专利汇可以提供一种地震地层裂隙裂缝密度反演方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 地震 地层 裂隙裂缝 密度 反演方法及系统,通过全 波形 反演充分利用了采集到的 地震波 信息,并自动考虑了地震波在地下的传播行为,能给出高 精度 地震反演结果。本发明通过HTI介质中弹性全波形反演理论,提出了全波形裂隙裂缝密度反演方法,实现了地震地下地层裂隙裂缝密度的定量预测。,下面是一种地震地层裂隙裂缝密度反演方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,采集三分量地震数据,并对所述三分量地震数据进行预处理,获得测量三分量炮集数据;
步骤二,在所述三分量炮集数据中的垂直分量炮集数据中抽取共中心点道集数据,进行纵波速度分析、时间域纵波速度计算和纵波时间-深度转换,获得深度域纵波速度,并计算地层的质量密度;
步骤三,在所述三分量炮集数据中径向水平分量炮集数据中抽取共转换点道集数据,进行转换波速度分析和横波速度计算,将转换波时间域横波速度通过横波时间-深度转换,转换到深度域,得到深度域横波速度,其中,所述时间域横波速度根据以下公式进行:
其中ri为所述转换波速度分析获得的第i层纵横波速度比,Vpi为第i层纵波速度,Vsi为第i层横波层速度;
所述横波时间-深度转换具体为:根据以下公式将时间域的横波层速度转换成深度域横波速度:
hi=(tsi-ts(i-1))Vsi;
其中,tsi为第i层底横波旅行时,hi为第i层的厚度,Vsi为第i层横波层速度;
所述第i层底横波旅行时根据以下公式计算:
其中,tci为第i层转换波旅行时,tpi为第i层纵波双程旅行时;
步骤四,根据所述深度域纵波速度、所述深度域横波速度以及所述地层质量密度计算拉梅常数和剪切模量,获得所述地层质量密度、拉梅常数和剪切模量的初始模型;
步骤五,利用所述拉梅常数、剪切模量和地层质量密度为初始模型,通过多分量数据处理方法获取地层拉梅常数、剪切模量和质量密度模型;
步骤六,通过纵波方位速度椭圆法或纵波方位振幅法获得裂隙裂缝走向模型,其中,所述裂隙裂缝走向与正北方向的夹角记为θ;
步骤七,利用所述拉梅常数、剪切模量和地层质量密度模型、所述裂隙裂缝走向模型以及初始裂隙裂缝密度模型,进行地震波场正演模拟,获得正演模拟三分量地震波场数据和模拟三分量炮集数据,其中,所述初始裂隙裂缝密度模型的裂隙裂缝密度取e0=0.01;
步骤八,计算所述模拟三分量炮集数据与所述测量三分量炮集数据的差,即残差数据,并计算误差能量E,当E<δ时,输出反演结果,并停止反演,否则,进入步骤九;δ取值范围为:
1.0e-4~1.0e-6;
步骤九,将所述残差数据作为源数据,通过与所述正演模拟过程相反的逆时传播,获得所述残差数据的剩余地震波场;
步骤十,利用所述地层质量密度、拉梅常数、剪切模量、裂隙裂缝走向数据和所述初始裂隙裂缝密度模型,计算反演公式中的系数张量Cpjkl(x),下标p=(1,2,3),j=(1,2,3),k=(1,2,3),l=(1,2,3),其中1、2和3分别表示x、y和z三个方向,其中,计算反演公式中的系数张量Cpjkl(x)的方法具体如下:
C3333(x)=a;
C2323(x)=C2332(x)=C3223(x)=C3232(x)=c cos2θ;
C1313(x)=C1331(x)=C3113(x)=C3131(x)=c sin2θ;
C1133(x)=C3311(x)=g cos2θ+d sin2θ;
C2233(x)=C23322(x)=g sin2θ+d cos2θ;
其中a、b、c、d、g为系数,θ为裂隙裂缝走向;除上述各元素外,系数张量Cpjkl(x)的其它元素值为零;
步骤十一,将所述正演模拟三分量地震波场的三分量数据和所述剩余地震波场的三分量数据分别对空间变量求导,并进行零延迟互相关,将互相关结果对时间变量进行积分,对激发炮数进行累加,再乘以步骤10获得的系数张量,得到裂隙裂缝密度梯度值:
其中uk为正演波场在k方向的分量,ψj为回传的剩余波场在j方向的分量;下标p=(1,2,
3),j=(1,2,3),k=(1,2,3),l=(1,2,3),这里1、2和3分别代表x、y和z三个方向;T为地震记录长度,Ns为用于反演的炮的总数;向量x表示地下某点空间位置,xs为震源点空间位置,t为时间;Cpjkl(x)为系数张量;δe为裂隙裂缝密度梯度;s为炮号,s=1,2,……,Ns;xp表示p方向的坐标变量;xl表示l方向的坐标变量;
步骤十二,根据所述裂隙裂缝密度梯度,按以下公式迭代修改裂隙裂缝密度值:
en+1=en-βnδen;
其中,en+1为第n+1次迭代修改后的裂隙裂缝密度,en为第n次迭代修改后的裂隙裂缝密度值,βn为第n次迭代修改步长,δen为第n次迭代后的裂隙裂缝密度梯度;
步骤十三,将修改后的裂隙裂缝密度模型作为初始裂隙裂缝密度模型,即取裂隙裂缝密度e0=en+1,进入步骤七。
2.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于:
所述对所述三分量地震数据进行预处理包括:两水平分量旋转,三分量静校正、地表一致性振幅补偿和叠前去除噪音。
3.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于:
所述时间域纵波速度计算根据以下公式进行:
其中tpi为第i层底纵波双程旅行时,Vpi为第i层的纵波速度,Vr,i为第i层纵波均方根速度;
所述纵波时间-深度转换具体为:根据以下公式将时间域的纵波速度转换成深度域纵波速度:
其中tpi为第i层底纵波双程旅行时,hi为第i层的厚度,Vpi为第i层纵波速度;
所述计算地层的质量密度,根据以下公式计算:
其中ρ为质量密度,Vp为纵波速度;
所述深度域纵波速度为所有地层纵波速度的集合:
Vp=(Vp1,Vp2,…,Vpi,…,VpN),其中,N为模型中地层的层数,Vpi为第i层纵波速度。
4.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于:
所述拉梅常数根据以下公式计算:
其中λ为拉梅常数,ρ为质量密度,Vp为纵波速度,Vs为横波速度;
所述剪切模量根据以下公式计算:
其中μ为剪切模量,ρ为质量密度,Vs为横波速度,为所有地层横波速度的集合,公式表述如下:
Vs=(Vs1,Vs2,…,Vsi,…,VsN);其中,N为模型中地层的层数,Vsi为第i层横波速度。
5.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于,
所述地震波场正演模拟具体为:利用水平横向各向同性HTI介质中弹性波动方程,通过伪谱法进行模拟;
其中,震源函数采用零相位雷克子波。
6.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于:
所述残差数据根据以下公式进行计算:
Δdz=dzobs-dzcal;
Δdx=dxobs-dxcal;
Δdy=dyobs-dycal;
其中Δd=(Δdx,Δdy,Δdz)t为残差数据,dobs=(dxobs,dyobs,dzobs)t为测量的三分量炮集数据,dcal=(dxcal,dycal,dzcal)t为模拟的三分量炮集数据,上标t表示转置;
所述误差能量根据以下公式进行计算:
其中,
其中E为误差能量,Δdt为Δd的转置,CD为数据协方差矩阵,X为到测量点的距离;t为地震波到达的时间;σd为数据方差;指数p,在二维情况,取p≥0.5,在三维情况,取p≥1。
7.如权利要求5所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于,
所述逆时传播具体为:解所述弹性波动方程,按反时间方向进行波场传播。
8.如权利要求1所述的地震地层裂隙裂缝密度反演方法,其特征在于,所述系数a、b、c、d、g通过以下公式进行计算:
其中,S、T、EN、ET通过以下公式进行计算:
γ=μ/(λ+2μ);
其中,λ为拉梅常数、μ为剪切模量,e为裂隙裂缝密度,α为裂隙/缝纵横比,k′为填充流体的体积模量。
9.一种地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,包括以下单元:
