数据射束的互相关值加权。如果该互相关值小于用户确定的值，那么该特定时移的方程被丢弃，方式为从等式
(I)中除去该行。对约束方程的这些行使用用户确定的权重。选 择这些权重以控制反演速度校正的粗糙度。对于与地层模型速度的差异、Z方向上的导数以及X和Y方向上的导数使用不同的权重。这种MXN的线性方程组被用于构造目标函数，用于迭代地重复加权最小平方，正如在 Bube, K. P.和 Langanz, R. T. , Hybrid I1Zl2 Minimization with ApplicationstoTomography, Geophysics, Volume 62, pp. 1183-1195 (1997)中的介绍。反演的许多參数都是被交互地选出。举例来说意在从反演产生平滑结果的用于补偿权重的估计的默认值。用户既能够观察到对初始地层模型速度更新的粗糙度，也能够观察到模型与数据射束之间的对准結果。基于这种观察，有可能减小补偿权重以允许较粗糙的模型，它有可能产生更好的射束对准。同样，有可能改变对特定测量的对准时移所需的互相关阈值，以便不是承认就是丢弃不太相似的模拟和数据射束对。能够改变在对准测量期间使用的频率带宽。例如，通过主要地使用记录的地震数据的较低频分量有时能够避免周波跳跃。同样，能够屏蔽速度模型的单元以便使得某些单元被包括而更新和其他的単元被排除。例如，计算模拟射束所用的图像区域以下的単元将从更新中被排除。在操作28使用对速度模型的更新产生更新后的地层模型，在某些实施例中，该过程被重复，方式为在操作18处再次开始。根据在先前操作28建立的此时为当前更新的地层模型，计算在操作18建立的地震图像的每次迭代。在每次迭代后，地震图像将更为相干从而提高了在操作20进行的互相关测量的质量。此外，将利用此时为当前更新的地层模型计算与在操作20模拟的射束相关联的射线路径，它将更好地描述射束通过地球的真实传播。图8展示了用于演示本发明实施例的简单合成数据实例的3D视图。穿过盐下图像的切片表现为灰度平面。该图显示了表示盐体底部的表面之下的偏移后的地震图像。跨过盐体边界存在大的速度反差(每秒15,000 :10,000英尺)。未显示该盐体底部以上的地震图像和地层模型。对该实例产生的合成数据使用初始地层模型，其中全部反射层和盐体底部都是平直而水平的。不过，在偏移速度模型中的表面具有不正确的凸起。这个不正确的凸起导致了盐下反射图像被扭曲。因为在开始的初始速度模型中不正确的凸起40，应当是平直的反射在图8的地震图像中不平直。图9展示了图8的盐体底部的扩展3D视图，显示了已经被错误引入其形状的弹坑形扭曲。该表面的弹坑形粗糙是错误的真实的形状为平直的。图10(a)_(c)展示了根据本发明的实施例，在射束空间中的数据和模型道。每个灰色道都与黑色道配对。每个灰色道是模拟的射束，模拟来自地震图像射束的結果。对应的邻近黑色道是将记录的地震数据变换为射束分量所形成的数据射束。仅仅使用图8中出现的底部反射层周围的小深度范围的图像作为地震图像。显示了与计算模拟射束的区间ー致的短时间区间。每个道对都对应于在特定炮检距和中间点位置和/或倾角的数据射束和模型射束。尽管每对中灰色道52和黑色道50通常都具有非常类似的波形，但是它们在图10(a)中彼此移位。这种移位表明数据射束与模型射束未对准，从而将不会以最大的相干加入到地震图像中。道之间的这种未对准由盐体底部形状的不正确凸起导致。图10(b)通过找到使其互相关值最大化的时移(显示为面板顶部的虚线)，显示了已经将其对准之后的模型射束和数据射束。在这个实例中，时移是用于源自ー个表面中间点的射束。每个灰-黑对都对应于不同的炮检距，在三个面板的每ー个中炮检距都朝右増大。对于在许多炮检距、表面位置和初始倾角的射束都计算了相同的对准。由这些对准而确定的时移沿着在先前介绍的反演过程期间被用于构造射束的射线路径向回投射。图10(c)显示了根据对图2方法10的一次迭代所产生的地层模型的速度更新，通过对道时移而实现的对准。图11展示了根据本发明的实施例，与在图10(a)_(c)中出现的射束道相关联的射线路径。对于该中间点位置的每个炮检距，都存在下行震源波场传播的震源射线以及在接收器处记录的上行波场传播的接收器射线。 图12展示了经由射束层析成像方法一次迭代产生的更新速度模型的横向切片。速度更新在三维网格上被计算。速度提高42 (显示为暗色环内部的区域)和降低44(显示为暗色环)出现在靠近盐体底部并且补偿了由图8所示盐体底部不正确的粗糙形状所导致的不正确传播时间。对于目前实例，速度更新被约束在盐体底部附近。沿着现有射线积分该慢度更新所算出的传播时间变化产生了图10(c)所示的射束对准。该对准对中间炮检距附近改进更多，但是在远炮检距处仍然有残留的未对准。利用更新的地震图像和射线路径的反演过程的进ー步迭代将改进整个炮检距范围的对准。