使用被动地震信号表征一个区域的下方地层的方法以及相应的系统技术方案

本发明专利技术提供一种表征一个区域的地表下面的方法，所述方法包括以下步骤：‑准备(E01)多个频谱，所述频谱示出在所述区域的地表附近的所述区域的至少一点处获得的被动地震信号的频谱密度，其中在该点处对被动地震信号进行记录，每一个频谱是从表示移动的信号准备的；‑对于出现在每一个频谱中的每一个频谱确定(E02)至少一个频谱属性，从而获得与各条记录并且与各个频率相关联的频谱属性的集合；‑把所述属性集合组织(E03)在矩阵中，其中每一行与一条记录相关联；以及‑对所述矩阵应用(E04)主成分分析方法以便确定主成分，从而推断出所述地表下面的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用被动地震信号表征一个区域的下方地层的方法以及相应的系统
本专利技术涉及表征一个区域的地表下面的一般领域，这特别是通过研究被动地震信号(passiveseismicsignal)，并且特别是通过研究低频被动地震信号。
技术介绍
低频被动地震信号是在0.1赫兹(Hz)到10Hz或者实际上是0.1Hz到4Hz或5Hz范围内的频率处自然出现的代表地层移动的信号。在这些频率范围内，地层的移动可以与产生在海平面上方的陆地内部传播的波的海洋中的波的移动相关联。高于1Hz的频率处的波还可以由人类活动(道路、工业)生成。应当理解的是，在本文中使用的术语“被动”意味着并未由用户或者由用户控制的工具生成地震信号。还应当观察到，前面所提到的频率范围不同于高频地震信号所涉及的频率范围，其中高频地震信号可以处在10Hz到150Hz的范围内，并且特别与观测诱发地震有关。文献“Phenomenologyoftremor-likesignalsobservedoverhydrocarbonreservoirs(在油气储层上观测到的类震动信号的现象学)”(S.Dangel等人，JournalofVolcanologyandGeothermalResearch)描述了在包含油气(因此包含多个流体或者相同流体的多个相)的地下储层上方将观测到处在信号频谱中的1.5Hz到4Hz范围内的频率峰值。其结果是，观测到这样的信号使得有可能确定在一个区域内的地表下面是否存在多个流体或者单一流体的多个相。在这样的情况下，通过研究低频被动地震信号，有可能跟踪被用于储存油气(例如天然气)或蒸汽或各种类型的气体(例如CO2、H2)的储层中的变化，或者实际上有可能在地热田中实施勘探油气或者包含水和蒸汽的蓄水层的操作。在现有技术中，以下文献是已知的：文献US2008/0021656描述了一种处理地震数据的方法，其中采集被动地震信号，获得这些信号的频谱，计算频谱的垂直分量与频谱的水平分量之间的比值，并且对所述比值进行积分。为了实施在该文献中描述的方法，必须选择将在其中实施处理的频率范围。该解决方案不够灵活，并且利用该方法获得的结果也不够准确。文献WO2010/080366公开了一种通过使用被动地震数据与某种其他类型(例如主动地震数据)的地球物理数据相组合来检测油气的方法。文献WO2009/027822提出一种确定油气储层的位置的方法，其中获得地震数据，从信号获得频谱，并且确定这些频谱的极大值以便获得地图。文献EP2030046也描述了一种其中对频谱的幅度之间的比值进行研究的方法。该文献还描述了对频谱进行平滑。文献EP1960812和文献EP2030046描述了这样的方法，其中获得地震数据，从地震数据获得频谱，并且对频谱进行平滑。文献WO2009/081210描述了这样一种方法，其中确定通过测量地表下方的移动而获得的频谱的一个频带内的能量。文献US2014/0254319描述了采集被动地震信号。该文献提出对于0到5Hz范围内的频率使用低通滤波器，因为正是在这些频率处基于被动地震信号观测到现象。在该文献中，信号被变换到频率-波数域。文献WO2014/108843描述了这样一种方法，其中采集微地震信号并且对其进行卷积，随后应用滤波器。在这些文献中描述的解决方案并不令人满意。这些解决方案没有使得以足够准确的方式确定在一个区域的地表下面是否存在不同的流体或相成为可能。具体来说，这些方法对于人为噪声非常敏感，并且可能难以在其中存在流体的区域与其他区域之间准确地作出区分。某些方法需要事先确定将要观测的频率范围。该解决方案并不令人满意，因为其没有考虑到出现在将要观测的频率范围之外的异常。本专利技术特别试图减轻这些缺点。
