基于高分辨率反演速度体的地震数据精细时深转换方法
阅读说明：本技术 基于高分辨率反演速度体的地震数据精细时深转换方法 (Seismic data fine time-depth conversion method based on high-resolution inversion velocity body ) 是由 常锁亮 张启帆 张生 陈强 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于高分辨率反演速度体的地震数据精细时深转换方法,属于煤田勘探技术领域；首先,结合处理所得速度体的速度变化趋势与钻孔资料的精确速度值将反演速度体层段的典型标准层经时深转换后作为控制层；然后,利用反演层速度体及地震解释的时间域的层位计算其余各标准层深度信息,得到所有标准层的初步底板标高,利用钻孔资料对初步时深转换所得结果进行校正；最后,基于所得深度域标准层进行层间网格划分,获得目标层段深度域三维数据体；该方法利用反演速度体弥补了井间信息缺失,取得了更符合地质规律横向变化的数据,提高了时深转换横向精度；利用测井信息进行校正,提高纵向的转换精度,最终取得精度更高的深度域三维数据体。(The invention provides a seismic data fine time-depth conversion method based on a high-resolution inversion velocity body, belonging to the technical field of coal field exploration; firstly, combining the speed change trend of the velocity body obtained by processing with the accurate velocity value of the drilling data, and taking a typical standard layer of an inversion velocity body layer section as a control layer after time-depth conversion; then, calculating depth information of other standard layers by using the inversion layer velocity body and the horizon of the time domain of the seismic interpretation to obtain the initial bottom plate elevations of all the standard layers, and correcting the result obtained by the initial time-depth conversion by using drilling data; finally, carrying out interlayer mesh division based on the obtained depth domain standard layer to obtain a target layer interval depth domain three-dimensional data volume; according to the method, the inversion velocity body is used for making up for the information loss among wells, data which are more in line with the geological rule and change transversely are obtained, and the time-depth conversion transverse precision is improved; and the logging information is utilized to carry out correction, the longitudinal conversion precision is improved, and finally, a depth domain three-dimensional data body with higher precision is obtained.)