预处理单元,用于采集三分量地震数据,并对所述三分量地震数据进行预处理,获得测量三分量炮集数据;
深度域纵波速度及地层质量密度计算单元,用于在所述三分量炮集数据中的垂直分量炮集数据中抽取共中心点道集数据,进行纵波速度分析、时间域纵波速度计算和纵波时间-深度转换,获得深度域纵波速度,并计算地层的质量密度;
深度域横波速度计算单元,用于在所述三分量炮集数据中径向水平分量炮集数据中抽取共转换点道集数据,进行转换波速度分析和横波速度计算,将转换波时间域横波速度通过横波时间-深度转换,转换到深度域,得到深度域横波速度,其中,所述深度域横波速度计算单元包括:
时间域横波速度计算子单元,用于根据以下公式计算所述时间域横波速度:
其中ri为所述转换波速度分析获得的第i层纵横波速度比,Vpi为第i层纵波速度,Vsi为第i层横波层速度;
横波时间-深度转换子单元,用于根据以下公式将时间域的横波层速度转换成深度域横波速度:
hi=(tsi-ts(i-1))Vsi;
其中,tsi为第i层底横波旅行时,hi为第i层的厚度,Vsi为第i层横波层速度;
第i层底横波旅行时计算子单元,用于根据以下公式计算所述第i层底横波旅行时:
其中,tci为第i层转换波旅行时,tpi为第i层纵波双程旅行时;
初始模型计算单元,用根据所述深度域纵波速度、所述深度域横波速度以及所述地层质量密度计算拉梅常数和剪切模量,获得所述地层质量密度、拉梅常数和剪切模量的初始模型;
模型计算单元,用于利用所述拉梅常数、剪切模量和地层质量密度为初始模型,通过多分量数据处理方法获取地层拉梅常数、剪切模量和质量密度模型;
裂隙走向模型计算单元,用于通过纵波方位速度椭圆法或纵波方位振幅法获得裂隙裂缝走向模型,其中,所述裂隙裂缝走向与正北方向的夹角记为θ;
正演模拟单元,用于利用所述拉梅常数、剪切模量和地层质量密度模型、所述裂隙裂缝走向模型以及初始裂隙裂缝密度模型,进行地震波场正演模拟,获得正演模拟三分量地震波场数据和模拟三分量炮集数据,其中,所述初始裂隙裂缝密度模型的裂隙裂缝密度取e0=0.01;
反演结果输出单元,用于计算所述模拟三分量炮集数据与所述测量三分量炮集数据的差,即残差数据,并计算误差能量E,当E<δ时,输出反演结果,并停止反演,否则,进入逆时传-4 -6
播单元;δ取值范围为:1.0e ~1.0e ;
逆时传播单元,用于将所述残差数据作为源数据,通过与所述正演模拟过程相反的逆时传播,获得所述残差数据的剩余地震波场;
系数张量计算单元,用于利用所述地层质量密度、拉梅常数、剪切模量、裂隙裂缝走向数据和所述初始裂隙裂缝密度模型,根据以下公式计算反演公式中的系数张量Cpjkl(x)(其中下标p=(1,2,3),j=(1,2,3),k=(1,2,3),l=(1,2,3),这里1、2和3分别代表x、y和z三个方向):
C3333(x)=a;
2
C2323(x)=C2332(x)=C3223(x)=C3232(x)=c cosθ;
C1313(x)=C1331(x)=C3113(x)=C3131(x)=c sin2θ;
C1133(x)=C3311(x)=g cos2θ+d sin2θ;
2 2
C2233(x)=C23322(x)=g sinθ+d cosθ;
其中a、b、c、d、g为系数,θ为裂隙裂缝走向;除上述各元素外,系数张量Cpjkl(x)的其它元素值为零;
裂隙裂缝密度梯度值计算单元,用于将所述正演模拟三分量地震波场的三分量数据和所述剩余地震波场的三分量数据分别对空间变量求导,并进行零延迟互相关,将互相关结果对时间变量进行积分,对激发炮数进行累加,再乘以系数张量,得到裂隙裂缝密度梯度值:
其中uk为正演波场在k方向的分量,ψj为回传的剩余波场在j方向的分量;下标p=(1,2,
3),j=(1,2,3),k=(1,2,3),l=(1,2,3),其中1、2和3分别表示x、y和z三个方向;T为地震记录长度,Ns为用于反演的炮的总数;向量x表示地下某点空间位置,xs为震源点空间位置,t为时间;Cpjkl(x)为系数张量;δe为裂隙裂缝密度梯度;s为炮号,s=1,2,……,Ns;xp表示p方向的坐标变量;xl表示l方向的坐标变量;