技术实现思路
本专利技术通过提出一种表征一个区域的地表下面的方法而满足了前述需求，所述方法包括以下步骤：-准备多个频谱，所述频谱示出在所述区域的地表附近的所述区域的至少一点处获得的被动地震信号的频谱密度，其中在该点处对被动地震信号进行记录，每一个频谱是从示出移动的信号准备的；-对于出现在每一个频谱中的每一个频谱确定至少一个频谱属性，从而获得与各条记录并且与各个频率相关联的频谱属性的集合；-把所述属性集合组织在矩阵中，其中每一行与一条记录相关联；以及-对所述矩阵应用主成分分析方法以便确定主成分，从而推断出所述地表下面的特性。可以观察到，移动可以被感测为移动速度信号或者实际上被感测为移动加速度信号。优选的是使用移动速度信号。还可以观察到，移动可以在三个方向上发生(一个垂直方向和两个水平方向)，并且可以准备仅与垂直移动相关联的频谱以及/或者仅与水平移动相关联的频谱。所得到的矩阵的规格是记录的数目乘以对应于每一个属性的频率的数目(每个属性的频率数目对于不同的属性可以是不同的)。专利技术人观察到，通过使用主成分分析方法，获得了更容易地表现出对应于不同记录的频谱之间的差异的主成分。具体来说，主成分空间是用于表示频谱之间的差异的最佳空间。其结果是，该空间是在其中推断出所述区域的地表下面的特性的良好空间。如果对多个点进行研究，并且通过使用主成分，有可能获得区域的图形表示，所述表示显示出下方流体的存在。如果只研究一个点，则通过在不同时刻采集的多个信号，只要流体的数量随着时间变化，就有可能观测到随着时间的变化。本领域技术人员通常用其缩写提及主成分分析：PCA。因此可以理解的是，所获得的频谱是样本，并且其给出有限数目的频率。这些频率可以被选择在较宽的频率范围内，例如从0.1Hz到4Hz或5Hz的频率范围。对于实施本专利技术不需要定义更窄的频率范围，但是在文献US2008/0021656所描述的方法中则有此必要。还可以观察到，所述属性可以是表征频谱的频率的任何参数，并且当所述区域的点处在包含流体的区块的垂直上方时发生变化。因此，通过使用多个属性，本专利技术与文献US2008/0021656中所描述的解决方案的不同之处在于，所使用的仅有的属性是垂直与水平移动之间的比值。专利技术人观察到，通过使用多个属性，可以有效地检测流体的存在。此外，在本专利技术中，可以通过地震仪获得被动地震信号，比如由加拿大供应商Nanometrics在“T-40”商标名下销售的装置。这样的装置可以被埋设在区域地表的附近，例如埋设在大约五十厘米的深度。或者其可以被放置在地表上，前提是地表良好地耦合到地层。在一种特定的实现方式中，所述移动是垂直移动和/或水平移动，并且对应于每一个频率的所述频谱属性属于从由以下各项构成的一组当中选择的类型：对应于垂直地震移动的频谱密度与对应于水平地震移动的频谱密度之间的比值，作为对应于水平地震移动的频率的函数的频谱密度的导数，以及作为对应于垂直地震移动的频率的函数的频谱密度的导数。专利技术人观察到，通过组合多个这些频谱属性，有可能获得对于流体存在的有效检测。在一种特定的实现方式中，通过围绕所选数目的频谱点应用线性回归来计算作为对应于水平地震移动的频率的函数的频谱密度的所述导数以及/或者作为对应于垂直地震移动的频率的函数的频谱密度的所述导数。所选择的点可以通过将频率轴划分成0.5Hz的跨距而获得。