确定波场的分量制造技术

描述了涉及一种确定地球的各向异性地下地层中的波场的方法的实施例。所述方法包括基于空间变化的各向异性参数对去耦的准声学单波模式波动方程进行数值求解，以确定各向异性地下地层中的波场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及确定地球地下地层、尤其是各向异性地下地层的波场或波场分量。
技术介绍
可以通过“波动方程”描述波通过介质的传播。通常可以求解波动方程来确定波的作为时间和空间的函数的幅度或其它性质。可以通过执行地球物理勘测来对地球的地下进行勘探。例如，可以执行地震或电磁勘测，其中，从源向地下地层发射声波或电磁(EM)波，并使用探测器来检测响应。可以基于所检测到的响应来确定地球的性质。例如，所述响应可以包括具有与地下的界面相关联的特征的时间序列数据。在地震反射勘测中，地震数据中的高振幅事件可以与岩石性质发生突变的界面有关，并且可以将显著的量的能量反射回探测器。因此，数据中的高振幅可以指示地下地层界面。在地震数据的典型处理中，往往将地震波的发射与高振幅事件的检测之间的时间看作是地震波抵达处于源与接收器之间的中点处的界面并因反射而返回的行进时间。因此，通常将行进时间看作是深度的代表，因此将地震数据标绘为行进时间的函数可以指示振幅特征的深度关系，继而指示地下地层界面的深度关系。然而实际上，波穿过地下层的地震速度不是恒定的(通常随深度而增大)，因此为了获得对界面位置的更加实际的表达，将基于预先确定的速度分布图或速度模型来对数据进行深度转换，即将其标绘为深度的函数。在源与接收器之间的中点处对源-接收器对的数据进行标绘。因此，来自所有这样的对的数据可以呈现为该中点处的时间或深度记录，其中，振幅事件所呈现出的样子就像是从正入射源-接收器布置导出的一样。尽管这能够给出对各层为水平且平面的地球结构的适当表示，但是应当认识到地震波可能沿其传播路径受到折射，受到倾斜界面的反射，以及与入射和反射方向内的不同层发生相互作用。因此，行进时间数据和深度转化数据记录可能表明错误的几何结构。例如，可能在特定深度位置处的数据中出现高振幅事件，而实际上在该深度位置处根本没有反射体。这是在地震数据处理和对地震反射数据的解释中，尤其是在地质条件复杂的结构中已知的问题。可以通过偏移过程来尝试对数据进行校正。地震偏移用来将地震数据重新定位到其在数据集中的代表性的、几何结构正确的位置。已经开发出了用于对地震数据进行偏移的偏移算法。理解地震波通过地下地层的波传播以执行偏移是有用的。简言之，通过跟踪波从源到反射体再返回到地表所采取的路径，有可能识别出与该反射体相关联的能量所抵达的接收器以及该能量的抵达时间。为了达到该目的，需要地下地层的速度模型。该模型可以由模型建立程序包获得，并且可以基于井数据或者可以通过其它方式获得，例如，或许可以通过基于区域地质知识来进行估算。另一个复杂化的因素是地下地层的各向异性。例如，特定的岩石类型可能具有很强的传播方向性。不同的(例如，正交的)方向内的地震速度可能存在显著的差异，而且可能在各层之间存在差异。已经开发出了全波场偏移技术，以及时地并在3D空间中的跨越地下地层区域的密集位置上对波的发展进行建模。这样的技术可能涉及求解上文提及的种类的波动方程，从而关于与不同位置上的源信号发射有关的时间来获得不同位置上的波场。这些偏移算法以标准地震数据作为输入。可以将地震数据作为共炮点道集加以组织，或者在诸如平面波或延迟炮点域的其它域内对地震数据加以组织。可以在经变换的域(与最初采集的地震数据相比)内，例如在针对延迟炮点偏移的炮点位置的线性相位的组合域内提供地震数据，在所述域内通过对炮点位置进行tau-p变换来执行数据的组合。也可以对接收器位置执行所述tau-p变换，以执行平面波偏移。波动方程的波场解在每一目标位置/点处提供了一组复值，从而提供(例如)振幅、相位、波数等。这些值是用于偏移算法的关键输入分量。已经开发出了很多不同的波动方程技术，而且感兴趣的是开发出在各向异性的地下地层的情况下在地震偏移中使用的波动方程技术。现在更详细地描述一些已知的偏移技术。当今，准确的地震各向异性模型被认为是对复杂结构的深度挑战区域进行成像的关键点，因为这些模型描述地震波的方向性传播速度的差异，这对于浮盖层地质结构(例如具有断裂的层里沉积物)而言要实际得多。倾斜的横向各向同性(TTI)或倾斜的正交各向异性(TOA)通常是对这种复杂的各向异性结构进行成像所必需的(Zhang and Zhang,2008；Zhang and Zhang,2011；Fowler and King,2011)。假定准确的各向异性模型，偏移算法注定提供无伪影的地下图像。这可能需要应用最小二乘法偏移算法(Lambaré等,1992；Nemeth等,1999)，并且它在从事于对弹性模型进行成像时甚至可能变得更加复杂(Jin等,1992)。