技术领域
本发明属于煤田勘探技术领域，具体为一种基于高分辨率反演速度体的地震数据精细时深转换方法。
背景技术
海陆相-陆相沉积环境的过渡变化导致形成的煤系地层具有岩性及速度横向变化快的特点，在煤田与煤层气三维地震勘探开发过程中使用传统的时深转换方法获得的深度域成果资料精度不高，相对误差一般为百分之二。随着煤炭精准开采构想的提出，自动化、智能化开采成为新的发展趋势；此外，水平井技术在煤层气开发中正在广泛运用，这些新技术的实现都要求时深转换提供的深度域资料更加精确，传统时深转换方法难以达到精度要求，这就需要进行更精细的时深转换。
时深转换的总体思路是：1.获得准确的时间域t0值；2.建立准确的速度场；3.选择合适的速度转换方法，而后进行时深转换。当地震资料一定时，经过三维地震资料解释获得的时间域t0值一定，只有建立合适的速度场，选择合适的时深转换方法才是提高时深转换精度的必要手段。前人已经在提高时深转换精度方面做了很多研究，随着勘探开发的不断深入，地震资料、井资料的不断丰富，速度场的构建方法及相伴出现的速度转换方法也更加丰富。在煤田勘探领域，或是用钻孔处埋深及时间域解释成果计算出平均速度，然后全区进行插值，而后进行简单的运算获得深度域值，此类方法井间速度可靠性不大，导致横向上深度域值不精确；或是根据DIX公式将处理所得均方根速度转化为层速度，后转化为平均速度进行时深转换，但由于DIX公式只适用于水平层状介质，横向无变速介质，而实际地层并不能满足这样理想的条件，因此同样会产生误差。
现有技术一的技术方案：
现阶段煤田三维地震勘探领域常用的技术手段就是利用钻孔处埋深及时间域解释成果计算出平均速度，然后全区进行插值，而后进行简单的运算获得深度域值。随着勘探不断深入，钻井数量增多，在构造平缓、纵横向速度变化较小的地区，由VSP测井资料或根据钻井深度与反射层的时间深度之间的关系来确定用于时深转换的基础速度资料，用于建立井点处的“时间—深度”或“时间—平均速度”的关系曲线，然后以插值方式建立大区域内的速度场。内插的方式一般是在井间以距离作为权系数确定各井的速度数据在速度场中的贡献值，这种插值方式只考虑距离因素，不考虑地质结构的影响。
现有技术方案一的缺点：
上述时深转换方法除了需要具有一定的钻井数目便于时深数据的拟合，还要求地层相对较为稳定。这种插值方式在井间以距离作为权系数确定各井的速度数据在速度场中的贡献值，只考虑距离因素，而没有考虑地质结构的影响，对于地下构造埋深相对较浅、地层速度横向变化很小、圈闭幅度不大的地层条件来说，比较可行；但在断裂发育的断块区或其他构造复杂区，由于断层错动及地层褶皱等因素，具有不同速度特征的地层在断层处相互接触或同一套地层多次重复，这些地方地下空间速度场在短距离内会产生很大的变化，速度场变得相当复杂，单纯以井点资料为基础，以纯数学的距离内插方式生成速度场，不考虑实际的地质结构变化对速度的影响，平均效应明显，使得速度场精度仍然较低。
现有技术二的技术方案：
为避免钻孔插值导致的速度场精度低的缺陷，许多学者将三维地震资料处理所得速度资料加以应用，称为速度体法，也称DIX公式法。当探区内钻孔较少,且分布不均，地质情况比较复杂时，利用三维地震资料处理提供的全区分布均匀的三维叠加速度场，采用Dix公式进行运算得到层速度；然后通过时深转换获得深度域资料。
此方法通过以下步骤实现：1.输出速度谱，选择资料好的剖面,从处理系统输出此处的叠加速度和双程时间值，删除速度异常点；2.输出层位数据，从解释系统中输出解释好的层位数据；3.匹配速度谱处层位时间值，速度谱的X、Y与层位文件的X、Y相同时,将此处的时间值放到一个文件中，接着计算下一个速度谱处的时间，直到全部完成；4.计算目的层平均速度，经上面计算，获得了每个速度谱处的目的层时间值，接着计算目的层处的平均速度,可通过迪克斯(DIX)公式计算。由于一般解释的每个速度谱处时间、速度值较少，为提高精度，要进行内插或拟合处理；5.利用钻孔对层速度进行校正；6.通过时深转换计算获得深度域资料。
现有技术二的缺点：