迭代修改单元,用于根据所述裂隙裂缝密度梯度,按以下公式迭代修改裂隙裂缝密度值:
en+1=en-βnδen;
其中,en+1为第n+1次迭代修改后的裂隙裂缝密度,en为第n次迭代修改后的裂隙裂缝密度值,βn为第n次迭代修改步长,δen为第n次迭代后的裂隙裂缝密度梯度;
循环单元,用于将修改后的裂隙裂缝密度模型作为初始裂隙裂缝密度模型,即取裂隙裂缝密度e0=en+1,进入正演模拟单元。
10.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于:
所述预处理单元中,对所述三分量地震数据进行预处理包括:两水平分量旋转,三分量静校正、地表一致性振幅补偿和叠前去除噪音。
11.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,所述深度域纵波速度及地层质量密度计算单元包括:
时间域纵波速度计算子单元,用于根据以下公式计算所述时间域纵波速度:
其中tpi为第i层底纵波双程旅行时,Vpi为第i层的纵波速度,Vr,i为第i层纵波均方根速度;
纵波时间-深度转换子单元,用于根据以下公式将时间域的纵波速度转换成深度域纵波速度:
其中tpi为第i层底纵波双程旅行时,hi为第i层的厚度,Vpi为第i层纵波速度;
地层的质量密度计算子单元,用于根据以下公式计算所述地层的质量密度:
其中ρ为质量密度,Vp为纵波速度;
所述深度域纵波速度为所有地层纵波速度的集合:
Vp=(Vp1,Vp2,…,Vpi,…,VpN),其中,N为模型中地层的层数,Vpi为第i层纵波速度。
12.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,所述模型计算单元包括:
拉梅常数计算子单元,用于根据以下公式计算所述拉梅常数:
其中λ为拉梅常数,ρ为质量密度,Vp为纵波速度,Vs为横波速度;
剪切模量计算子单元,用于根据以下公式计算所述剪切模量:
其中μ为剪切模量,ρ为质量密度,Vs为横波速度,为所有地层横波速度的集合:
Vs=(Vs1,Vs2,…,Vsi,…,VsN);其中,N为模型中地层的层数,Vsi为第i层横波速度。
13.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,
所述地震波场正演模拟具体为:利用HTI介质中弹性波动方程,通过伪谱法进行模拟;
其中,震源函数采用零相位雷克子波。
14.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,所述反演结果输出单元包括:
残差数据计算子单元,用于根据以下公式计算残差数据:
Δdz=dzobs-dzcal;
Δdx=dxobs-dxcal;
Δdy=dyobs-dycal;
其中Δd=(Δdx,Δdy,Δdz)t为残差数据,dobs=(dxobs,dyobs,dzobs)t为测量的三分量炮集数据,dcal=(dxcal,dycal,dzcal)t为模拟的三分量炮集数据,上标t表示转置;
误差能量计算子单元,用于根据以下公式计算误差能量:
其中,
其中E为误差能量,Δdt为Δd的转置,CD为数据协方差矩阵,X为到测量点的距离;t为地震波到达的时间;σd为数据方差;指数p,在二维情况,取p≥0.5,在三维情况,取p≥1。
15.如权利要求13所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,
所述逆时传播单元,用于以所述残差数据为源,利用HTI介质弹性波动方程,按反时间方向进行波场传播。
16.如权利要求9所述的地震地层裂隙裂缝密度反演系统,其特征在于,所述系数张量计算单元包括:
系数张量系数计算子单元,用于通过以下公式计算系数a、b、c、d、g:
其中,S、T、EN、ET通过以下公式进行计算:
γ=μ/(λ+2μ);
其中,λ为拉梅常数、μ为剪切模量,e为裂隙裂缝密度,α为裂隙/缝纵横比,k′为填充流体的体积模量。
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