CN102269823A - 一种基于模型分割的波场重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油物探确定地下油气藏分布的波场重建方法，利用野外采集的叠加和偏移剖面和离散地层属性模型重建每一时刻各个离散网格点上的波场值，并将每一时刻检波点所在位置波场作为该时刻的波场重建记录，处理得到波场重建的叠加和偏移剖面，将波场重建得到的叠加和偏移剖面与野外采集数据处理得到的叠加和偏移剖面对比确定地下油气藏的分布。本发明适用于复杂构造波场重建，精度高、效率高和频散低，是确定地下油气藏的重要依据。

Description

一种基于模型分割的波场重建方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术，具体的说是在机群环境下高精度、高效率和低频散的实现地震波场重建，是一种帮助确定地下油气藏构造的基于模型分割的波场重建方法。

背景技术

反射波地震勘探通过在地面激发地震波，利用检波器接受来自于地下地质体的反射信息--地震记录。对已得到的反射信息通过地震资料数据处理和解释得到深度域的地层速度、厚度和形态。依据得到的地层属性参数仿真野外地震数据采集过程重建地下地质体的反射信息(波场重建)，然后将波场重建得到的反射信息与野外实际采集的反射信息进行对比分析，确定前期处理解释得到的地层速度、厚度和形态的可靠性。

波场重建对于地质解释、油气藏构造描述以及油气藏开发有很重要的作用。波场重建的过程能真实再现地震波在地下传播的全过程，对地质构造的确认有非常重要的作用。在利用各种地层的速度、厚度和形态重建地震记录时，如何准确、快捷的描述地震波在地下的传播是波场重建的一项关键技术。

目前，普遍利用声波方程来重建三维地震波场，用来分析复杂构造条件下地质解释的正确性。

三维声波方程为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂x}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂y}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}=\frac{1}{v^2(x,y,z)}\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂t}^2}---\left(1\right)$

其中：u(x，z，y，t)为地表记录的压力波场；v(x，z，y)为纵横向可变的介质速度。实际中求解上述二阶偏微分方程的计算量巨大，需要的资源量也很大，在一般的机群环境下只能做一些简单的试验，达不到实用水平。在提高计算精度方面，人们对如何提高空间偏导数的计算精度方面做了大量工作，但时间偏导数的计算精度仍然较低，如何高精度、高效率和低频散的求解方程三维声波，使之达到实用水平是需要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效、高精度确定地下油气藏分布的波场重建方法。

本发明提供以下技术方案：

1)利用野外观测系统采集地震数据；

2)对野外采集的数据处理得到叠加和偏移剖面；

3)利用步骤2)得到的处理结果建立反映油气藏分布的离散地层属性模型；

4)利用步骤1)的野外观测系统和步骤3)的离散地层属性模型，利用以下公式重建每一时刻各个离散网格点上的波场值，并将每一时刻检波点所在位置波场作为该时刻的波场重建记录；

$u(t+\mathrm{\Δt})=2u\left(t\right)-u(t-\mathrm{\Δt})+{\left(\mathrm{v\Δt}\right)}^2(\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂x}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂y}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2})---\left(2\right)$

$+\frac{1}{12}{\left(\mathrm{v\Δt}\right)}^4(\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂x}^4}+\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂z}^4}+\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂}^{4}y}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂y}^2{\∂z}^2}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂y}^2{\∂x}^2}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂x}^2{\∂z}^2})+O\left(\mathrm{\Δ}{t}^6\right)$

公式(2)中O(Δt⁶)是所述的公式在时间方向的差分截断误差。

公式(2)中的所有空间导数都转化为二阶导数，并通过下式的10阶差分来近似：

$\frac{{\∂}^{2}f}{{\∂s}^2}=\frac{1}{{\mathrm{\Δs}}^2}\underset{m=1}{\overset{5}{\∑}}{C}_m^{\left(5\right)}[f(s+\mathrm{m\Δx})-2f\left(s\right)+(s-\mathrm{m\Δs})]---\left(3\right)$

公式(3)中差分系数

通过下式求得：

$\left[\begin{array}{ccccc}{1}^2& 2^2& 3^2& 4^2& 5^2\\ 1^4& 2^4& 3^4& 4^4& 5^4\\ 1^6& 2^6& 3^6& 4^6& 5^6\\ 1^8& 2^8& 3^8& 4^8& 5^8\\ 1^{10}& 2^{10}& 3^{10}& 4^{10}& 5^{10}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_1^{\left(5\right)}\\ C_2^{\left(5\right)}\\ C_3^{\left(5\right)}\\ C_4^{\left(5\right)}\\ C_5^{\left(5\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]$

5)将得到的记录按照步骤2)进行相同的处理，得到波场重建的叠加和偏移剖面；

6)将波场重建得到的叠加和偏移剖面与步骤2)野外采集数据处理得到的叠加和偏移剖面对比，确定地下油气藏的分布。

本发明还提供以下技术方案：

步骤1)得到波场重建参数包括炮间距、道间距、炮数、道数、采样间隔、道长。

步骤2)野外采集数据处理包括对采集到的单炮记录进行静校正、动校正、速度分析、叠加和偏移处理。

发明的效果

本发明是在三维复杂构造情况下，重建地震波场以确定地下油气藏构造的方法，具有适用于任何复杂构造波场重建以及确定地下油气藏构造的能力。具有精度高、效率高和频散低的特点。因此该方法可以成为工业化构造论证软件开发的主要方法。本发明在波场重建得到的记录中，包含了纵波传播时间和能量强弱信息，它是油气藏反射地震波的典型特征，是确定地下油气藏的重要依据。

本发明将二阶时间偏导采用四阶差分近似，提高了波场重建的精度。

附图说明

图1本发明盐丘模型385线的速度模型；

图2本发明盐丘模型385线位置的合成单炮记录；

图3本发明盐丘模型385线位置1秒、2秒、3秒时的波场图；

图4本发明盐丘模型385线位置自激自收记录；

图5本发明模型分块图；

图6本发明波场重建迭代过程图。

具体实施方式

本发明通过求解波场重建公式(2)，得到波场重建记录。波场重建的过程中为了适应计算机内存，需要将模型分成多块分别放入不同的计算机节点，相邻块之间要重叠十排网格。每计算一个时刻的波场，须在两相邻节点间交换重叠部分的波场。反复进行时间迭代，输出各时刻检波点位置的波场即得到重建的波场记录。

本发明的具体实施方式为：

1)利用野外观测系统采集地震数据；

2)对野外采集的数据处理(包括对采集到的单炮记录进行静校正、动校正、速度分析、叠加和偏移等一系列处理)得到与该地区地下地质结构相符的叠加和偏移剖面；

3)利用步骤2得到的处理结果建立反映油气藏分布的离散地层属性模型(图1)，并依据图5的分块原则将离散地层属性模型放入不同的计算机节点；

4)利用步骤1的野外观测系统(包括：炮间距、道间距、炮数、道数、采样间隔、道长)和步骤3的离散地层属性模型，利用公式(2)，按图6所示的迭代过程，重建每一时刻各个离散网格点上的波场值(图3)，并将每一时刻检波点所在位置波场作为该时刻的波场重建记录(图2)；

5)将得到的记录按照步骤2)进行相同的处理，得到波场重建的叠加剖面(图4)；

6)将波场重建得到的叠加和偏移剖面与步骤2)野外采集数据处理得到的叠加和偏移剖面对比，确定地质结构和地层属性(图1)的合理性，进而确定油气分布、油气储量和开发方案。

Claims (3)

1.一种基于模型分割的波场重建方法，其特征在于采用以下步骤：

1)利用野外观测系统采集地震数据；

2)对野外采集的数据处理得到叠加和偏移剖面；

3)利用步骤2得到的处理结果建立反映油气藏分布的离散地层属性模型；

4)利用步骤1的野外观测系统和步骤3的离散地层属性模型，利用以下公式重建每一时刻各个离散网格点上的波场值，并将每一时刻检波点所在位置波场作为该时刻的波场重建记录；

$u(t+\mathrm{\Δt})=2u\left(t\right)-u(t-\mathrm{\Δt})+{\left(\mathrm{v\Δt}\right)}^2(\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂x}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂y}^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2})---\left(2\right)$

$+\frac{1}{12}{\left(\mathrm{v\Δt}\right)}^4(\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂x}^4}+\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂z}^4}+\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂}^{4}y}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂y}^2{\∂z}^2}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂y}^2{\∂x}^2}+2\frac{{\∂}^{4}u}{{\∂x}^2{\∂z}^2})+O\left({\mathrm{\Δt}}^6\right)$

公式(2)中O(Δt⁶)是所述的公式在时间方向的差分截断误差。

公式(2)中的所有空间导数都转化为二阶导数，并通过下式的10阶差分来近似：

$\frac{{\∂}^{2}f}{{\∂s}^2}=\frac{1}{{\mathrm{\Δs}}^2}\underset{m=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{C}_m^{\left(5\right)}[f(s+\mathrm{m\Δx})-2f\left(s\right)+f(s-\mathrm{m\Δs})]---\left(3\right)$

公式(3)中差分系数通过下式求得：

$\left[\begin{array}{ccccc}{1}^2& 2^2& 3^2& 4^2& 5^2\\ 1^4& 2^4& 3^4& 4^4& 5^4\\ 1^6& 2^6& 3^6& 4^6& 5^6\\ 1^8& 2^8& 3^8& 4^8& 5^8\\ 1^{10}& 2^{10}& 3^{10}& 4^{10}& 5^{10}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_1^{\left(5\right)}\\ C_2^{\left(5\right)}\\ C_3^{\left(5\right)}\\ C_4^{\left(5\right)}\\ C_5^{\left(5\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]$

5)将得到的记录按照步骤2)进行相同的处理，得到波场重建的叠加和偏移剖面；

6)将波场重建得到的叠加和偏移剖面与步骤2)野外采集数据处理得到的叠加和偏移剖面对比，确定地下油气藏的分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型分割的波场重建方法，其特征在于：步骤(1)得到波场重建参数，包括：炮间距、道间距、炮数、道数、采样间隔、道长。

3.根据权利要求1所述的一种基于模型分割的波场重建方法，其特征在于：步骤(2)的数据处理包括对采集到的单炮记录进行静校正、动校正、速度分析、叠加和偏移处理。

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