在一种特定的实现方式中，从信号准备每一个频谱包括：-把信号划分成全部具有相同的持续时间的多个相继的子信号；-为每一个子信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表征一个区域的地表下面的方法，所述方法包括以下步骤：‑准备(E01)多个频谱，所述频谱示出在所述区域的地表附近的所述区域的至少一点处获得的被动地震信号的频谱密度，其中在该点处对被动地震信号进行记录，每一个频谱是从表示移动的信号准备的；‑对于出现在每一个频谱中的每一个频谱确定(E02)至少一个频谱属性，从而获得与各条记录并且与各个频率相关联的频谱属性的集合；‑把所述属性集合组织(E03)在矩阵中，其中每一行与一条记录相关联；以及‑对所述矩阵应用(E04)主成分分析方法以便确定主成分，从而推断出所述地表下面的特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.23 FR 16558581.一种表征一个区域的地表下面的方法，所述方法包括以下步骤：-准备(E01)多个频谱，所述频谱示出在所述区域的地表附近的所述区域的至少一点处获得的被动地震信号的频谱密度，其中在该点处对被动地震信号进行记录，每一个频谱是从表示移动的信号准备的；-对于出现在每一个频谱中的每一个频谱确定(E02)至少一个频谱属性，从而获得与各条记录并且与各个频率相关联的频谱属性的集合；-把所述属性集合组织(E03)在矩阵中，其中每一行与一条记录相关联；以及-对所述矩阵应用(E04)主成分分析方法以便确定主成分，从而推断出所述地表下面的特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动是垂直移动和/或水平移动，并且对应于每一个频率的所述频谱属性属于从由以下各项构成的一组当中选择的类型：对应于垂直地震移动的频谱密度与对应于水平地震移动的频谱密度之间的比值，作为对应于水平地震移动的频率的函数的频谱密度的导数，以及作为对应于垂直地震移动的频率的函数的频谱密度的导数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过围绕所选数目的频谱点应用线性回归来计算作为对应于水平地震移动的频率的函数的频谱密度的所述导数以及/或者作为对应于垂直地震移动的频率的函数的频谱密度的所述导数。4.根据权利要求1到3当中的任一条所述的方法，其中，从信号准备每一个频谱包括：-把信号(SIG)划分成全部具有相同的持续时间的多个相继的子信号；-为每一个子信号准备一个频谱密度子频谱(PSD_1，PSD_2，PSD_3)；-对于各个子频谱的每一个频率，从对应于每一个子频谱中的该频率的频谱密度数值确定频谱密度的统计属性；以及-获得将从所有频率的所有统计属性准备的所述频谱(PSD_m)。5.根据权利要求4所述的方法，其中，每一个子信号在前一个子信号的至少一段非零持续时间上与前一个子信号重叠。6.根据权利要求1到5当中的任一条所述的方法，其中，所述记录是在区域的不同点处进行的，所述频谱属性集合当中的每一个属性也与一点相关联。7.根据权利要求1到6当中的任一条所述的方法，其中，所述记录是在预定的持续时间期间并且从预定的时间进行的。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述记录是在同时进行的各组记录中进行的，其中每一组对应于在其间进行该组的记录的一天，各条记录是在所述区域的不同点处并且/或者从不同的时刻进行的。9.根据权利要求1到8当中的任一条所述的方法，其中，与给定的属性(Attr_i)相关联的所述矩阵的各列全部是邻近的。10.根据权利要求8所述的方法，其中，每一组记录与矩阵的一个行...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·于盖，亚历山大·卡萨茨夫，达米恩·拉韦涅，帕特里克·艾格曼，
申请(专利权)人：斯多恩吉公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR