本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣資源地球物理勘查數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于疊前方位地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)反演方法。

技術(shù)背景

由于非常規(guī)油氣資源所帶來的經(jīng)濟(jì)效益以及對(duì)世界能源格局的改變，油氣勘探的目標(biāo)已逐步轉(zhuǎn)向致密砂巖、泥頁巖等非常規(guī)儲(chǔ)層。在我國，泥頁巖等非常規(guī)油氣資源豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，另一方面，生產(chǎn)周期長也是頁巖氣等非常規(guī)儲(chǔ)層的顯著特點(diǎn)，這就意味著其開發(fā)利用價(jià)值大。由于泥頁巖等非常規(guī)儲(chǔ)層往往發(fā)育近垂直排列的裂縫，根據(jù)Thomsen各向異性理論可將這種儲(chǔ)層等效為HTI介質(zhì)。疊前地震反演是儲(chǔ)層預(yù)測的有效手段，基于彈性阻抗的疊前地震反演方法經(jīng)過20多年的發(fā)展，在反演理論和方法方面得到了長足的發(fā)展，由于該方法在穩(wěn)定性和抗噪性方面的優(yōu)勢，使得該方法在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。目前該方法在各向同性介質(zhì)中取得了較好的應(yīng)用效果，在復(fù)雜介質(zhì)方面的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。由于泥頁巖等裂縫儲(chǔ)層所等效的HTI介質(zhì)具有方位各向異性，表述介質(zhì)反射透射性質(zhì)的參數(shù)從各向同性介質(zhì)的3個(gè)擴(kuò)展到6個(gè)，此外，HTI介質(zhì)不僅具有反射系數(shù)隨入射角變化的AVA特性，而且不同方位的反射系數(shù)也存在一定的差異。因此，對(duì)于HTI介質(zhì)的各向異性參數(shù)反演方法不僅在參數(shù)數(shù)量上比各向同性介質(zhì)的情況要復(fù)雜，且在地震數(shù)據(jù)采集、處理等方面也比各向同性介質(zhì)的要求高很多。目前，泥頁巖裂縫儲(chǔ)層等非常規(guī)儲(chǔ)層各向異性參數(shù)反演方法尚處于起步階段，基于方位疊前地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)反演方法的穩(wěn)定性和可靠性還有待進(jìn)一步討論。因此，需要探索合理的各向異性參數(shù)疊前地震反演方法，為泥頁巖裂縫儲(chǔ)層等非常規(guī)儲(chǔ)層的各向異性預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于疊前方位地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)反演方法，主要針對(duì)泥頁巖等發(fā)育裂縫的非常規(guī)儲(chǔ)層，解決各向異性參數(shù)反演較為困難的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

基于疊前方位地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)反演方法包括：(1)針對(duì)各向異性特征的疊前方位地震數(shù)據(jù)預(yù)處理，將疊前全方位地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分方位部分角度疊加數(shù)據(jù)；(2)測井資料預(yù)處理；(3)基于巖石物理模型的各向異性參數(shù)估算；(4)針對(duì)方位各向異性特征的彈性阻抗計(jì)算；(5)基于方位彈性阻抗的井震標(biāo)定以及方位角度子波提??；(6)方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)體反演；(7)基于方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)提取，得到任意采樣點(diǎn)處的縱波速度、橫波速度、密度和各向異性參數(shù)。

上述方案進(jìn)一步包括：

(1)針對(duì)各向異性特征的疊前方位地震數(shù)據(jù)預(yù)處理，將疊前全方位地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分方位部分角度疊加數(shù)據(jù)。首先根據(jù)全方位數(shù)據(jù)體的方位信息，將全方位數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為部分方位疊加的偏移距域疊前數(shù)據(jù)體(即將某方位角附近的不同方位相同偏移距的數(shù)據(jù)疊加起來，得到該方位的疊前數(shù)據(jù)體)；然后根據(jù)各個(gè)方位的動(dòng)校正速度數(shù)據(jù)，將各方位的疊前偏移距域的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成疊前角度域的地震數(shù)據(jù)體，根據(jù)方位地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，對(duì)個(gè)方位的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行部分角度疊加，得到各個(gè)方位的部分角度疊加數(shù)據(jù)體。方位部分角度疊加數(shù)據(jù)體不僅考慮了振幅隨入射角變化的AVA信息，有利于烴類檢測，而且還考慮了由于裂縫引起的方位各向異性導(dǎo)致的地震數(shù)據(jù)的方位差異，有利于裂縫儲(chǔ)層的各向異性、地應(yīng)力等的檢測。