图13展示了根据本发明的实施例，在应用射束层析成像方法之前的地震图像，显示了在盐下反射层中由图8所示盐体底部不正确凸起40导致的扭曲54。射束层析成像方法的几次迭代产生了图14所示的地震图像。该图像已经变得相干得多了，并且该反射层更接近其真实的平直形状。图15-16展示了利用真实数据的射束对准过程。海底的峡谷产生了地震速度的横向变化，如果不校正，将使得地震图像扭曲和变差。峡谷内水的较慢速度引起了主要扭曲。不过，进ー步的扭曲由峡谷近旁岩石中引起的地质力学应カ产生或者由隐藏峡谷和其他不均匀性产生。图15(a)_(b)展示了地震图像。图15(a)显示了标准的传播时反射层析成像的几次迭代后的深度偏移图像。图15(a)中的高亮和放大区域显示了反射同相轴中的破坏和扭曲。15(b)是根据本发明的实施例，对产生图15(a)中图像所用的速度模型应用了射束层析成像的四次迭代之后的相同部位的地震图像。已经去除了很多扭曲并且反射同相轴更相干。不过，层理中的真实断层56仍保留在图像中。为了获得这个结果，为图15中底部深度部分附近出现的最连续的强反射同相轴形成了若干模型射束。图16是根据本发明的实施例，使互相关最大化所利用的模型射束和数据射束以及时移的实例。在这个实例中，模型射束(灰色道)与在一个中间点位置对全部炮检距从地震数据(黑色道)所形成的射束进行了对比。横跨道顶部的虚线是使互相关最大化所需的时移和利用射束层析成像方法一次迭代所实现的时移。图17示意地展示了计算机网络84的实例，在其中可以执行本文介绍的多个实施例的实现。计算机网络84可以包括数据处理系统或计算机系统88，它们可以实施为任何常规的个人计算机或服务器。不过，本领域的技术人员将认识到，本文介绍的多项技术的实施也可以在其他计算机系统配置中实行，包括超文本传输协议(HTTP)服务器、手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络PC、微计算机、Linux计算机、大型计算机等。至少包括一个处理器的计算机系统88可以与计算机存储介质通信，例如磁盘存储器或存储器设备86和96，它们可以是外部硬盘存储设备。将磁盘存储器设备86和96设想为常规的硬盘驱动器，因此，将利用局域网或远程访问实现。当然，尽管磁盘存储器设备86和96被展示为分开设备，但是可以使用単一磁盘存储器设备根据期望存储任何或全部的程序指令、測量数据和結果。
在一种实施中，与受关注地表下区域有关的数据可以被存储在作为计算机存储介质的磁盘存储器设备96中。计算机系统88可以从磁盘存储器设备96检索适宜的数据，根据对应于执行本文介绍的多项技术的程序指令处理该数据。程序指令可以以某计算机编程语言编写，比如C++、Java等。可以将程序指令存储在计算机可读介质中，比如程序磁盘存储器设备86。这样的计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信媒介。计算机存储介质可以包括以存储信息比如计算机可读指令、地震数据、结构、程序模块或其他数据的任何方法或技术实施的易失性的和非易失性的以及可拆卸和不可拆卸的介质。计算机存储介质可以进ー步包括RAM、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电子地可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、数字万能盘(DVD)，或者其他光存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储器设备，或者能够被用于存储所期望信息井能够被计算系统88访问的任何其他介质。通信媒介可以以调制的数据信号形式比如载波或其他传输机制包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据，并可以包括任何信息传递媒介。术语“调制的数据信号”可以意味着某信号使其一种或多种特征以在该信号中编码信息的方式设置或改变。举例来说并且不是限制，通信媒介可以包括有线媒介比如有线网络或直接有线连接，以及无线媒介比如声学、RF、红外线和其他无线媒介。任何以上项的组合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。在一个实施例中，计算机系统88可以包括图形用户界面(⑶I)组件比如图形显示器90和键盘92，能够包括定点设备(如鼠标、跟踪球等，未显示)以实现交互操作。⑶I组件可以用于显示数据和处理后的数据产品，以及允许用户在若干选项当中选择实现本方法的若干方面。计算机系统88可以在磁盘存储器86上存储以上介绍的方法的结果，用于后来的使用和进ー步的分析。计算机系统88可以位于远离数据采集区域或处理设施(未显示)的数据中心。计算机系统88可以与数据采集接收器通信(不是直接地就是经由记录单元，未显示)，以接收表现受关注地表下区域地层物理属性的信号。