地震數據的頻譜整形反演和偏移的製作方法

2023-05-02 07:41:56 2

專利名稱：地震數據的頻譜整形反演和偏移的製作方法
技術領域：
本說明書一般涉及地球物理勘探領域。特殊地，本說明書涉及基於反演 (inversion)和偏移(migration)的地震反射成像以估計地下物理性質(例如阻抗)和/ 或生成地下區域的地球物理模型。
背景技術：
地球物理勘探中經常利用地震、電氣和儲層(reservoir)性質之間的關係，從而 對地下區域的地球物理性質進行建模，例如，將源自地震和/或電磁勘查的數據用於預測 地下區域的特徵的範圍。然後，預測的地球物理特徵用於各種勘探決策，例如，鑽井數量、鑽 井類型以及自儲層回收(recover)資源的最佳井位。地下區域的地震性質是直接確定地下部分對地震波的反射和傳輸、且共同限定 至少縱波(compressional wave)速度、橫波(shear wave)速度以及地下區域密度的性 質。通常採用諸如體積模量(bulk modulus)和剪切模量(shear modulus)(也稱為彈性 模量)等彈性性質來表示地下部分的地震性質較為方便。也可以等效地使用地下部分的 速度和密度的各種函數表示地震性質，包括體積模量、泊松比(Possion』 s ratio), Vp/Vs 比、P波模量、阻抗和拉梅參數(Lan^parameter)。地震性質也可包括，例如各向異性和衰減 (attenuation)。地震波速度也可以隨地震波的頻率改變，這種現象稱為頻散。在地震性質中，阻抗是地震速度和密度的乘積。阻抗，也稱為聲阻抗且經常用符號 15表示，通常在不同的巖層之間改變，例如分界面的相對兩側具有不同的阻抗。分界面的反 射係數通常取決於分界面的任一側上的巖石的聲阻抗的比差(contrast)。具體地，巖層間 聲阻抗的差異影響反射係數。地震反演是基於記錄的地震反射數據確定地下區域的阻抗結 構的地球物理建模過程。地震反演技術依賴於地震反射數據，地震反射數據通常通過地震勘查和對勘查的 地震數據的分析獲得。地震反射技術通常基於地球表面中地震波的生成以及對這些在地球 各層間的邊界處發生反射的地震波的部分的記錄和分析，其中地震波通過使用一個或更多 震源生成，例如，炸藥、氣槍、振動裝置。圖1A-1B是在兩種或更多的介質之間的一個或更多 邊界處的原始反射(primary reflection)生成的地震圖的卷積模型視圖。參考圖1A，單 邊界模型100表明在兩種介質之間給定的邊界處反射波的振幅(強度)與入射波的振幅和 一個稱為反射係數的參量成比例。反射係數的值取決於兩種介質的彈性參數，並且對於垂 直入射(normal incidence)，反射係數由方程式(1)給出。這種情況下的地震道含有單脈 衝，該脈衝的形狀為地震子波的形狀。對於垂直入射(光線垂直於反射界面)，反射係數定義為
R= (Ip2-Ip1)/(IP2+IP1)(1)在方程式(1)中，R是反射係數，並且參量Ip1和Ip2稱為縱波阻抗(compressional impedance)。術語P阻抗和聲阻抗通常也用於描述相同的參量。例如，縱波阻抗定義為密度和 縱波(P波)速度的乘積Ip = P Vp(2)該方程式中P是密度，並且Vp是P波速度。方程式(1)中，Ipi和Ip2分別是在反 射界面以上的地層和反射界面以下的地層的縱波阻抗。對於大量的反射邊界，記錄的地震 反射響應是不同邊界的響應的總和。參考圖1B，多邊界模型150表明反射事件通常在任何給定時間被記錄在每條地震 道上。然後，針對多邊界反射結構記錄的地震圖可以視為反射率時間序列(reflectivity time series)，例如，該反射率時間序列由r(t)代表，並基於阻抗分布(prof ile) Ip (t)。如 果忽略多反射，並且由地震獲取系統生成的脈衝是簡單的尖峰，則記錄的地震道由一系列 反射率尖峰組成，每個反射率尖峰的大小都基於方程式(1)和(2)計算。然而，入射地震波通常不是簡單的尖峰，而是更寬的波形，稱為地震子波w(t)。在 這種情況下，記錄的地震圖不是r (t)。而是每個尖峰都由被適當縮放的地震子波取代，並且 結果相加。當反射介質含有多反射邊界時，產生的地震道進一步通過計算地震子波和反射 率時間序列的卷積來求值。根據方程式(1)，反射率時間序列是一系列尖峰，它們中的每個 都由單個邊界生成。以剛才描述的方式組合反射率時間序列r(t)和子波w(t)的數學運算 是卷積s(t) = r(t)*w(t)(3)其中符號*表示方程式(3)中的卷積運算。方程式(3)中，記錄的地震圖s(t)作 為反射率時間序列r(t)和子波w(t)的卷積來計算。方程式(3)表示出的卷積模型通常稱 作反射地震學的卷積模型。假設連續記錄地震反射，計算垂直入射的反射係數的方程式(方程式(1))可以概 括為以下表達式r(t) = (dlp(t)/dt)/(21p(t))(4)方程式(4)中，IP(t)代表一定深度地層的阻抗值，自該地層的反射在時間t記錄。 算子d/dt代表對時間的導數。自垂直入射地震數據的示例性地震反演問題相當於求解方 程⑶和⑷以確定阻抗函數Ip (t)，並假定已知記錄的地震數據s (t)和地震子波w (t)。 在記錄的尖峰之間的時間間隔很小的限制下，可以將反射率序列看作時間的連續函數，對 於垂直入射，該連續函數與阻抗的關係由方程式(4)給出。對於非垂直入射，反射係數的計 算被改變，但這裡針對原始反射描述的卷積模型仍然有效。地震子波w(t)的估計可以通過利用測井(well log)數據實現。在井可用並且已 經收集適當的聲波和密度測井時，阻抗IP(t)和反射率r(t)是已知的。然後給定r(t)和 地震道s(t)，方程式(3)可以用來解出w(t)。為使該估計充分起作用，通常需要在井處的 地下信息和地震事件之間建立精確的相關性。術語「連井(well tie)」通常用來描述建立 這種相關性的過程。所以，精確的連井是大多數反演方法的前提。上述概念也可以概括為以下情形記錄的反射對應於入射波和反射波的傳播路徑
5之間的較大的角度，例如偏斜(oblique)入射或非垂直入射的情形。對於這種情況，卷積模 型方程式(3)仍然有效，但反射係數方程式(4)的表達式被更複雜的表達式取代，例如，含 有附加的彈性參數，例如橫波速度。多種基於卷積模型的地震反演技術已經在通常的實踐中應用。有色反演和頻 譜整形反演是兩種最近發展的地震反演技術，它們實施為頻譜的簡單改進。這些地震 反演技術在以下文獻中進一步描述Lancaster, S.和Whitcombe，D. ,2000年，「Fast Track 「Coloured」 Inversion」，擴展摘要，第 70 屆 SEG 年會，卡爾加裡，1572-1575 ；以及 Lazaratos, S. ,2006, "Spectral Shaping Inversion For Elastic AndRock Property Estimation，，Research Disclosure,第 511 其月，2006 年 11 月。參考圖2，雖然兩種技術在實施上不同，但反演技術在概念上都相似。例如，通過 應用於地震數據的相位旋轉(-90° )和頻譜整形運算的組合執行阻抗估計。在應用相位 旋轉和頻譜整形運算前，地震數據通常轉換為零相位，例如，對於零相位數據，地震子波的 全部頻率分量被同步並組合以產生圍繞子波波峰的對稱子波。有色反演假設對數振幅頻譜 遵循指數律，而頻譜整形反演(Lazaratos)不需要該假設。