(2)測井資料預(yù)處理主要包含如下幾方面：1)測井資料環(huán)境校正，測井的實(shí)際工作環(huán)境與儀器的理想環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，因此需根據(jù)儀器相應(yīng)的環(huán)境校正圖版，從測井?dāng)?shù)據(jù)中去掉環(huán)境因素的影響。2)去野值，由于測井?dāng)?shù)據(jù)在采集過程中受儀器、環(huán)境等的影響，采集得到的測井?dāng)?shù)據(jù)往往存在野值(不符合參數(shù)實(shí)際物理意義的值)，因此需要將這些不符合實(shí)際情況的參數(shù)剔除；3)曲線的標(biāo)準(zhǔn)化，由于測井時(shí)間不集中、儀器型號(hào)不統(tǒng)一等因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致同一地區(qū)相同巖性的某參數(shù)差別較大，為此需對(duì)測井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將同一類型的不同測井曲線按同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正；4)時(shí)深關(guān)系校正，測井?dāng)?shù)據(jù)一般是在深度域測量的，而地震數(shù)據(jù)一般是時(shí)間域的，為了有效的將測井?dāng)?shù)據(jù)用于反演，需要確定井的時(shí)深關(guān)系，一般可以根據(jù)縱波時(shí)差(聲波積分)、Checkshot、VSP、測井分層和地震層位標(biāo)定等來確定較為合理的時(shí)深關(guān)系；

(3)基于巖石物理模型的各向異性參數(shù)估算。在進(jìn)行各向異性參數(shù)反演中，需要各向異性參數(shù)測井曲線提供反演的約束條件，同時(shí)為反演結(jié)果的準(zhǔn)確性提供一種驗(yàn)證。但在實(shí)際測井中，很難直接測量地層的各向異性參數(shù)，因此需要根據(jù)巖石物理模型估計(jì)儲(chǔ)層各向異性參數(shù)。在進(jìn)行各向異性參數(shù)估算時(shí)，需要已知的測井資料有孔隙度、泥質(zhì)含量、含水飽和度、密度、縱波速度以及裂縫密度。根據(jù)Schoenberg提出的線性滑動(dòng)理論，可以根據(jù)裂縫密度(e)與裂縫參數(shù)(法向弱度Δ_N和切向弱度Δ_T)的關(guān)系得到裂縫參數(shù)測井曲線，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式所示：

其中：k′和μ′是裂隙中充填物的體積模量和剪切模量，a是裂隙縱橫比，e為裂縫密度。通過對(duì)比Schoenberg提出的線性滑動(dòng)理論和Thomsen理論，以剛度矩陣為橋梁，可建立Thomsen各向異性參數(shù)與裂縫參數(shù)之間的聯(lián)系，其表達(dá)式如下：

δ^(V)＝-2g[(1-2g)Δ_N+Δ_T]

ε^(V)＝-2g(1-g)Δ_N

其中，δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)為各向異性參數(shù)。

因此，當(dāng)測井曲線提供孔隙度、泥質(zhì)含量、含水飽和度、密度、縱波速度以及裂縫密度參數(shù)時(shí)，可根據(jù)裂縫儲(chǔ)層巖石物理模型計(jì)算儲(chǔ)層各向異性參數(shù)曲線。

(4)針對(duì)方位各向異性特征的彈性阻抗計(jì)算。根據(jù)測井資料提供縱波速度、橫波速度、密度以及估算得到的各向異性參數(shù)測井曲線，可根據(jù)下式所示的方位彈性阻抗方程，計(jì)算井所在位置的各方位、各入射角的方位彈性阻抗偽測井曲線。方位彈性阻抗偽測井曲線可為井震標(biāo)定提供更為可靠的參照標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，可結(jié)合層位信息建立目標(biāo)區(qū)域的方位彈性阻抗模型，為反演提供低頻成分以及約束條件。

其中：a(θ)＝(1+tan²θ)

b(θ)＝-8k²sin²θ

c(θ)＝1-4k²sin²θ

θ為入射角，為方位角；α、β、ρ分別為縱波速度、橫波速度、密度；α₀、β₀、ρ₀分別為縱波速度、橫波速度、密度的均值；δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)為泥頁巖裂縫介質(zhì)(可等效為HTI介質(zhì))各向異性參數(shù)。

(5)基于方位彈性阻抗的井震標(biāo)定以及方位角度子波提取。根據(jù)步驟(4)得到的井旁道方位彈性阻抗數(shù)據(jù)，結(jié)合方位彈性阻抗與方位反射系數(shù)之間的關(guān)系(如下式所示)，可得到井所在位置的相應(yīng)方位、相應(yīng)入射角的反射系數(shù)曲線。根據(jù)褶積模型，選取合適的地震子波與反射系數(shù)褶積，便可得到井所在位置的各方位、各入射角的合成地震記錄。通過與井旁道相對(duì)應(yīng)的方位地震記錄對(duì)比，調(diào)整測井時(shí)深關(guān)系以及子波的相位和振幅，使得合成地震記錄與實(shí)際地震數(shù)據(jù)匹配效果最佳，此時(shí)，即可輸出最為合理的各方位、各角度的地震子波以及測井時(shí)深關(guān)系。

其中，為測井曲線中第n個(gè)點(diǎn)處的反射系數(shù)值，

分別為第n+1和第n個(gè)點(diǎn)處的方位彈性阻抗值。

(6)方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)體反演。在進(jìn)行方位各向異性彈性阻抗反演之前，先利用方位部分角度疊加地震資料、井旁道相對(duì)應(yīng)的方位彈性阻抗值、解釋的地震層位作為控制進(jìn)行外推，建立各個(gè)方位、各個(gè)角度的方位彈性阻抗地質(zhì)體模型。利用提取的各方位角度子波、各方位的部分角度疊加地震數(shù)據(jù)體以及建立的方位彈性阻抗地質(zhì)體模型，結(jié)合基于貝葉斯理論的反演方法(其目標(biāo)函數(shù)如下)，通過求解目標(biāo)函數(shù)的最小值，便可得到各方位、各入射角的方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體。

F(m)＝F_G(m)+F_Cauchy(m)+F_EI(m)

其中：F_G(m)表示合成地震記錄與實(shí)際地震數(shù)據(jù)的擬合程度；F_Cauchy(m)為柯西約束項(xiàng)，表示待反演參數(shù)的稀疏程度；F_EI(m)為模型約束項(xiàng)，用來控制反演結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

(7)基于方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)提取。從方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體中提取裂縫儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)(α、β、ρ、δ^(V)、ε^(V)、γ^(V))是疊前方位彈性阻抗反演中至關(guān)重要的一環(huán)，本專利采用直接提取的方法以減小間接計(jì)算帶來的累積誤差。對(duì)方位彈性阻抗方程進(jìn)行線性化處理，并考慮同一巖石物性參數(shù)在各采樣點(diǎn)出對(duì)應(yīng)的系數(shù)a(θ)、b(θ)、c(θ)、d(θ)、e(θ)、f(θ)相同且不隨時(shí)間變化，因此對(duì)六個(gè)方位角或入射角不同的方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體，可得到如下方程組：

通過井旁道彈性阻抗值和已知井的縱波速度、橫波速度、密度和各向異性參數(shù)數(shù)據(jù)帶入上式便可到36個(gè)常系數(shù)數(shù)據(jù)。將它們聯(lián)合反演得到的各方位、各角度彈性阻抗數(shù)據(jù)體帶入上述方程組便可得到任意采樣點(diǎn)處的縱波速度、橫波速度、密度和各向異性參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明在Thomson各向異性理論和HTI介質(zhì)方位反射系數(shù)特征的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)裂縫儲(chǔ)層疊前方位地震資料和泥頁巖裂縫儲(chǔ)層引起的地震數(shù)據(jù)方位差異和AVO效應(yīng)，利用彈性阻抗反演的技術(shù)路線，建立起針對(duì)方位各向異性特征的疊前彈性阻抗反演技術(shù)，獲得反映泥頁巖裂縫性儲(chǔ)層特征各向異性參數(shù)，解決了泥頁巖裂縫儲(chǔ)層各向異性參數(shù)反演的問題，對(duì)于指導(dǎo)裂縫儲(chǔ)層的各向異性程度檢測、地應(yīng)力預(yù)測等具有極其重要的意義。

附圖說明

圖1基于疊前方位地震數(shù)據(jù)各向異性參數(shù)反演流程圖。

圖2方位部分角度疊加地震數(shù)據(jù)；其中(a)～(f)對(duì)應(yīng)的方位角和入射角分別為θ＝8°,θ＝16°,θ＝24°,θ＝8°,θ＝16°,θ＝24°,

圖3方位彈性阻抗反演剖面；其中(a)～(f)對(duì)應(yīng)的方位彈性阻抗依次為EI(8°,15°)、EI(16°,15°)、EI(24°,15°)、EI(8°,105°)、EI(16°,105°)、EI(24°,105°)。

圖4裂縫儲(chǔ)層各向異性參數(shù)反演結(jié)果；其中(a)δ^(V)反演結(jié)果；(b)ε^(V)反演結(jié)果；(c)γ^(V)反演結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以勝利油田某泥頁巖裂縫儲(chǔ)層工區(qū)的各向異性參數(shù)反演方法來說明該發(fā)明的具體技術(shù)方案。

一種基于疊前方位地震數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)反演方法，所述的方法如下：

(1)針對(duì)各向異性特征的疊前方位地震數(shù)據(jù)預(yù)處理。

主要是將疊前全方位地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分方位的角度數(shù)據(jù)。首先根據(jù)全方位數(shù)據(jù)體的方位信息，將工區(qū)全方位地震數(shù)據(jù)體按方位角進(jìn)行劃分，分別將方位角為0～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°、150°～180°的相同偏移距的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得到方位角分別為15°、45°、75°、105°、135°、165°的各方位按偏移距排列的疊前數(shù)據(jù)體。然后根據(jù)各個(gè)方位的疊加速度，將各方位疊前偏移距域地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成疊前角度域地震數(shù)據(jù)體，選取合適的角度范圍疊加得到各方位入射角分別為8°、16°、24°的部分角度疊加數(shù)據(jù)體(如圖2所示，為方位角為15°、105°，入射角為8°、16°、24°的方位部分角度疊加數(shù)據(jù))。

(2)測井資料預(yù)處理。

1)測井資料環(huán)境校正，根據(jù)各測井儀器提供的環(huán)境校正圖板，將測井曲線校正到合理的范圍上；2)去野值，剔除由于環(huán)境、儀器等因素導(dǎo)致的不符合實(shí)際情況的各測井?dāng)?shù)據(jù)的野值；3)曲線的標(biāo)準(zhǔn)化，消除由于測井時(shí)間、測井儀器不同導(dǎo)致的同一類型的測井曲線相差較大的情況，對(duì)聲波時(shí)差、橫波時(shí)差、密度等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使之在統(tǒng)一在各自合理的標(biāo)準(zhǔn)上；4)時(shí)深關(guān)系校正，將深度域的測井?dāng)?shù)據(jù)與時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的匹配，這里使用聲波記分法，即根據(jù)測井提供的聲波時(shí)差計(jì)算各深度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立各井的時(shí)深關(guān)系。

(3)基于巖石物理模型的各向異性參數(shù)估算。

根據(jù)測井資料提供的聲波時(shí)差、橫波時(shí)差、密度、泥質(zhì)含量、裂縫密度等曲線，估算個(gè)礦物成分及對(duì)應(yīng)的彈性模量。結(jié)合Schoenberg提出的線性滑動(dòng)理論，可根據(jù)裂縫密度等計(jì)算得到裂縫參數(shù)測井曲線，所述公式如下：

其中：k′和μ′是裂隙中充填物的體積模量和剪切模量，a是裂隙縱橫比，e為裂縫密度。通過對(duì)比Schoenberg提出的線性滑動(dòng)理論和Thomsen理論，以剛度矩陣為橋梁，可建立Thomsen各向異性參數(shù)與裂縫參數(shù)之間的聯(lián)系，其表達(dá)式如下：

δ^(V)＝-2g[(1-2g)Δ_N+Δ_T]

ε^(V)＝-2g(1-g)Δ_N

其中，δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)為各向異性參數(shù)。

(4)針對(duì)方位各向異性特征的彈性阻抗計(jì)算。

根據(jù)測井資料提供縱波速度、橫波速度、密度以及估算得到的各向異性參數(shù)測井曲線，可根據(jù)下式所示的方位彈性阻抗方程，計(jì)算方位角為15°、45°、75°、105°、135°、165°，入射角分別為8°、16°、24°的方位彈性阻抗偽測井曲線。方位彈性阻抗偽測井曲線可為井震標(biāo)定提供更為可靠的參照標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，可結(jié)合層位信息建立目標(biāo)區(qū)域的方位彈性阻抗模型，為反演提供低頻成分以及約束條件。

