一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法及系統與流程
2023-05-27 02:48:01
本發明涉及油氣地震勘探領域,特別涉及一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法及系統。
背景技術:
地震波阻抗反演是獲取地下介質波阻抗的主要途徑。常規地震資料的低截頻範圍一般在8-10Hz,缺少低頻分量,利用地震反演獲取地下介質波阻抗時一般需要藉助測井資料進行彈性參數初始低頻模型的建立。初始低頻模型直接影響疊前地震反演結果的合理性和可靠性。
現階段,彈性參數初始低頻模型的建立方法主要是以地震解釋層位或沉積相為橫向約束,在測井及其它地質資料作為縱向控制下進行彈性參數建模後再通過低頻濾波得到。然而,在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件,特別是勘探階段井信息較為稀疏情況下,很難利用該方法建立有效的模型。因此,如何克服常規低頻信息預測方法在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件下無法準確預測的不足,是本領域技術人員需要解決的技術問題。
技術實現要素:
本發明的目的是提供一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法及系統,僅利用寬頻地震資料即無需測井信息約束實現了地震波阻抗低頻預測,在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件仍然得到合理的低頻信息預測結果。
為解決上述技術問題,本發明提供一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法,包括:
利用寬頻疊後地震資料和地震子波構建復頻域地震波阻抗正演算子;
根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數;
在所述地震波阻抗初始目標函數中加入初始模型約束得到低頻信息預測目標函數,並求解所述低頻信息預測目標函數得到地震波阻抗低頻信息。
可選的,利用輸入的寬頻疊後地震資料數據和地震子波數據構建復頻域地震波阻抗正演算子,包括:
利用所述寬頻疊後地震資料中復頻域地震資料確定復頻域地震褶積模型;
利用所述地震子波及所述寬頻疊後地震資料中時間域地震資料確定無噪音情況下時間域地震記錄;
根據所述復頻域地震褶積模型及所述時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子。
可選的,所述復頻域地震褶積模型為
其中,ω為頻率,σ為阻尼因子,t為時間,exp為指數函數,S(ω-iσ)為復頻域地震資料,s(t)為時間域地震資料。
可選的,所述時間域地震記錄為
其中,w(t-τ)為地震子波,r(τ)為反射係數,τ為積分參數,s(t)為時間域地震資料。
可選的,根據所述復頻域地震褶積模型及所述時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子,包括:
將所述時間域地震記錄帶入到所述復頻域地震褶積模型中得到其中,ξ=ω-iσ為復頻域;
化簡得到復頻域地震數據矩陣S'=F*C'σ*R;
考慮S'=F*C'σ*R的實部和虛部後得到復頻域地震波阻抗正演算子Sri=Fri*C'σ*R;
其中,S'為復頻域地震數據矩陣,F為復頻域子波矩陣,C'σ阻尼因子矩陣,R為反射係數矩陣;Sri為復頻域地震數據矩陣實部和虛部,Fri為復頻域子波矩陣實部和虛部。
可選的,根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數,包括:
根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗後驗概率密度函數p(R,σn|Sri)為:
<![CDATA[ p ( R , σ n | S r i ) exp - Σ 1 n l n ( 1 + R 2 / σ m 2 ) exp - ( S r i - F r i C σ ′ R ) T ( S r i - F r i C σ ′ R ) 2 σ n 2 ]]>
將p(R,σn|Sri)進行最大化處理得到地震波阻抗初始目標函數F為:
其中,和σn2分別為地震數據和模型數據的方差。
可選的,所述低頻信息預測目標函數為:
其中,λ為約束係數,
本發明還提供一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統,包括:
復頻域地震波阻抗正演算子構建模塊,用於利用寬頻疊後地震資料和地震子波構建復頻域地震波阻抗正演算子;
地震波阻抗初始目標函數計算模塊,用於根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數;
地震波阻抗低頻信息預測模塊,用於在所述地震波阻抗初始目標函數中加入初始模型約束得到低頻信息預測目標函數,並求解所述低頻信息預測目標函數得到地震波阻抗低頻信息。
可選的,所述復頻域地震波阻抗正演算子構建模塊包括:
復頻域地震褶積模型單元,用於利用所述寬頻疊後地震資料中復頻域地震資料確定復頻域地震褶積模型;
時間域地震記錄單元,用於利用所述地震子波及所述寬頻疊後地震資料中時間域地震資料確定無噪音情況下時間域地震記錄;