另外，有色反演是嚴格的零偏移 (zero-offset)反演。頻譜整形反演也提供在生成對彈性性質和巖石性質的估計方面有用 的附加益處。頻譜整形運算通過應用濾波來實施，該濾波重整形原地震頻譜以使得地震頻譜與 在地下區域中的井記錄的測井曲線的平均頻譜相似。參考圖2，圖解視圖200表明頻譜整形 濾波如何顯著地放大地震頻譜中低頻部分中的能量。平均本地測井曲線220和原地震頻率 240的頻譜顯著不同，甚至在數據信噪比為正的頻率範圍上。頻譜整形將原頻譜重整形，使 其與對數頻譜相似。最終頻譜是整形的地震頻譜260。整形運算意味著低頻能量的顯著放 大，如圖2所示。Lazaratos[2006]提出一種數學推導，該數學推導表明在通常滿足的假設下，上面 強調的頻譜整形過程提供了阻抗估計，解出方程式(3)和(4)。例如，基於上面建立的卷積 模型，地震道可以由卷積方程式(5)表示 在上述表達式以及下文中，下列符號約定用來描述下列特徵中的一種或更多s (t)，S (f)地震道及其傅立葉變換Squad (f) iE^it (quadrature trace)的ifH卩十w(t)，ff(f)子波及其傅立葉變換r(t)反射率Ip (t)，Ip (f) P阻抗及其傅立葉變換f低通濾波的P阻抗Δ t採樣率分母中的項IP(t)可以由改變非常緩慢的函數取代，該函數僅含有Ip的趨勢。實 際上，這樣的函數可以通過低通濾波Ip生成，從而將頻率維持在頻譜的非常低的端(例如 0-2Hz)。然後該低頻項可以作為簡單的乘數對待並移動到卷積算子的左邊。然後該卷積方程式變為(方程式(6)) 如下所述，依靠弱散射假設，顯示出在數學上將卷積方程式從它的原形式變換成 方程式(6)中給出的形式的能力。P阻抗可以分解成緩慢改變的本底(background)部分 (例如低頻趨勢)遠低於地震帶寬的頻率以及較高頻幹擾(perturbation)部分，該部分包 括在地震帶寬中的改變和地震帶寬以上的改變。所以，(i)幹擾相對本底是弱的，並且(ii) 本底在地震子波長度範圍內基本恆定。基於支持這些結論的大量觀察結果，將方程式(6) 變換到頻域產生方程式(7)
(7)對多個井求平均值(使用 來代表求平均值運算)，得到方程式(8)
(8)其中假設地震子波在設置井的區域內恆定。根據定義，整形濾波的頻率響應是平均對數頻譜和平均地震頻譜的比，如方程式 (9)所示整麗波淋 ^^ τ^τ (9)並將其應用於地震數據產生方程式(10)整形的地震=H(f)
(10)地震數據的地震偏移是涉及地震事件重組(rearrangement)的校正技術，因此反 射標示在其地下位置的真實圖像上。參考圖3，圖解模型300示出，在原記錄數據上，自傾 斜界面的反射記錄在表面位置，該表面部位並不直接位於發生反射的表面位置的上方。另 外，地下部分中的孤立的點狀不連續(點散射體)生成接收器在大範圍內記錄的地震事件 (衍射)，這會使地震數據的解讀發生混亂。地震速度變化是原始記錄數據僅提供地下地質 的失真視圖的另一原因。地震偏移技術解決了上面的問題並因此用於許多地震數據處理序 列中，從而將地震記錄中觀察到的結構和幾何構型精確描繪為使地震反射發生的地質層的 仿真。正確布置傾斜反射器的需要在圖3中最佳地示出。從位於Sl的源生成、自點A並 且在同樣位於Sl的接收器處記錄的反射脈衝標示在Sl下面位於點A』的記錄道上，選擇點 A』使SlA和S1A』的長度相等(為簡便起見假設地下部分速度恆定)。相似地，自點B的反 射脈衝標示在點B』的S2下面的記錄道上。反射器段AB標示在錯誤的側向位置A』 B』，並 且其偏角小於AB』的真實偏角。偏移是校正這種失真的校正技術。偏移前，地震記錄中觀 察到的結構和幾何構型通常不是導致地震反射的地質層的精確描述。傳統上，地震反演局限於在偏移後應用地震反演的應用，因為通常需要精確的連 井來估計地震子波。由於原「非偏移」數據形成地下部分的不精確的結構圖像，因此精確的 連井通常在偏移後建立。本發明人確定需要地震反演技術，該技術可以在建模過程中的多 個階段中應用，同時當與偏移校正技術結合以建模地下區域的阻抗時在計算上仍然是高效且精確的。

發明內容
一方面，基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法包括接收地震數據。 將反演應用於地震數據，例如，反演過程改變(整形)地震數據的頻譜。然後偏移反演的地 震數據。該方面的實施可包括以下特徵中的一種或更多。例如，接收地震數據可包括獲得 地震反射數據。將反演應用於地震數據可包括將頻譜整形反演應用於地震數據。例如，頻 譜整形反演可包括應用有色反演或Lazaratos頻譜整形反演。將頻譜整形反演應用於地震 數據可包括將頻譜整形濾波應用於原地震數據頻譜，從而生成整形的地震數據頻譜。可以 獲得可用的測井數據的平均頻譜和地震數據的平均頻譜。將頻譜整形反演應用於地震數據 可包括將頻譜整形濾波應用於原地震數據頻譜，從而生成整形的地震數據頻譜。對於不同於頻譜整形反演的反演方法，地震子波的估計可能是必需的，並且可以 基於聲波和密度測井數據來獲得該估計。頻譜整形反演不需要基於聲波和密度測井數據的 地震子波的估計，因此可以不在偏移整形的地震數據之前獲得該估計。偏移的數據可以疊 加(stack)和/或可以將相位旋轉應用於疊加的數據以生成地下阻抗的估計。相位旋轉可 以是偏移的地震數據的-90度相位旋轉，並且該估計可以是限帶的P阻抗的估計。接收的 地震反射數據可以在應用反演前轉換為零相位，並且可以將相位旋轉應用於偏移的地震數 據以生成阻抗的估計。該方法可用來生成以下一種或更多種地震性質或物理性質的估計，包括限帶P阻 抗、限帶S阻抗、vp/vs、體積模量、剪切模量、縱波速度、橫波速度、vp/vs比、拉梅常數、各向異 性參數。另一方面，基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法包括接收偏移的地 震數據和使用偏移算法和針對地下區域的簡單速度模型對偏移的數據進行反偏移。頻譜整 形反演應用於反偏移的地震數據。整形的地震數據通過偏移算法和地下區域的簡單速度模 型被偏移。該方面的實施可包括以下特徵中的一種或更多。例如，地下區域的簡單速度模 型可包括地下區域的恆定速度模型。地下區域的偏移算法和簡單速度模型可包括地下區 域的恆定速度Stolt偏移模型。地下區域的簡單速度模型可包括地下區域的橫向不變 (laterally invariant)模型。偏移的地震數據可包括地震反射數據。地震反射數據可在應 用反演之前轉換為零相位，和/或相位旋轉可應用於偏移的地震數據以生成阻抗的估計。 應用於地震數據的頻譜整形反演可包括將頻譜整形濾波應用於反偏移的地震數據頻譜，從 而生成整形的地震數據頻譜。相位旋轉可應用於重偏移的數據，從而生成地下阻抗的估計。相位旋轉的應用可 包括將-90度相位旋轉應用於偏移的地震數據，並且該估計可以是限帶P阻抗的估計。地 震數據可以在數據反演或偏移之前和/或之後疊加。相位旋轉可以應用於疊加的地震數據 以生成阻抗的估計。該方法可用來生成一種或更多種以下地震性質或物理性質的估計，包括生成限帶 P阻抗、限帶S阻抗、Vp/Vs、體積模量、剪切模量、縱波速度、橫波速度、Vp/Vs比、拉梅常數以及各向異性參數中的一種或更多的估計。另一方面，基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法包括接收地震反射 數據。