其中：a(θ)＝(1+tan²θ)

b(θ)＝-8k²sin²θ

c(θ)＝1-4k²sin²θ

θ為入射角，為方位角；α、β、ρ分別為縱波速度、橫波速度、密度；α₀、β₀、ρ₀分別為縱波速度、橫波速度、密度的均值；δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)為各向異性參數(shù)。

(5)基于方位彈性阻抗的井震標(biāo)定以及方位角度子波提取。

根據(jù)步驟(4)得到的井旁道方位彈性阻抗數(shù)據(jù)，結(jié)合方位彈性阻抗與方位反射系數(shù)之間的關(guān)系(如下式所示)，可得到井所在位置的相應(yīng)方位、相應(yīng)入射角的反射系數(shù)曲線。根據(jù)褶積模型，選取合適的地震子波與反射系數(shù)褶積，便可得到井所在位置的各方位、各入射角的合成地震記錄。通過與井旁道相對(duì)應(yīng)的方位地震記錄對(duì)比，調(diào)整測井時(shí)深關(guān)系以及子波的相位和振幅，使得合成地震記錄與實(shí)際地震數(shù)據(jù)匹配效果最佳，此時(shí)，即可輸出最為合理的各方位、各角度的地震子波以及測井時(shí)深關(guān)系。

其中，為測井曲線中第n個(gè)點(diǎn)處的反射系數(shù)值，分別為第n+1和第n個(gè)點(diǎn)處的方位彈性阻抗值。

(6)方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)體反演。

在進(jìn)行方位各向異性彈性阻抗反演之前，先利用方位部分角度疊加地震資料、井旁道相對(duì)應(yīng)的方位彈性阻抗值、解釋的地震層位作為控制進(jìn)行外推，建立各個(gè)方位、各個(gè)角度的方位彈性阻抗地質(zhì)體模型。利用提取的各方位角度子波、各方位的部分角度疊加地震數(shù)據(jù)體以及建立的方位彈性阻抗地質(zhì)體模型，結(jié)合基于貝葉斯理論的反演方法(其目標(biāo)函數(shù)如下)，通過求解目標(biāo)函數(shù)的最小值，便可得到各方位、各入射角的方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體(如圖3所示，方位角分別為15°和105°，入射角分別為8°、16°、24°的方位彈性阻抗反演結(jié)果)。

F(m)＝F_G(m)+F_Cauchy(m)+F_EI(m)

其中：F_G(m)表示合成地震記錄與實(shí)際地震數(shù)據(jù)的擬合程度；F_Cauchy(m)為柯西約束項(xiàng)，表示待反演參數(shù)的稀疏程度；F_EI(m)為模型約束項(xiàng)，用來控制反演結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

(7)基于方位各向異性彈性阻抗數(shù)據(jù)的各向異性參數(shù)提取。

從方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體中提取裂縫儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)(α、β、ρ、δ^(V)、ε^(V)、γ)是疊前方位彈性阻抗反演中至關(guān)重要的一環(huán)，本專利采用直接提取的方法以減小間接計(jì)算帶來的累積誤差。對(duì)方位彈性阻抗方程進(jìn)行線性化處理，并考慮同一巖石物性參數(shù)在各采樣點(diǎn)出對(duì)應(yīng)的系數(shù)a(θ)、b(θ)、c(θ)、d(θ)、e(θ)、f(θ)相同且不隨時(shí)間變化，因此對(duì)六個(gè)方位角或入射角不同的方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體，可得到如下方程組：

通過井旁道彈性阻抗值和已知井的縱波速度、橫波速度、密度和各向異性參數(shù)數(shù)據(jù)帶入上式便可到36個(gè)常系數(shù)數(shù)據(jù)。將它們聯(lián)合反演得到的各方位、各角度彈性阻抗數(shù)據(jù)體帶入上述方程組便可得到任意采樣點(diǎn)出的縱波速度、橫波速度、密度和各向異性參數(shù)。各向異性參數(shù)的反演結(jié)果如圖4所示。