復頻域地震波阻抗正演算子單元,用於根據所述復頻域地震褶積模型及所述時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子。
可選的,所述地震波阻抗初始目標函數計算模塊包括:
概率密度函數單元,用於根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗後驗概率密度函數p(R,σn|Sri)為:
地震波阻抗初始目標函數單元,用於將p(R,σn|Sri)進行最大化處理得到地震波阻抗初始目標函數F為:
其中,和σn2分別為地震數據和模型數據的方差。
本發明所提供的一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法,包括:利用寬頻疊後地震資料和地震子波構建復頻域地震波阻抗正演算子;根據復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數;在地震波阻抗初始目標函數中加入初始模型約束得到低頻信息預測目標函數,並求解低頻信息預測目標函數得到地震波阻抗低頻信息;
可見,該方法僅利用寬頻地震資料,實現了地震波阻抗低頻預測,即無需測井信息約束,在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件仍然得到合理的低頻信息預測結果;本發明還提供了一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統,具有上述有益效果,在此不再贅述。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例,對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例所提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法的流程圖;
圖2為本發明實施例所提供的地下真實地震波阻抗模型示意圖;
圖3為現有技術中反演初始模型示意圖;
圖4為利用本發明實施例所提供的方法得到的地震波阻抗低頻信息示意圖;
圖5為抽取圖4中第50道的三種情況的對比結果示意圖;
圖6為本發明實施例所提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統的結構框圖。
具體實施方式
本發明的核心是提供一種寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法及系統,僅利用寬頻地震資料即無需測井信息約束實現了地震波阻抗低頻預測,在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件仍然得到合理的低頻信息預測結果。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬於本發明保護的範圍。
實施例中波阻抗(wave impedance)為地震波在介質中傳播時,作用於某個面積上的壓力與單位時間內垂直通過此面積的質點流量(即面積乘質點振動速度)之比,具有阻力的含義,其數值等於介質密度p與波速V的乘積。
本實施例選用寬頻疊後地震資料是由於寬頻地震可提供的有效低頻信息可至1.5Hz。但是現有的對寬頻地震資料低通濾波後再通過常規反演建模的方法還缺少對寬頻地震低截頻以下更低頻率分量的考慮,仍需要依靠其他信息補償反演全頻帶彈性參數所需的更低頻率信息。即仍不能克服在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件下合理預測低頻信息。
復頻域或拉氏域全波形反演等方法,考慮了地震波的衰減作用,會對頻譜產生改造,使原來能量非常小的頻率成分振幅得到增強,這樣,原來在時間域零頻附近的超低頻的振幅會由幾乎為零變為有明顯的振幅,從而可獲取地震資料時間域很難獲取的更低的速度頻率分量。
因此,本實施例可以利用復頻域波阻抗反演獲取寬頻地震中蘊含的穩定的低頻信息即可以直接獲取參數低頻分量,不需要依靠其他信息補償反演全頻帶彈性參數所需的更低頻率信息。實現在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件仍然得到合理的低頻信息預測結果。具體處理過程請參考圖1。
請參考圖1,圖1為本發明實施例所提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法的流程圖;該方法主要包括兩步即S100復頻域地震波阻抗正演算子構建及S110和S120的復頻域地震波阻抗反演。
S100、利用寬頻疊後地震資料和地震子波構建復頻域地震波阻抗正演算子;
具體的復頻域地震波阻抗正演算子構建過程可以包括:利用寬頻疊後地震資料中復頻域地震資料確定復頻域地震褶積模型;利用地震子波及寬頻疊後地震資料中時間域地震資料確定無噪音情況下時間域地震記錄;根據復頻域地震褶積模型及時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子。
上述復頻域地震褶積模型為
其中,ω為頻率,σ為阻尼因子,t為時間,exp為指數函數,S(ω-iσ)為復頻域地震資料,s(t)為時間域地震資料。
上述時間域地震記錄為
其中,w(t-τ)為地震子波,r(τ)為反射係數,τ為積分參數,s(t)為時間域地震資料。
根據復頻域地震褶積模型及時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子可以包括:
將公式(2)帶入到公式(1)中得到其中,ξ=ω-iσ為復頻域;
交換積分順序後可以得到令得到η(ξ,τ)=W(ξ)exp(-iξτ)(5);
將方程(5)帶入(4)得
其中,令
其中,j為第j個阻尼因子,m、n分別為子波矩陣和阻尼矩陣行數。簡化方程(6)為S'=F*C'σ*R;
考慮實部和虛部後,正演方程變為Sri=Fri*C'σ*R;
其中,S'為復頻域地震數據矩陣,F為復頻域子波矩陣,C'σ阻尼因子矩陣,R為反射係數矩陣;Sri為復頻域地震數據矩陣實部和虛部,Fri為復頻域子波矩陣實部和虛部。
S110、根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數;
S120、在所述地震波阻抗初始目標函數中加入初始模型約束得到低頻信息預測目標函數,並求解所述低頻信息預測目標函數得到地震波阻抗低頻信息。
本實施例中復頻域地震波阻抗反演的具體過程可以是:
根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗後驗概率密度函數p(R,σn|Sri)為:
<![CDATA[ p ( R , σ n | S r i ) exp - Σ 1 n ln ( 1 + R 2 / σ m 2 ) exp - ( S r i - F r i C σ ′ R ) T ( S r i - F r i C σ ′ R ) 2 σ n 2 - - - ( 7 ) ]]>
將(7)進行最大化處理得到地震波阻抗初始目標函數F為:
其中,和σn2分別為地震數據和模型數據的方差。
在(8)中加入初始模型約束得到最終低頻信息預測目標函數為:
其中,λ為約束係數,
對方程(9)進行優化求解即可以得到地震波阻抗低頻信息。
下面通過對比圖說明上述方法的可行性。圖2為地下真實地震波阻抗模型,圖3為初始模型,圖4為利用本實施例提供的方法得到的波阻抗低頻信息。圖5為抽取圖4中第50道的三種情況下的對比結果,其中,1曲線為真實地震波阻抗,2曲線為現有技術中反演初始波阻抗即利用圖3中的初始模型得到的結果,3為利用本實施例提供的方法的預測結果。從結果可以看出,本實施例能夠有效的實現地震波阻抗低頻信息的預測。
基於上述技術方案,本發明實施例提的寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法,僅利用寬頻地震資料,實現了地震波阻抗低頻預測,即無需測井信息約束,在井間存在透鏡體或物性變化劇烈等複雜地質條件仍然得到合理的低頻信息預測結果。
下面對本發明實施例提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統進行介紹,下文描述的寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統與上文描述的寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法可相互對應參照。
請參考圖6,圖6為本發明實施例所提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測系統的結構框圖;該系統可以包括:
復頻域地震波阻抗正演算子構建模塊100,用於利用寬頻疊後地震資料和地震子波構建復頻域地震波阻抗正演算子;
地震波阻抗初始目標函數計算模塊200,用於根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗初始目標函數;
地震波阻抗低頻信息預測模塊300,用於在所述地震波阻抗初始目標函數中加入初始模型約束得到低頻信息預測目標函數,並求解所述低頻信息預測目標函數得到地震波阻抗低頻信息。
基於上述實施例,所述復頻域地震波阻抗正演算子構建模塊100可以包括:
復頻域地震褶積模型單元,用於利用所述寬頻疊後地震資料中復頻域地震資料確定復頻域地震褶積模型;
時間域地震記錄單元,用於利用所述地震子波及所述寬頻疊後地震資料中時間域地震資料確定無噪音情況下時間域地震記錄;
復頻域地震波阻抗正演算子單元,用於根據所述復頻域地震褶積模型及所述時間域地震記錄計算得到復頻域地震波阻抗正演算子。
基於上述實施例,所述地震波阻抗初始目標函數計算模塊200可以包括:
概率密度函數單元,用於根據所述復頻域地震波阻抗正演算子,利用貝葉斯反演理論計算得到地震波阻抗後驗概率密度函數p(R,σn|Sri)為:
地震波阻抗初始目標函數單元,用於將p(R,σn|Sri)進行最大化處理得到地震波阻抗初始目標函數F為:
其中,和σn2分別為地震數據和模型數據的方差。
說明書中各個實施例採用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言,由於其與實施例公開的方法相對應,所以描述的比較簡單,相關之處參見方法部分說明即可。
以上對本發明所提供的寬頻地震波阻抗低頻信息預測方法及系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述,以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出,對於本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以對本發明進行若干改進和修飾,這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。