地震數據被偏移。頻譜整形反演濾波應用於偏移的地震反射數據。將相位旋轉應用 於疊加的地震數據以生成地下區域的阻抗的估計。該方面的實施可包括以下特徵中的一種或更多。例如，將頻譜整形反演濾波應用 於偏移的地震反射數據可包括計算多維頻譜整形算子，執行偏移數據的多維傅立葉變換， 將計算的多維頻譜整形算子與偏移數據的多維傅立葉變換相乘，以及應用多維傅立葉逆變 換。計算多維頻譜整形算子可包括2-D或3-D傅立葉變換。可以對基於地震反射數據的頻譜的偏移脈衝響應執行2-D或3-D傅立葉變換，並 且可以對基於地震反射數據的整形頻譜的偏移脈衝響應執行2-D或3-D傅立葉變換。將頻 譜整形反演濾波應用於地震反射數據可包括在將頻譜整形反演應用於地震反射數據之前， 通過偏移算法和地下區域的簡單速度模型將偏移的地震數據反偏移；將頻譜整形反演應用 於反偏移的地震數據；和/或通過偏移算法和地下區域的簡單速度模型將整形的地震數據 重偏移。另一方面，電腦程式產品在機器可讀存儲設備中有形地實施，該電腦程式產 品包括指令，指令在運行時使硬體系統(例如顯示裝置或其它輸出裝置)通過接收地震反 射數據、將地震反射數據偏移，並將頻譜整形反演濾波應用於地震反射數據來基於地震數 據生成地下區域的地球物理模型。相位旋轉可以應用於疊加的地震數據頻譜，從而生成地 下區域的阻抗的估計。頻譜整形反演濾波可以在偏移地震數據前應用。可替換地，頻譜整 形濾波可以在偏移地震數據後應用，例如，可以計算多維頻譜整形算子並將其與偏移數據 的傅立葉變換相乘，繼之以多維傅立葉逆變換，和/或可以在初始的偏移處理後將偏移的 數據反偏移、整形，然後重偏移。例如，有形的計算機可讀存儲介質包括，在其上實施的電腦程式，該電腦程式 被配置為，由處理器運行時基於地震數據生成地下區域的地球物理模型，介質包含一個或 更多代碼段，其被配置為接收地震反射數據；將地震數據偏移；將頻譜整形反演濾波應用 於地震反射數據；將地震數據疊加；並將相位旋轉應用於疊加的地震數據頻譜，從而生成 地下區域的地球物理性質的估計。通過以下方式中的至少一種，應用頻譜整形反演濾波以 減小傾斜能量的放大(i)在偏移數據前應用頻譜整形反演濾波；(ii)在應用頻譜整形反 演濾波和將反演的數據重偏移前將偏移的數據反偏移；以及(iii)計算多維頻譜整形算子 並將多維頻譜整形算子與偏移的數據的傅立葉變換相乘。另一方面，生成地球物理性質的估計的示例性硬體系統被配置為基於例如通過水 聽器和/或地震檢波器獲得的地震數據生成地下區域的地球物理模型，接收地震反射數 據，偏移地震反射數據，並將頻譜整形反演濾波應用於地震反射數據。相位旋轉可以應用於 疊加的地震數據頻譜，從而生成地下區域的阻抗的估計，例如，該估計可以通過系統的顯示 組件顯示。頻譜整形反演濾波可以在偏移地震數據前應用。可替換地，頻譜整形濾波可以 在偏移地震數據後應用，例如，多維頻譜整形算子可以被計算並與偏移數據的傅立葉變換 相乘，或者在初始的偏移處理之後偏移的數據可以反偏移、整形，然後重偏移。地球物理模 型可以在硬體系統的顯示組件上顯示。另一方面，從地下區域生產碳氫化合物的方法包括基於地震數據生成地下區域的地球物理模型。生成地球物理模型進一步包括接收地震反射數據；將地震數據偏移；將頻 譜整形反演濾波應用於地震反射數據；將地震數據疊加；將相位旋轉應用於疊加的地震數 據頻譜，從而生成地下區域的地球物理性質的估計。通過以下方式中的至少一種，來應用該 頻譜整形反演以減小傾斜能量的放大(i)在偏移數據前應用頻譜整形反演濾波；(ii)在 應用頻譜整形反演濾波和將反演的數據重偏移前使偏移的數據反偏移；以及(iii)計算多 維頻譜整形算子，並將多維頻譜整形算子與偏移的數據的傅立葉變換相乘。向生成的地球 物理模型中解釋為可能含碳氫化合物的地巖層鑽井。碳氫化合物從井中產出。


圖IA是背景技術的地震圖的卷積模型，該卷積模型由兩種媒介之間的單邊界處 的原始反射生成。圖IB是背景技術的地震圖的卷積模型，該卷積模型由媒介之間的多邊界處的原 始反射生成。圖2是背景技術的地震頻譜和對數頻譜的振幅和頻率做比較的圖解視圖。圖3是標示的背景技術的反射脈衝示意圖，其示出偏移的反射器段和失真的反射 器段。圖4是偏移脈衝響應的時間與道號的圖解視圖。圖5A是沒有頻譜整形的限帶子波的未整形的偏移脈衝響應的視圖。圖5B是將頻譜整形濾波應用於圖5A的偏移脈衝響應後產生的結果視圖。圖5C是將頻譜整形濾波應用於生成圖5A的脈衝響應的輸入脈衝並將整形的輸入 脈衝偏移所產生的結果視圖。圖6A是包括偏移和反演的估計地下部分的物理性質的處理流程圖。圖6B是基於在偏移後應用的頻譜整形反演來估計地下部分的物理性質的處理流 程圖。圖7是基於在偏移前應用的頻譜整形反演來估計地下部分的物理性質的處理流 程圖。圖8是基於偏移、具有簡單速度模型的反偏移、頻譜整形反演和具有簡單速度模 型的重偏移來估計地下部分的物理性質的處理流程圖。圖9A是圖解視圖，其示出沿圖5A的偏移脈衝響應的正確的相對振幅變化和沿圖 5B的偏移脈衝響應的相對振幅變化(頻譜整形後偏移)。圖9B是示出相對圖5A中的偏移脈衝響應並在偏移速度範圍上的振幅變化的圖解 視圖。圖10是示出通過在偏移前或偏移後應用頻譜整形反演所生成的頻率-波數(F-K) 頻譜的比較流程圖。圖IlA是生成偏移脈衝響應的整形的頻率_波數(F-K)頻譜的過程視圖(後偏 移)。圖IlB是生成偏移脈衝響應的整形的頻率_波數(F-K)頻譜的過程視圖(在偏移
、產.\
IIJ ) °圖12是根據一維(僅頻率)整形算子來構建二維(頻率_波數)整形算子的處
10理流程圖。圖13是構建二維整形算子的可替換的處理流程圖。圖14是估計地下部分的物理性質的處理流程圖，該處理包括應用多維頻譜整形 濾波以執行地震反演。圖15A是測試地震數據的屏幕截圖。圖15B是應用在示例性的反偏移/頻譜整形/重偏移處理後的測試地震數據的屏 幕截圖。圖15C是在應用後偏移頻譜整形濾波後的測試地震數據的屏幕截圖。圖16A是偏移的CDP道集(gather)和對應的速度相似面板(velocitysemblance panel)的屏幕截圖。圖16B是在偏移後應用了頻譜整形反演的偏移的CDP道集和對應的速度相似面板 的屏幕截圖。圖16C是在偏移前應用了頻譜整形反演的偏移的⑶P道集和對應的速度相似面板 的屏幕截圖。圖17是基於在偏移前應用頻譜整形反演來生成具有一種或更多性質的地球物理 模型的示例性處理流程圖。圖18是基於反偏移/整形/重偏移技術來生成具有一種或更多性質的地球物理 模型的示例性處理流程圖。圖19是基於在疊加後應用3-D或2-D頻譜整形濾波來生成具有一種或更多性質 的地球物理模型的示例性處理流程圖。圖20是基於在疊加前應用3-D或2-D頻譜整形濾波來生成具有一種或更多性質 的地球物理模型的示例性處理流程圖。本發明將結合其優選實施例進行說明。然而，就以下詳細描述具體到本發明特定 實施例或特定用途這方面來說，僅為了說明而不能理解為限制本發明的範圍。相反，本發明 意在覆蓋可以包括在權利要求定義的本發明的精神和範疇內的所有替換、修改和等效物。