利用处理获得速度体经DIX公式转换为层速度加以应用，但这种方法存在两个问题，一是当地下构造复杂，地震剖面成像质量较差时，速度谱能量团非常散乱，几乎无法辨别有效波的能量团和多次波的能量团，导致了速度谱的解释精度难以保证。同时，根据速度谱建立的地震速度体存在很多异常值，这些异常值往往与井点速度相差较大，这会对时深转换带来很大影响。第二个问题是由于DIX公式只适用于水平层状介质，横向无变速介质，射线垂直入射条件下建立起来的速度关系式，前提条件相当苛刻，而实际地层并不能满足这样理想的条件，当地下介质产状复杂时，用其求取层速度或平均速度会产生较大误差。因此该方法主要用于地质情况简单且速度谱品质较好的情况下，如果速度谱解释精度较低，根据此方法转换的井点深度误差较大。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于高分辨率反演速度体的地震数据精细时深转换方法。达到提高目标层位时深转换精度，获得层间小层深度域信息的目的。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
1、获得深度域目标层位方法
Step1：在经过标准层位精细解释，地震、地质层位精细标定的基础上，获得各个标准层的时间域解释成果；选定某一标准层作为控制层，利用钻孔处计算获得控制层的平均速度如式(1)，用各钻孔处准确的平均速度值校正处理所得速度体在控制层处的速度变化趋势，得到控制层的底板标高H1
式中，V钻为钻孔处顶部控制层的底板标高平均速度；a为处理时基准面高程值；h钻为钻孔处测得的顶部控制层的底板标高底板标高值；T钻为钻孔处顶部控制层的时间值。
Step2：在所取得的控制层深度域信息基础上，根据其余标准层位与此控制层在时间域上的差值以及这段差值在反演速度体上所对应的层速度信息可以计算出这两个层位在深度域上的差值，将控制层的深度信息与这个差值做运算即可得到其余标准层的底板标高。
在平面位置i,j处，已知控制层的底板标高为H1以及此点处纵向上反演获得的层速度值，根据反演速度体的采样间隔，利用每一点的速度值累加获得纵向两个时间t1,t2间的厚度，用控制层的底板标高与计算的厚度值做差获得所求标准层的底板标高Hc2
式中：i为x方向第i个网格；j为y方向第j个网格；k为z方向第k个网格；vijk为空间位置i,j,k处反演层速度；Δt为时间域采样间隔；t1为起算层的时间域值；t2为某一标准层的时间域值；Hij1为平面位置i,j处起算层的底板标高；Hijc2为计算所得平面位置i,j处某一标准层的初始底板标高。
Step3：用钻孔p处上一步所涉及的两个标准层位的标高值做差获得一个标准的层间厚度，同理对钻孔处计算所得底板标高做差获得一个初步的层间厚度，将标准的层间厚度与初步的层间厚度的比值作为p处初步底板标高的校正量
Mp＝(hp2-hp1)/(Hpc2-Hp1) (3)
式中，Mp为任一钻孔p处起算层与某一标准层间标高差值误差；hp2为钻孔p处所测某一标准层底板标高值；hp1为钻孔p处所测起算层底板标高值；Hpc2为钻孔p处预测某一标准层底板标高；Hp1为钻孔p处预测起算层底板标高。
利用多口钻孔进行以上计算，获得多个井点的误差信息，进行全区协克里金法插值获得对应的层间厚度误差网格M。
Step4:利用误差网格M对初步获得的第二层标准层底板标高值进行校正，获得第二层标准层底板标高
式中，Hij2为预测平面位置i,j处某一标准层的底板标高；Mij为平面位置i,j处层间厚度误差值，以上步骤如图2所示。
若校正结果满足精度要求则获得标准层深度域层位，若不满足则重复Step3、Step4进行二次校正。
Step5:接下将这些误差网格进行插值，得到三维误差体，为后续深度域三维数据体的校正做准备。
2.深度域网格剖分方法
在获得各标准层底板标高的基础上，在时间域进行层间等间距网格划分，在此网格内利用对应的反演层速度与时间网格厚度所代表的时间差进行对应深度域网格厚度的计算，从浅部标准层起算，则标准层对应下一个网格的标高值为此标准层标高值减去深度域网格厚度，逐网格向下计算。那么，任意空间位置i,j,k处的底板标高值可由(5)计算得到
hijk＝hij(k-1)-t/2×vijk×Mij (5)