这些信号在常规的格式转换和其他初始处理之后可以被计算机系统88作为数字数据存储在磁盘存储器96中，用于随后的检索和以以上介绍的方式进行处理。虽然图19展示磁盘存储器96为直接连接到计算机系统88，但是也将磁盘存储器设备96设想为可以通过局域网或远程访问存取。不仅如此，虽然磁盘存储器设备86和96被展示为存储输入数据和分析结果的分开设备，但是磁盘存储器设备86和96可以实施在单ー磁盘驱动器内(不是在一起就是分开地)，或者以任何其他常规的方式，正如本领域的技术人员在參考了这份说明书后将会完全理解。虽然在以上说明书中已经关于其一定的优选实施例介绍了本发明，并且为了展示 目的已经阐述了许多细节，但是对于本领域的技术人员将显而易见，本发明容许变化并且本文介绍的某些其他细节能够显著地改变而不脱离本发明的基本原理。本文參考的一切专利和出版在此引用作为參考到与本文不矛盾的程度。
权利要求
1.一种用于产生与地球的地表下区域有关的地震图像和地层模型的计算机实施的方法，所述方法包括 在计算机存储介质中存储从记录的地震数据产生的数据射束集，所述记录的地震数据对所述地表下区域的一部分采样； 使用包括一个或多个处理器的计算机系统，所述一个或多个处理器被配置为与所述计算机存储介质通信以及执行被配置为执行包括下列操作的一个或多个计算机程序 偏移所述数据射束集和初始地层模型以产生所述地表下区域的地震图像，所述数据射束集包括多个数据射束，所述初始地层模型具有表示所述地表下区域的初始速度模型； 将从所述地震图像和地层模型导出的模拟射束与所述数据射束集内的对应数据射束进行互相关； 在所述计算机存储介质中存储互相关的模拟射束和数据射束的射束对，对于测量的时移所述射束对具有超过确定阈值的互相关值，并且重复所述互相关和存储操作直到已经模拟了确定数量的对应数据射束；以及 反演所述测量的时移以产生具有更新的速度模型的更新的地层模型，其中，所述地表下区域的作为结果的更新的地层模型能够产生准确地描述所述数据射束经过所述地表下区域的传播的更新的地震图像。
2.根据权利要求I的方法，其中，迭代地重复偏移、互相关、存储和反演的所述操作直到所述测量的时移小于确定的容许误差，或者直到由用户直观地确定所述射束对的对准。
3.根据权利要求I的方法，其中，使用局部倾斜叠加操作将所述记录的地震数据变换为数据射束集。
4.根据权利要求I的方法，其中，所述记录的地震数据从至少两个炮检距记录。
5.根据权利要求I的方法，其中，所述偏移使用高斯射束偏移来计算。
6.根据权利要求I的方法，其中，沿着高斯射束波前对所述地震图像加总以形成模拟的射束。
7.根据权利要求I的方法，其中，对特定中间点位置、炮检距和倾角确定对应的模拟射束和数据射束。
8.根据权利要求I的方法，其中，仅仅对一部分所述地层模型开窗口以用于模拟所述模拟射束。
9.根据权利要求I的方法，其中，在每个中间点位置和炮检距的所存储射束对的数量是预定参数。
10.根据权利要求9的方法，其中，所存储射束对的数量已经达到了预定参数，在其中间点位置和炮检距存储的每个提交的射束对与相同中间点位置和炮检距的当前存储的射束对进行对比，并且如果所提交的射束对具有大于所述当前存储的射束对的互相关值的互相关值，每个所提交的射束对将替代具有最低互相关值的所述当前存储的射束对。
11.根据权利要求I的方法，其中，所述测量的时移使模拟射束与数据射束的射束对之间的互相关值最大化。
12.根据权利要求I的方法，其中，每个模拟的射束都与震源射线和接收器射线相关联，从所述射束对中的对应数据射束和初始速度模型的参数确定，所述参数用于调整对所述速度模型的校正以减少射束对之间的所述测量的时移。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述反演包括计算沿着所述震源射线和所述接收器射线对所述速度模型的慢度校正量的积分，以确定对准所述射束对所需要的时移。
14.根据权利要求12的方法，其中，对所述速度模型的校正进行补偿，以用于从所述初始速度模型增大空间变化或增大粗糙度。
15.根据权利要求I的方法，其中，由用户交互地选择所述反演的参数。
全文摘要
本发明公开了一种计算机实施的射束层析成像方法和系统，用于产生改进的地震图像和地层模型而不依赖于反射层构造。记录的地震数据被变换为与使用具有速度模型的地层模型的正演模拟的射束进行对比的数据射束，以计算射线路径和地震图像来说明反射层。对地层模型和速度模型的层析成像更新基于数据射束与从速度模型和地震图像正演模拟的相同射束之间的未对准。更新的地层模型和地震图像更好地描述了这些射束经过大地的真实传播。
文档编号G06T17/05GK102667529SQ201080048583
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年10月27日
发明者N·R·希尔 申请人:雪佛龙美国公司