具體實施例方式一方面，本發明人確定頻譜整形在數學上等效於實現相同目的其它反演方法。另 外，本發明人還發現了頻譜整形反演的多個計算上的優點，這些優點在以前還沒有被採用 傳統地震反演技術的其他人認識到。因此，頻譜整形反演的行為可以推廣到其它類型的反 演過程，只要這些反演過程基於卷積模型。例如，頻譜整形反演的一個優點是頻譜整形反演 不需要對地震子波w(t)的估計，這一點與其它反演方法不同，因此，頻譜整形反演並不依 賴於精確的連井。因此，對可用的測井數據的平均頻譜和地震數據的平均頻譜的知識足以 執行此反演。本發明人確定頻譜整形反演不需要對地震子波的估計，並且因此，頻譜整形反演 是可以有利地在偏移之前或之後執行的反演技術。例如，假設沒有其它考慮因素，由於以下 原因，反演技術通常在偏移後應用。首先，大型的現代3D地震數據集的偏移通常是非常耗 時且昂貴的處理。由於通常需要原始記錄數據的偏移版，所以生成頻譜整形的反演數據的 偏移版通常增加額外偏移操作的成本。因此，如果在偏移後應用反演技術，則只需要將數據偏移一次。其次，頻譜整形濾波設計中的任何改變都需要額外的偏移操作以生成最終結果， 並且這進一步提高了處理成本。由於這些原因，背景技術中的標準實踐是在偏移校正技術 應用於數據之後應用反演技術，特別是頻譜整形應用。然而，如下所述，改變偏移和反演的應用次序產生非常不同的最終結果，這些最終 結果可以以各種方式有利地利用。此外，本發明人也確定，應用地震反演處理使地震事件的 相對振幅失真，例如人為地放大陡傾(steep dip)，其中地震反演處理對偏移的地震數據採 用具有單個、時間獨立的子波的卷積模型。圖4中示出針對恆定速度介質的的典型偏移脈衝響應400的時間與道號。參考圖 4，反演對偏移脈衝響應的作用有益於證明偏移後應用反演的影響。偏移處理的輸出是輸入 為局部脈衝時由脈衝響應400定義的。由於輸入到偏移的地震數據可以被認為恰好是這些 脈衝的重疊，因此理解單脈衝所發生的行為會充分表徵針對任何給定輸入的偏移行為。如 圖4所示，子波在偏移後是傾斜依賴的(dip-dependent)，其中較低頻率的子波相應於高傾 斜440。例如，圖4中所示的關係在以下文獻中進一步描述Levin，S. Α.，1998,"Resolution In Seismic Imaging :Is It All A Matter Of Perspectives ？」，Geophysics, 63, 743-749 ；以及 Tygel，M. , Schleicher, J.，和 Hubral，P. , 1994,"Pulse Distortion inDepth Migration =Geophysics", 59,1561-1569。零傾斜子波420與輸入的頻率相同。儘管人們已經認識到偏移使地震子波失真的事實，但地震反演的含義還沒有被完 全理解。由於子波在偏移後是傾斜依賴的，因此卷積模型(方程式3)在偏移後通常無效， 例如方程式(3)假設了不依賴傾斜的子波。本發明人確定忽視此事實的後果影響偏移後應 用的反演算法，並且這些後果在下文中更詳細地描述。圖5A是沒有頻譜整形的限帶子波的未整形的偏移脈衝響應501A的視圖。圖5B 是將頻譜整形濾波應用於圖5A的偏移脈衝響應產生的結果視圖。圖5C是將頻譜整形濾波 應用於生成圖5A的脈衝響應的輸入脈衝並將整形的輸入脈衝偏移產生的結果視圖。參考 圖5A和5B，示出應用頻譜整形濾波之前501和之後502的偏移脈衝響應，例如，頻譜整形濾 波通常在有色反演或頻譜整形反演中應用。脈衝響應502表明陡傾的側翼502A的顯著放 大，例如與原響應501A相比。參考圖2的描述，用於反演的頻譜整形濾波顯著放大地震頻 譜低頻部分的能量。然而，脈衝響應的陡傾部分具有比平坦部分頻率低的子波的事實不是 頻譜整形的結果。如下文中更詳細的描述，偏移脈衝響應的陡傾部分具有比平坦部分頻率 更低的子波。這裡觀察的行為的後果是，在偏移後應用頻譜整形導致陡傾能量、信號或噪音 被過度放大。然而，參考圖5C，本發明人確定應用相同的頻譜整形濾波，然後偏移，導致脈衝響 應503，該脈衝響應503具有在平坦部分和陡傾部分503A之間恰當保持的相對振幅。因此， 沿圖5C中脈衝響應的相對振幅變化與圖5A中沿脈衝響應的相對振幅變化非常相似，而圖 5B中所示的相對振幅變化顯著改變。圖6A-6B是包括偏移校正技術和反演的估計地下部分的物理性質的處理流程圖。 特別地，概括的流程圖描繪了兩個反演實踐600、650。參考圖6A，在處理600中，在偏移步驟 610後應用反演步驟620。反演處理620通常應用於偏移的數據，從而生成地下阻抗的估計， 和/或一種或更多其它地震性質或物理性質的估計，例如縱波速度、橫波速度、地下區域密 度、體積模量和/或剪切模量(也稱為彈性模量)的估計。可替換地或此外，處理600、650
12可以用來生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、Vp/Vs、體積模量、剪切模量、縱波速度、橫波速度、Vp/ Vs比、拉梅常數以及各向異性參數的一種或更多的估計。參考圖6B，在處理650中，在偏移步驟660後應用頻譜整形反演步驟670。另外， 相位旋轉，例如-90°，在步驟680中應用於整形且偏移的數據，從而生成地下阻抗和/或其 它一種或更多的地震性質或物理性質的估計。示例性處理可含有幾個附加的處理步驟，但 在處理600、650中，反演620、670都是在偏移後應用。如上所述，通過圖6A的流程圖，可以 在非常通用水平上總結當前的反演實踐，其中圖6A示出偏移610後反演620，從而估計阻抗 和/或其它巖石性質。處理650中，頻譜整形反演步驟670，例如應用前面描述的頻譜整形 濾波(Lazaratos)或有色反演，應用於偏移的數據660。參考圖6B，頻譜整形670通常在偏 移660後應用，繼之以-90°的相位旋轉680和/或進一步處理，從而估計阻抗和/或其它 巖石性質，例如由Lazaratos (2006)概述的巖石性質。然而，本發明人確定當前的方法，例如處理600、650，忽略了偏移後子波的傾斜依 賴，並且因此過度放大陡斜能量、信號或噪音。所以，本發明人開發了執行地震反演的技術， 該技術在最優化計算效率和/或精確性的同時避免傾斜能量的放大。圖7是基於在偏移前應用頻譜整形反演來估計地下部分的物理性質的處理的流 程圖。參考圖7，執行相對偏移的地震反演的第一處理700包括將頻譜整形反演710應用於 地震數據，接下來偏移整形的數據720，以及附加處理步驟730，例如，應用-90°相位旋轉， 從而估計地下阻抗和/或其它地震和物理性質。另一可選步驟可包括在處理700的一個或 更多步驟之前、之後或與處理700的一個或更多步驟同時疊加數據。總之，儘管通常的地震 處理工作流程可以含有幾個附加處理步驟，但當反演710在偏移720之前執行時處理700 是特別有利的。本發明人確定，在偏移前應用頻譜整形濾波，例如，Lazaratos頻譜整形反演或有 色反演，進一步優化結果。與通常需要地震子波的估計(例如經常通過連井獲得)的其它 反演技術不同，地震數據頻譜的估計是頻譜整形所需要的全部。進一步地，可以可靠地獲得 地震數據頻譜的估計，甚至在記錄的反射器的幾何構型成像不精確的情況下，例如，由於幾 何構型可以在任何校正之前，例如，通過偏移720。如果在偏移720前地震子波獨立於反射 器傾斜，則與陡傾能量的放大有關的任何問題被減少和/或消除。在頻譜整形710和偏移720後，應用-90°相位旋轉和/或應用附加處理。例如， Lazaratos (2006)描述了可以與頻譜整形反演技術結合應用或確定的附加處理技術和/或 性質。可替換地或另外，任何本領域技術人員將會認識到，一個或更多的標準地震處理步驟 可以在頻譜整形與偏移之前和/或之後應用。例如，其它處理技術可包括以下處理中的一 個或更多，例如去符號(de-signature)處理、反虛反射(de-ghosting)處理、隨機噪聲衰 減、多次波衰減(multiple attenuation)、去卷積處理和/或疊加與偏移速度的估計。關於 偏移720，處理700表明在大範圍的偏移算法上的有利結果，並且處理700因此不限於任何 特定的偏移技術。如前所述，地震反演，特別是頻譜整形，在目前的實踐中通常在偏移後應用。特殊 地，反演通常在偏移後應用，從而避免耗時的偏移處理的多個數據操作。然而，本發明人 確定，在偏移後應用反演的接受實踐會導致一種或更多的限制。具體地，參考圖5A-5C和 6A-6B的描述，目前的地球物理技朮忽略了偏移後子波的傾斜依賴，並且因此，過度放大陡傾能量、信號和/或噪聲。所以，結合圖7描述的處理700顛倒頻譜整形反演和偏移的次序， 這種方式提高了整個處理估計地下性質(例如阻抗)的能力。圖8是基於偏移、具有簡單速度模型的反偏移、頻譜整形反演以及具有簡單速度 模型的重偏移估計地下部分的物理性質的處理800的流程圖。可替換的處理800也解決偏 移後子波的傾斜依賴，並因此不過度放大陡傾能量，例如，信號和/或噪音。在處理800中， 首先偏移地震數據810。在偏移810後，反偏移技術820、頻譜整形反演技術830以及重偏 移技術840應用於先前偏移的數據810。另外，可以在應用反偏移820、整形830以及重偏 移840之後應用相位旋轉和/或其它計算和/或成像處理850。與在偏移之前應用頻譜整 形從而實現高精確性結果的處理700相比，處理800提供了一種改善當前處理技術精確性 的方式同時提供了一種計算強度小於處理700的可替換技術。具體地，由於通常要求地震 數據集的額外偏移，因此可以認為處理700對於一些應用並不實用。例如，如果總是需要未 整形的原記錄數據的偏移版，則必須偏移原數據集、整形數據集以及將整形的數據集再次 偏移。在處理800中，以額外偏移的計算負載和成本的一小部分取得了基本相等的結果。處理800包括將偏移的輸入數據反偏移820，例如，使用相對快速且便宜的偏移技 術。例如，採用非常簡單速度模型(例如恆定速度Stolt偏移)或橫向不變模型的偏移技 術通常產生快速且便宜的偏移技術。Stolt，R. H.，1978年發表的「Migration By Fourier Transform =Geophysics, 」43，23-48進一步描述示例性的Stolt偏移。具體地，反偏移是偏 移的逆。因此，反偏移處理接收地震數據集的偏移版作為輸入，並輸出原數據集的近似。另 外，對於幾類偏移算法(例如，包括早先提到的Stolt偏移)反偏移處理被很好地理解。偏移和反偏移算法的成本主要取決於使用的速度模型，例如，通過簡單模型導致 相對快速的計算時間並降低成本。速度模型是所研究的地下部分的模型，其中代表地震波 傳播速度的值在跨該區域的不同位置分配。因此，簡單模型，例如，恆定速度模型或橫向不 變模型，以跨地下區域的相對各向同性的(isotropic)速度值應用速度模型。在步驟830 中，頻譜整形濾波應用於反偏移的數據。在步驟840中，頻譜整形且反偏移的數據被重偏 移，該重偏移使用的偏移算法和速度模型與反偏移步驟820中採用的偏移算法和速度模型 相同。所以，如果在步驟820中使用Stolt偏移算法和恆定速度模型，則在整形後使用Stolt 偏移算法和恆定速度模型將數據重偏移。反偏移/整形/重偏移處理800生成非常近似於處理700中實現的估計的結果， 例如，地下阻抗的估計。即使用於反偏移處理和重偏移處理的偏移速度與跨實際區域的真 實地球速度(earth velocity)顯著不同，本發明人確定處理800證實了有利的精確性外加 計算效率。因此，反偏移/整形/重偏移處理800的技術相對於在偏移後應用頻譜整形運 算的現有實踐有了提高，例如，甚至在以速度模型執行時，其中該速度模型以前被看作是相 對不精確的和/或簡單速度模型，例如，恆定速度模型。圖9A是圖解視圖，其示出沿圖5A的偏移脈衝響應的相對校正振幅變化以及沿圖 5B的偏移脈衝響應的相對校正振幅變化(頻譜整形後偏移)。圖9B是圖解視圖，其示出與 圖5A的偏移脈衝響應有關的偏移速度範圍內的振幅變化。參考圖9A，以正確速度(例如， 已知速度)應用的偏移的圖解視圖900被示出具有沿圖5A的偏移脈衝響應910的正確的 相對振幅以及沿圖5B的響應、對應於偏移後應用頻譜整形920的相對振幅。參考圖9B，圖 解視圖950示出在某速度範圍內反偏移/整形/重偏移，例如處理800，其證明沿偏移脈衝響應的與相對幅度變化對應的多條曲線。處理800的輸入數據是圖5A的偏移脈衝響應。 圖9B中示出的每條曲線都與不同的速度相對應，例如，在正確的(實際的)速度970的大 約75%到150%的範圍內變化的一組曲線960。與正確速度相對應的結果910、970分別在 圖9A和9B中以箭頭示出。圖9B中，由曲線組960描述的變化與圖9A中示出的在偏移後 整形所實現的等效結果相比魯棒性更好。因此，即使在反偏移和重偏移步驟以與實際值顯著不同的速度執行時，偏移算子 的振幅變化與在偏移後應用頻譜整形時實現的振幅變化相比更加近似於正確結果。該結果 對於偏移速度值的相對不敏感性(insensitivity)是觀察結果之一，其支持上文所述的反 偏移/整形/重偏移處理800。由於反偏移/整形/重偏移處理800甚至可應用非常簡單 的偏移算法，例如，僅用恆定速度模型或橫向不變模型，因此通過處理800實現了魯棒性計 算處理。由於此類算法的計算效率，反偏移/整形/重偏移處理800可以相比處理700 (在 偏移前頻譜整形)快幾個數量級且便宜幾個數量級。圖10是比較流程圖，其示出由處理1000通過在偏移前或偏移後應用頻譜整形反 演生成的頻率-波數(F-K)頻譜。如果採用恆定速度的地下部分，則反偏移/整形/重偏 移處理800可以通過在偏移後應用的單獨算子等效執行。參考圖2，與頻譜整形類似的是變 換原數據的頻譜的算子。頻譜整形概念被延伸為不僅修改頻率(時間的)，而且修改數據的 波數(空間的)頻譜，例如，如處理1000所示(圖10)。地震數據的二維頻譜或三維頻譜 被整形，而不整形地震數據的一維頻譜，例如，通過沿時間維的地震道的傅立葉變換生成的 一維頻譜。對於2-D地震數據，頻譜通過沿時間和水平距離(例如沿χ軸)的地震道的二 維傅立葉變換生成。對於3-D地震數據，頻譜通過沿時間和兩個水平維度(例如沿χ軸和 y軸)的地震道的三維傅立葉變換生成。參考圖10，圖5A-5C的偏移脈衝響應501-503，例如，與對應的二維頻譜1010、 1040、1050 —起示出的未整形的501、偏移後整形的502和偏移前整形的503。頻譜的縱軸 是頻率(F)，橫軸是波數(K)。波數是空間變化的量度，類似於頻率是時間變化的量度。頻 譜整形後，低頻能量在很大程度上得到提高。然而，通過偏移前頻譜整形1030生成的前偏 移整形頻譜1050和通過偏移後頻譜整形1020生成的後偏移整形頻譜1040之間存在顯著 差異。偏移後整形1020增強了針對所有波數值的低頻能量，並且大波數的值的大幅度提高 對應脈衝響應的陡傾側翼的增亮。相反，在偏移前整形1030，只有小波數、二維頻譜的低頻 部分被提高。圖IlA是通過在偏移後應用整形生成偏移脈衝響應的頻率-波數(F-K)頻譜的處 理的視圖。圖IlB是通過在偏移前應用整形生成偏移脈衝響應的頻率-波數(F-K)頻譜的 處理的視圖。參考圖11A-11B，偏移後頻譜整形1100的效果和偏移前頻譜整形1150的效果 在二維傅立葉(F-K)域中表示。在這兩種情況下，都是通過將原響應1110、1160的頻譜與 整形算子1120、1170的頻譜相乘來整形偏移脈衝響應。然而，後偏移頻譜整形和前偏移頻譜整形情況的算子有很大不同。參考圖11A，後 偏移頻譜整形基本上是一維的，例如，整形算子僅取決於頻率，並且對於所有波數都是相同 的。參考圖11B，前偏移頻譜整形是二維的，例如，整形算子的值可以隨頻率或波數中任一 個的變化而變化。對於恆定速度，使用I-D整形算子(僅頻率)的前偏移整形等效於使用 2-D算子(頻率-波數)的後偏移整形，如圖11A-11B所示。
偏移脈衝響應1110、1160的整形可以在二維(F-K)傅立葉域中實施，通過將原響 應的頻譜與整形算子的頻譜相乘來實現整形響應1130、1180。兩種情況的算子的F-K頻譜 1120、1170之間的不同也是明顯的。後偏移頻譜整形1120具有對於所有波數都相同的F-K 頻譜響應。事實上，波數軸被忽略，並且算子僅以頻率軸為基礎設計，例如，實際上的一維算 子。前偏移整形1170，實際上相當於二維算子，其值不但取決於頻率，而且取決于波數。一 維頻譜整形提高低頻1130的小波數和大波數，而二維頻譜整形僅提高頻譜1180的小波數、 低頻部分。對於所述速度恆定的情形，頻譜整形可以用兩種方式正確地應用(i)應用一維 (僅頻率)頻譜整形，然後偏移；(ii)偏移，然後應用二維(頻率_波數)頻譜整形。對於 速度恆定的情形，頻率-波數頻譜獨立於算子位置(例如，峰值時間)，因此恆定速度方法是 可行的。然而，在速度可變時，這些假設不再為真。一維偏移前頻譜整形和二維偏移後頻譜 整形的等效性(在恆定速度的情況下)可以容易地解釋。眾所周知，對於恆定速度偏移，偏 移數據的F-K頻譜Pm與未偏移數據的F-K頻譜Pu通過以下關係關聯Pm [FtK)= P^-JF2 + Κ2(ν 2πΥ ,Λ)(11)其中F是頻率，K是波數，ν是偏移速度。該關係意味著F-K頻譜中的能量在偏移 後移至低頻，但保持在相同的波數。方程式(11)示出F-K頻譜如何通過偏移變換。一維 (僅頻率)整形濾波Su的F-K頻譜(例如圖IlA中所示的後偏移的情況)並不取決於K， 且符合方程式(5)，在偏移後濾波變換至符合方程式(12)的真正的二維F-K濾波SM:
(12)圖12是根據一維(僅頻率)整形算子1215來構建二維(頻率_波數)整形算子 1225的處理1200的流程圖。參考圖12，二維(頻率-波數)整形算子1225的構建1220 基於在步驟1210中設計的一維(僅頻率)整形算子1215。對於恆定速度，或者在偏移前應 用一維算子，然後偏移，或者在偏移後應用二維算子以實現相同結果。在任一情況下，結果 都不受陡傾放大問題影響。參考圖13，構建二維整形算子1380的可替換處理1300需要地震頻譜1310的估 計。採用恆定速度，可以在偏移後應用算子1380，從而以具有作為傾斜的函數的正確振幅 變化產生頻譜整形的數據，例如，沒有受陡傾放大問題影響。第一，使用原估計的地震數據， 構建偏移脈衝響應1330。在將頻譜整形1320應用於頻譜1310後，偏移脈衝響應也被構建 1340，例如，使用傳統的一維(僅頻率)頻譜整形算子。使用二維傅立葉變換，計算這兩個 脈衝響應中的每個的二維(頻率(F)-波數(K))頻譜1350、1360。獲得這些二維頻譜的比 率1370，例如，比率1370定義了二維整形算子的頻率響應。為了將偏移的地震數據頻譜整 形，二維傅立葉變換被計算，並且該變換與上文中推導出的二維整形算子的頻率響應相乘。 通過逆變換(inverse transform back)生成頻譜整形的偏移的數據，其不受陡傾放大問題 的影響。圖14是估計地下部分的物理性質的處理1400的流程圖，該處理1400包括應用多 維頻譜整形濾波1430用於執行地震反演。參考圖14，其示出基於多維頻譜整形的示例性的 地震反演處理1400。偏移的數據集在步驟1410中創建。建立地震頻譜1415，並且計算多維的、頻譜整形算子的頻譜1425。對偏移數據執行多維傅立葉變換，(如2-D或3-D傅立葉 變換)1420。在步驟1430中，多維頻譜整形算子1425與步驟1420的結果相乘1430。多維 (2-D或3-D)傅立葉逆變換在步驟1440中執行，並且相位旋轉(例如-90° )連同任何附 加處理被應用1450，從而估計一種或更多地下區域的物理性質或地震性質，例如阻抗。處理1400可以應用於二維數據(水平距離和時間)和/或可以容易地對3-D數 據進行歸納。三維情況的主要不同是，例如，計算的是三維(頻率(F)-X波數(Kx)-Y波數 (Ky))頻譜而不是二維(F-K)頻譜。如果採用恆定速度的地下部分，則多維頻譜整形方法與 上文所述的反偏移/整形/重偏移處理800相比計算上更加有效。圖15A是測試地震數據的截圖1500。圖15B是在應用示例性的反偏移/整形/重 偏移處理後的測試地震數據的截圖1510。圖15C是應用偏移後頻譜整形濾波後的試驗地 震數據的截圖1520。參考圖15A-15C，在1510和1520中應用了相同的整形濾波。然而，圖 15B中示出的結果1510表明原測試數據1500的信噪比顯著改善。進一步地，結果1510明 顯優於圖15C中實現的結果1520。數據的信噪比的改善是顯然的，例如，圖15C中通過簡單 的偏移後頻譜整形實現的結果1520劣於圖15B示出的結果1510。具體地，圖15C中的噪聲 具有垂直的外觀，例如，術語「幕效應」有時在實踐中用來描述該類噪聲，因為噪聲主要包括 通過偏移後頻譜整形增強的陡傾部分。圖16A是偏移的共深度點(common depth point, CDP)道集1605與對應的速度 相似面板(velocity semblance panel) 1608 的截圖 1600。圖 16B 是偏移的 CDP 道集 1615 與對應的速度相似面板1618的截圖1610，其在偏移後應用頻譜整形反演。圖16C是偏移 的⑶P道集1625與對應的速度相似面板1628的截圖1620，其在偏移前應用頻譜整形反演。 參考圖16A-16B，地震事件1625和相似波峰1628的清晰度(clarity)明顯較為優於頻譜整 形先於偏移應用的時候，如圖16C中1620，1628。參考圖16A，其示出偏移的共深度點(⑶P) 道集1605和關聯的速度相似面板1608。CDP道集是與源自相同地下點但處於不同入射角 的反射相對應的地震道的集合。速度相似性度量在不同的時間地震事件的相干性。在相似 面板內的相似波峰(亮的振幅)的水平位置提供用於展平(flattening)和疊加產生地震 事件的CDP道集內的地震事件的地震速度的度量(例如求和)。總之，相似性定義得越亮且 越好，確定速度變得更簡單。參考圖16B-16C，其分別示出在偏移後應用頻譜整形對道集與 相關相似面板的效果以及與在偏移前應用頻譜整形相等效的結果。在頻譜整形先於偏移應 用時，地震事件和相似波峰的清晰度是較優的，例如圖16C(1625、1628)。上面說明了許多實施例。然而，應該理解，可以在不背離本發明的精神和範疇的情 況下做出多種變化。例如，儘管前述實施描述了頻譜整形反演濾波的應用，但可替換的反 演算法也可以在偏移後應用，例如，如果在偏移後應用另一反演算法，則會出現通過頻譜整 形反演觀察到的同樣放大的陡傾能量。