式中，hijk为空间位置i,j,k处深度域底板标高值，t为时间域纵向网格长度。全区进行计算，时间域与深度域网格对应方法如图3所示。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明在控制层位基础上，利用高分辨率反演层速度体进行各标准层的时深转换，进一步基于标准层进行层间深度域网格划分构建深度域三维数据体的“高分辨率反演速度体+标准层位控制+深度域网格划分”时深转换方法，综合利用了三维地震解释成果、高分辨率反演速度体、钻测井数据等资料，采取了精细井震标定、标准层位精细解释、利用反演速度体信息时深转换，深度域网格划分的综合技术，取得了较好的应用效果，利用传统时深转换方法获得的误差为十几米甚至几十米的深度域资料，通过利用此方法可将误差降至不到三米，求得的标准层底板标高精度更高，横向上更符合实际地层变化；同时所构建的深度域三维数据体弥补了标准层间信息的缺失，对于一些弱反射的层间小层，只要获得其时间域资料便可直接得到其精确的标高信息，使得三维地震资料最终的深度域成果更加精确及丰富。后续更好地指导三维煤田与煤层气勘探开发，为巷道掘进、水平井钻探等地下作业提供了可靠的保障，为煤炭行业自动化、智能化开采的精准开采发展构想的实现提供了前提条件的支持。
本方法利用了反演速度体弥补了井间信息缺失，取得了更符合地质规律横向变化的数据，提高了时深转换横向精度；同时利用测井信息进行校正，提高纵向的转换精度，最终取得精度更高的深度域三维数据体,用这种时深转换方法达到提高目标层位时深转换精度，获得层间小层深度域信息的目的。
附图说明
图1为三维地震数据体精细时深转换方法流程图。
图2为精细时深转换方法示意图。
图3为时域及深度域网格划分对应示意图；图中，(1)为时间域层间网格划分；(2)为深度域层间网格划分。
图4为时深转换所得深度域目标层位图。
图5为研究区深度域三维数据体。
图6为研究区利用传统时深转换方法与新方法所获得3M底板标高对比图；图中：(a)速度插值法所得3M底板标高；(b)DIX公式法所得3M底板标高；(c)新方法所得3M底板标高。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
本发明实施的具体步骤如下：
步骤1：制作精细的合成记录，进行井震标定，将地震反射界面与测井所得地质界面相匹配，为地震界面赋予地质意义。
步骤2：通过三维地震资料精细解释获得准确的时间域上的目标层位。
步骤3：选择控制层，利用钻孔处的精确平均速度值校正处理所得速度体在控制层处的速度变化趋势获得深度域上的控制层位。
步骤4：利用相控反演技术获取高分辨率反演层速度体。
步骤5：在控制层位基础上，利用高分辨率反演层速度体进行控制层位以下标准层的时深转换。
步骤6：基于控制层位进行层间深度域网格划分构建深度域三维数据体。
利用现有资料与本发明进行试验，某矿区位于太行山北段西侧的刘备山的南麓低中山区，地表地形复杂，沟谷纵横，基岩裸露，矿区内地势为西北高、东南低。矿区内构造发育；海陆相-陆相过渡的沉积环境使得形成的煤系地层的岩性及速度横向变化快，整体地层速度变化明显，部分分布不稳定夹层，地层纵、横向岩性差异大，传统的时深转换方法获得的底板标高信息误差较大。因此本实施例选取矿区内部分区域采用上述提出的精细时深转换方法进行各标准层的时深转换，通过层间深度域网格划分构建深度域三维数据体如图4所示，通过层间深度域网格划分构建深度域三维数据体，如图5所示。
将计算获得的标准层实测标高结果与两种行业普遍使用的时深转换方法——1.利用收敛插值方法进行平均速度的井间插值而后进行时深转换所得结果；2.利用DIX公式将处理所得均方根速度转化为层速度后进行时深转换所得结果与钻孔实测标准层标高作比较，检验新方法的应用效果。三种方法所获得的3M底板标高图的对比效果如图6所示。
综合利用了三维地震解释成果、高分辨率反演速度体、钻测井数据等资料，采取了精细井震标定、标准层位精细解释、利用反演速度体信息时深转换，深度域网格划分的综合技术，取得了较好的应用效果，利用传统时深转换方法获得的误差为十几米甚至几十米的深度域资料，通过利用此方法可将误差降至不到三米，求得的标准层底板标高精度更高，横向上更符合实际地层变化；同时所构建的深度域三维数据体弥补了标准层间信息的缺失，对于一些弱反射的层间小层，只要获得其时间域资料便可直接得到其精确的标高信息，使得三维地震资料最终的深度域成果更加精确及丰富。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。