已知当前的基于积分的偏移算法(例如基尔霍夫偏移)是非常有效的，因为射线跟踪可以容易地适应于各向异性的程函方程(Han and Xu,2012)。这些算法被开发为可应用于单模式波，例如准P波，这允许使偏移算法线性化，以便降低计算成本。然而，对于基于波动方程的算法，对诸如准P波或准S波等单模式波进行有效率且准确的模拟是开发成功的偏移算法(例如，逆时偏移(RTM))所必不可少的(Baysal等,1983；McMechan,1983；Whitmore,1983)。历史上，存在不同的方式对单模式波进行数值模拟。这些方式中的第一种方式是求解全弹性波动方程，之后对波场进行拆分，以分离出准P波来进行进一步分析。波场分离对于各向同性情况可能是有效的(Sun等,2004)，但是对于异质各向异性情况则并不是容易的任务，其可能导致计算效率极为低下(Yan and Sava,2009；Cheng and Fomel,2013)。另一种在仍然保持横向各向同性(TI)的各向异性波传播的同时降低计算成本的方式是通过将沿对称轴的切变波速度设为零来对TI方程应用声学波近似(Alkhalifah,2000)。这得到标量四阶微分方程。然而，Alkhalifah(2000)并未提出用于由该四阶微分方程获得波场的任何可工作的数值技术。Zhou等(2006)将该四阶微分方程分解成2×2二阶微分方程的耦合方程组。这产生了比原始弹性方程更具计算效率的方案。然而，对具有可变TTI对称轴的TTI介质的应用(尤其是在TTI对称轴上存在突变的情况下)证实该方程组不是数值稳定的：出现了弱不稳定性，并且噪声随时间线性增长(Liu等,2009,Zhang等,2011)。这些不稳定性已经得到了很好的分析，并且也提出了解决方案(Bakker and Duveneck,2011；Zhang等,2011；Bube等,2012)。尽管能够解决不稳定性，但是将沿对称轴的切变波速度设为零不排除伪切变波的存在，伪切变波是该耦合方程组的固有解。人们已经尝试了各种方式来衰减伪切变波(Zhang等,2009；Guan等,2011)；或者简单地忽视这些切变波伪影的存在，就像TTI RTM的当前行业实践所做的那样，并且预期通过成像条件和偏移叠加来抵消这些伪影。另一种方式是直接计算解耦的准声波P波方程。假定恒定的各向异性参数ε和δ，可以利用伪谱算法求解解耦的方程(Etgen and Brandsberg-Dahl,2009)。因此，其允许我们采用具有不同的恒定ε和δ的一组解，从而继续进行内插方案，以在数值上求解出具有在空间域内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定地球的各向异性地下地层中的波场的方法，包括：基于空间变化的各向异性参数对去耦的准声学单波模式波动方程进行数值求解，以确定所述各向异性地下地层中的所述波场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.10 EP PCT/EP2014/0504231.一种确定地球的各向异性地下地层中的波场的方法，包括：基于空间变化的各向异性参数对去耦的准声学单波模式波动方程进行数值求解，以确定所述各向异性地下地层中的所述波场。2.一种确定地球的各向异性地下地层中的波场或波场的分量的方法，所述方法包括：提供具有基于地下地层各向异性和波场相位方向的分量的算子S，所述相位方向是从预定波场的估算的梯度获得的；以及使用所述算子S来确定所述波场或者所述波场的所述分量。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分量包括以下任何一个或多个：-振幅；-相位；-压力幅度或位移；以及-电磁场幅度。4.根据权利要求2或3所述的方法，其还包括以下任何操作：-估算波场；-确定所述波场的梯度；-提供预定义的各向异性参数；-使用所述梯度和所述各向异性参数来计算所述算子S；-将所述算子与速度的平方和所述波场的所述梯度组合，以获得组合的结果；以及-使用所述组合的结果来确定所述波场的所述分量。5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述算子S是标量。6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述算子控制各向异性波传播的不同方向内的传播速度。7.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，基于各向异性的所述分量包括至少一个Thomsen各向异性参数。