儘管本文描述的方法在地震反演的範圍內介紹，但 這並不是該技術僅有的可能應用。將該方法應用於CDP道集，如同最後例子一樣，通常顯著 改善道集的信噪比。然後改善的道集可以用於更精確的速度估計和振幅對炮檢距(AVO)分 析。儘管上述處理與在與地震反演中遇到的頻譜整形濾波結合介紹，但是可以容易地擴展 相同的概念，從而改善任何應用於偏移的地震數據的濾波處理的振幅-保持特徵，例如平 坦事件對傾斜事件的比率，濾波處理所應用的偏移地震數據例如帶通濾波、頻譜分解。可以將一種或更多的附加處理技術應用於數據，例如，在上述一種技術中執行頻譜整形和/或偏移之前和/或之後。例如，可以包含到上述處理的一種處理或更多處 理中的一種或更多附加的、示例性的處理技術包括去符號處理、反虛反射處理、隨機噪 聲衰減、多次波衰減、去卷積處理、疊加與偏移速度的估計或在Lazaratos的「Spectral ShapingInversion for Elastic and Rock Property Estimation，，，2006 中進一步描述白勺 其它處理技術。一種或更多的附加處理技術可以在上文所述的處理步驟之前、之後或中間 執行，例如，在地震數據的獲得之間，並且在將數據轉換為零相位前。數據通常在應用任何 偏移和/或反演技術(例如頻譜整形反演)前轉換為零相位。如果需要，可以使用整形的 地震數據以及在應用相位旋轉之前生成的一個或更多的疊加來細化(refined)偏移的數 據的疊加速度，例如，可以生成角度疊加，並且可以應用-90°相位旋轉和適當的線性組合 於生成的角度疊加，從而生成限帶P阻抗和限帶S阻抗、NvZNs和/或其它地震性質或物理 性質的估計。數據可以在任何數據的頻譜整形之前或之後疊加，例如，疊加可以在偏移後且反 演後、偏移後且反演前和/或全部數據處理程序中的其它點執行。例如，圖17是示例性處 理1700的流程圖，該處理1700基於在偏移前應用頻譜整形反演生成具有一種或更多性質 的地球物理模型。圖18是示例性處理1800的流程圖，該處理1800基於反偏移/整形/重 偏移技術生成具有一種或更多性質的地球物理模型。圖19是示例性處理1900的流程圖， 該處理1900基於在疊加後應用3-D或2-D頻譜整形濾波生成具有一種或更多性質的地球 物理模型。圖20是示例性處理2000的流程圖，該處理2000基於在疊加前應用3-D或2-D 頻譜整形濾波生成具有一種或更多性質的地球物理模型。參考圖17，處理1700生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、/\，和/或其它彈性性質或 其它巖石性質中的一個或更多的估計。總之，通過在偏移之前應用頻譜整形，處理1700以 聲波反演和彈性反演為基礎。獲得地震數據1710，並且對地震數據執行任何其它要求的處 理技術1720。例如，其它處理技術可包括以下處理中的一種或更多，例如去符號處理、反虛 反射處理、隨機噪聲衰減、多次波衰減、去卷積處理和/或疊加與偏移速度的估計。接下來 數據轉換為零相位1730，並且生成地震頻譜的估計1740。頻譜整形濾波應用於數據1750， 並且偏移整形的數據1760。在步驟1770中，如果需要，則使用整形的地震數據細化疊加速 度。根據要求的地球物理模型疊加數據1780、1785。例如，如果需要估計限帶P阻抗、限帶 S阻抗、/\，和/或其它彈性性質或其它巖石性質，則在步驟1785中生成角度疊加，並且 應用-90°相位旋轉和適當的線性組合生成要求的估計。如果限帶P阻抗是要求的估計，則 疊加數據1780，並且應用-90°相位旋轉生成限帶P阻抗的估計。基於地震道之間一些共 同標準，疊加1780、1785產生疊加的數據段。例如，根據具有相同或相似角度、共同的源接 收器中點、共同的地下成像位置和/或其它共同標準的地震道，地震數據可以疊加，例如組
I=I O參考圖18，處理1800也生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、Vp/Vs和/或其它彈性性質 或其它巖石性質中的一種或更多的估計。然而，通過應用反偏移/整形/重偏移，處理1800 以聲波反演和彈性反演為基礎。在處理1800中，應用反偏移/整形/重偏移在任何疊加之 前發生，例如，疊加1890或生成角度疊加1895。具體地，獲得地震數據1810，並且對地震數 據執行任何其它要求的處理技術1820。接下來數據轉換為零相位1830，然後偏移1840。然 後偏移的數據以簡單速度模型被反偏移1850，生成地震頻譜的估計1860，並且頻譜整形濾
18波應用於數據1870。然後通過與反偏移步驟1850中使用的簡單速度模型相同的簡單速度 模型，整形的數據被重偏移1880。如果需要，則使用整形的地震數據1885細化疊加速度。 依賴要求的地球物理模型，疊加數據1890、1895，並且在1896、1898中應用-90°相位旋轉 以及在1898中應用適當的線性組合以生成要求的估計。參考圖19和20，處理1900和2000都基於聲波和彈性反演通過應用多維頻譜整 形濾波，例如2通2-D (F-K)或3-D (F-Kx-Ky)頻譜整形濾波，生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、 Vp/Vs和/或其它彈性性質或其它巖石性質中的一種或更多種的估計。在處理1900中，頻 譜整形濾波在任何疊加步驟之後應用，例如疊加1945或生成角度疊加1950。在處理2000 中，頻譜整形濾波在任何疊加步驟2085、2090之前應用。在處理1900中，獲得數據1910，可選處理1920和轉換為零相位1930。偏移數據 1940，並且然後偏移的數據被疊加1945、1950。如果生成角度疊加1950，則針對每個角度疊 加估計地震頻譜I960。推導多維頻譜整形濾波的頻域響應1970，例如，3-D (F-Kx-Ky)或2 通2-D(F-K)頻譜整形濾波，在應用多維濾波1980時，該頻譜整形濾波將未整形的偏移脈衝 響應轉換為頻譜整形的偏移脈衝響應。例如，偏移脈衝響應使用適當的恆定速度來構建，例 如平均的恆定速度。應用-90°相位旋轉和適當的線性組合1990以生成限帶P阻抗、限帶 S阻抗、Vp/Vs和/或其它彈性性質或其它巖石性質中的一種或更多的估計。如果生成限帶 P阻抗的估計1985，則疊加的數據1945用來估計地震頻譜1955，推導多維頻譜整形濾波的 頻域響應1965，應用濾波1975，並且應用-90°相位旋轉以生成該估計。在處理2000中，獲得地震數據2010，可選處理2020，轉換為零相位2030以及偏移 2040。與處理1900相比，針對每個共炮檢距(common-offset)或共角(common-angle)數 據集估計地震頻譜2050。針對每個炮檢距或角度數據集推導多維頻譜整形濾波的頻域響 應，例如3-D (F-Kx-Ky)或2通2_D(F_K)頻譜整形濾波2060。針對每個共炮檢距或共角數 據集應用頻譜整形濾波2070，從而為每個炮檢距或角度，將未整形的偏移脈衝響應轉換為 頻譜整形的偏移脈衝。使用適當的恆定速度，例如平均速度來構建偏移脈衝響應。細化疊 加速度2080，如果需要，則使用整形的地震數據。然後疊加數據2085、2090，並且應用-90° 相位旋轉(和適當的線性組合，如果需要)以生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、/\和/或其 它彈性性質或其它巖石性質中的一種或更多的估計2095、2096。上述處理和/或技術中的一種或更多，例如整形濾波的應用，可以在數字電子電 路中實施，或在計算機硬體、固件、軟體或其任何組合中實施。上述任何功能都可以作為計 算機程序產品實施，例如，在信息載體中有形實施的電腦程式，例如，在機器可讀的存儲 裝置中實施或在傳播的信號中實施，以便由數據處理裝置，如可編程處理器、計算機或多臺 計算機執行或控制其操作。電腦程式可以用任何形式的程序語言編寫，包括編譯型語言 和解釋型語言，並且可以用任何形式部署，包括作為獨立程序或作為模塊、組件、子例程，或 適合在計算機環境中使用的其它單元。電腦程式可以部署為在一臺計算機上運行或在位 於一個地點或分布在多個地點並通過通信網絡互連的多臺計算機上運行。本發明的一個或更多的處理步驟可以通過一個或更多的執行電腦程式的可編 程處理器來執行，從而通過運算輸入數據並生成輸出來執行本發明的功能。一個或更多的 步驟也可以通過專用的邏輯電路來執行，例如FPGA (現場可編程門陣列)或ASIC (專用集 成電路)。另外，數據採集和顯示可以通過專用的數據收集和/或處理系統實施，例如，含有數據獲取硬體，例如水聽器或地震檢波器、處理器以及各種用戶和數據輸入和輸出接口， 例如圖形顯示一個或更多生成估計的顯示組件，這些估計通過任何上述處理步驟或處理獲得。適合執行電腦程式的處理器包括，例如，通用和專用微處理器以及任意種類的 數字計算機的任意一種或更多處理器。通常，處理器從只讀存儲器或隨機存取存儲器接收 指令和數據或者從這兩種存儲器接收指令和數據。計算機的基本元件是運行指令的處理器 與存儲指令和數據的一個或更多存儲裝置。通常，計算機也包括一個或更多存儲數據的大 容量存儲器，例如磁碟、磁性光碟或光碟，或可操作地與大容量存儲器耦合以從大容量存儲 器接收數據，或向大容量存儲器傳送數據，或兩種情況兼有。適合包含計算機指令和數據的 信息載體包括所有形式的非易失性存儲器，包括例如半導體存儲裝置，例如，EPR0M(可擦寫 可編程只讀存儲器)、EEPR0M(電可擦寫可編程只讀存儲器)以及快閃記憶體裝置；磁碟，例如，內 置硬碟或可移動磁碟；磁性光碟；以及⑶_R0M(只讀光碟存儲器)和DVD-ROM(數字式多功 能只讀光碟存儲器)光碟。處理器和存儲器可以由專用邏輯電路補充或包含在專用邏輯電 路中。所有這些修改和變化都趨於包含在權利要求所定義的本發明的範疇內。本領域專 業技術人員也容易認識到，在優選實施例中，至少一些方法步驟在計算機上執行，例如，方 法可以是計算機實施的。在這樣的情況下，產生的模型參數可以下載或保存到計算機存儲 器中。
權利要求
一種基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法，所述方法包含接收地震數據；將反演應用於所述地震數據；以及偏移所反演的地震數據。
2.根據權利要求1所述的方法，其中接收地震數據包含獲得地震反射數據。
3.根據權利要求1所述的方法，其中將反演應用於所述地震數據包含將頻譜整形反演 應用於所述地震數據。
4.根據權利要求3所述的方法，其中頻譜整形反演包含應用有色反演或Lazaratos頻 譜整形反演。
5.根據權利要求3所述的方法，其中將頻譜整形反演應用於所述地震數據包含將頻譜 整形濾波應用於原地震數據頻譜，從而生成整形的地震數據頻譜。
6.根據權利要求2所述的方法，其中接收地震數據包含獲得可用的測井數據的平均頻 譜和所述地震數據的平均頻譜。
7.根據權利要求2所述的方法，進一步包含將頻譜整形反演應用於所述地震數據，將 頻譜整形反演應用於所述地震數據包括將頻譜整形濾波應用於原地震數據頻譜，從而生成 整形的地震數據頻譜。
8.根據權利要求2所述的方法，進一步包含基於聲波和密度測井數據獲得地震子波的 估計。
9.根據權利要求2所述的方法，其中在偏移所述整形的地震數據之前未獲得基於聲波 和密度測井數據的地震子波的估計。
10.根據權利要求1所述的方法，進一步包含將所偏移的數據疊加；以及將相位旋轉應用於疊加的數據，從而生成地下阻抗的估計。
11.根據權利要求10所述的方法，其中將所述相位旋轉應用於疊加的數據是所述偏移 的地震數據的-90度相位旋轉，並且所述估計是限帶P阻抗的估計。
12.根據權利要求2所述的方法，進一步包含在應用反演前，將所述地震反射數據轉換為零相位；以及將-90°相位旋轉應用於所述偏移的地震數據，從而生成阻抗的估計。
13.根據權利要求1所述的方法，進一步包含生成限帶P阻抗、限帶S阻抗、Vp/Vs、體積 模量、剪切模量、縱波速度、橫波速度、vp/vs比、拉梅常數以及各向異性參數中的一個或更多 的估計。
14.一種基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法，所述方法包含接收偏移的地震數據；利用偏移算法和針對所述地下區域的簡單速度模型將所述地震數據反偏移；將頻譜整形反演應用於所反偏移的地震數據；以及使用所述偏移算法和針對所述地下區域的所述簡單速度模型，將所整形的地震數據重 偏移。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包含將相位旋轉應用於重偏移的數據，從而 生成地下阻抗的估計，並且其中針對所述地下區域的簡單速度模型包含針對地下區域的恆定速度模型。
16.一種基於地震數據生成地下區域的地球物理模型的方法，所述方法包含 接收地震反射數據；偏移所述地震數據；將頻譜整形反演濾波應用於偏移的地震反射數據； 疊加所述地震數據；以及將相位旋轉應用於所疊加的地震數據頻譜，從而生成所述地下區域的阻抗的估計。
17.根據權利要求16所述的方法，其中將所述頻譜整形反演濾波應用於所述偏移的地 震反射數據包含計算多維頻譜整形算子；執行所述偏移的數據的多維傅立葉變換；將計算的多維頻譜整形算子與所述偏移的數據的傅立葉變換相乘；以及 執行多維傅立葉逆變換。
18.一種從地下區域生產碳氫化合物的方法，包含基於地震數據生成地下區域的地球物理模型，其中生成所述地球物理模型包含 接收地震反射數據； 偏移所述地震數據；將頻譜整形反演濾波應用於所述地震反射數據； 將所述地震數據疊加；以及將相位旋轉應用於所疊加的地震數據頻譜，從而生成所述地下區域的地球物理性質的 估計，其中通過以下操作中的至少一種來應用所述頻譜整形反演，從而減少傾斜能量的放 大(i)在將數據偏移前應用所述頻譜整形反演濾波；(ii)在應用所述頻譜整形反演濾波 和將反演的數據重偏移前，將偏移的數據反偏移；以及(iii)計算多維頻譜整形算子，和將 所述多維頻譜整形算子與偏移的數據的傅立葉變換相乘；向在生成的地球物理模型中解釋為可能含碳氫化合物的地巖層鑽井；以及 從所述井中生產碳氫化合物。
全文摘要
本發明涉及一種地下區域的地球物理模型，該地球物理模型基於地震數據，例如地震反射數據生成。偏移和地震反演應用於地震數據，從而生成地下區域的物理性質或地震性質中的一種或更多的估計。在通過各種技術將地震數據偏移之前或之後應用地震反演，例如頻譜整形反演，其中每種技術都在最優化計算效率和/或精確性時避免傾斜能量的放大。
文檔編號G01V1/28GK101910871SQ200880124287
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年1月8日
發明者R·L·大衛, S·拉扎拉妥思 申請人:埃克森美孚上遊研究公司