8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，基于各向异性的所述分量是基于所述地下地层的预期的各向异性区域而估算出的或者以其它方式预先确定的。9.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述波场是压力波场。10.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述波场的所述分量是在所述地下地层中的预定位置处确定的。11.根据任何前述权利要求所述的方法，其还包括使用所确定的所述波场的分量来使地球物理数据偏移。12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述地球物理数据包括地震数据和电磁数据中的任一个或两者。13.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，使用步骤包括求解波动方程。14.一种处理数据的方法，包括：(a)提供与地球的各向异性地下地层相关联的第一数据。(b)对波动方程进行数值求解，以确定所述各向异性地下地层中的波场或波场的分量；以及(c)使用所确定的波场或波场的分量对所述第一数据进行处理，以产生与所述地下地层相关联的第二数据。15.根据权利要求14所述的方法，其中，基于在前文定义的方程7或者方程8来执行步骤(b)。16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，使用各向异性传播算子执行步骤(b)。17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：通过将各向异性项与波场相位方向项组合来确定所述各向异性传播算子。18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定步骤还包括估计所述波场相位方向项。19.根据权利要求18所述的方法，其中，估计步骤包括使用波场梯度来确定所述波场相位方向。20.根据权利要求14或15所述的方法，其中，使用具有基于所述地下地层的各向异性和波场相位方向的分量的算子来执行步骤(b)，所述相位方向是从波场梯度获得的。21.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述波动方程是非伪微分方程。22.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述准声学单波模式波动方程进行球面分解。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所分解的方程包括球面微分算子和球面标量算子。24.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述准声学单波模式波动方程进行椭圆分解。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所分解的方程包括椭圆微分算子和椭圆标量算子。26.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述波动方程具有如下形式：或27.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述波动方程是 ∂ 2 u ∂ t 2 - ▿ · ( v 0 2 S ▿ u ) = 0 ]]>或者是 ∂ 2 u ∂ t 2 - v 0 2 S ▿ 2 u = 0 , ]]>其中，u是波场，t是时间，S是标量算子，并且v0是所述地下地层中的沿各向异性的对称轴的速度。28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波动方程为 ∂ 2 u ∂ t 2 = v 0 2 ▿ 2 u + v 0 2 ▿ · ( Δ S ▿ u ) , ]]>其中，S＝1+ΔS,其中，u是波场，t是时间，S是标量算子，v0是所述地下地层中沿各向异性的对称轴的速度，nh是水平相位方向，nz是垂直相位方向，并且其中，ε和δ是各向异性参数。29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波动方程为 ∂ 2 u ∂ t 2 = v 0 2 ∂ 2 u ∂ z 2 + ( 1 + 2 ϵ ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐升，周洪波，
申请(专利权)人：斯塔特伊石油公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO