Способ обработки геофизических данных
Изобретение относится к способу обработки геофизических данных, в частности к способу обработки геофизических данных, предназначенному для определения информации, касающейся азимутальной анизотропии в геофизических данных. Также может быть получена информация относительно внутренней структуры земли, например, относящаяся к разломам внутри земли или к углу падения отражающего горизонта. Сущность: определяют азимут плоскости зеркальной симметрии внутри земли на основании геофизических данных, которые представляют собой набор геофизических данных, собранных при различных азимутах источник-приемник. Данные обрабатывают для определения атрибутов геофизических данных, которые зависят от азимута. Выбирают один зависимый от азимута атрибут геофизических данных и определяют значение азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию. Это дает положение плоскости зеркальной симметрии внутри земли. Азимут, при котором выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, может быть определен путем формирования целевой функции и указывает на разность между фактическим значением атрибута при одном азимуте и значением, предсказанным для того же атрибута при том же азимуте, при использовании пробной оценки азимута плоскости зеркальной симметрии и нахождении азимута плоскости зеркальной симметрии, при котором минимизируется целевая функция. Технический результат: повышение точности получаемых результатов. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу обработки геофизических данных, в частности к способу обработки геофизических данных, предназначенному для определения информации, касающейся азимутальной анизотропии в геофизических данных. К тому же может быть получена информация относительно внутренней структуры земли, например, относящаяся к разломам внутри земли или к углу падения отражающего горизонта.
Предшествующий уровень техники
На фиг.1 и 2 показан случай азимутальной анизотропии в сейсмических данных одного типа геофизических данных. На фиг.1 показано размещение геофизических приборов для сейсмической разведки, когда сейсмическая энергия, излучаемая сейсмическим источником S, принимается сейсмическим приемником R, например геофоном. Сейсмический источник S и сейсмический приемник R расположены диаметрально противоположно друг другу на окружности круга С. Угол φ представляет собой угол между направлением источник-приемник (на земной поверхности) и заранее заданным направлением (на север на фиг.1) и известен как «азимутальный угол» или просто «азимут».
При такой разведке сейсмические данные получают для начального значения φ0 азимута. Затем источник S и приемник R перемещают вокруг круга С, сохраняя диаметрально противоположное расположение, так чтобы азимут изменился до нового значения φ1. Далее собирают дополнительные сейсмические данные при новом азимуте φ1. Этот процесс можно повторять и собирать сейсмические данные на дополнительных азимутах φ2, φ3 и т.д.
Если упругие свойства внутренней части земли являются изотропными и однородными в поперечном направлении, сейсмические данные, собранные посредством расстановки для сейсмической разведки по фиг.1, должны быть независимыми от азимута φ. Однако установлено, что обычно сейсмические данные зависят от азимута, то есть сейсмические данные являются анизотропными по азимуту. Это указывает на то, что упругие свойства внутренней части земли не являются изотропными и/или не являются однородными в поперечном направлении. Азимутальная анизотропия внутренней части земли может возникать, например, в результате появления расположенных вертикально трещин внутри земли.
На фиг.1 внутренняя часть земли схематично представлена в виде верхнего изотропного слоя 1 и нижнего анизотропного по азимуту слоя 3, разделенных поверхностью 2 раздела. Нижний слой 3 является анизотропным по азимуту из-за наличия расположенных вертикально трещин 4.
На фиг.2а-2с показаны диаграммы сейсмических данных, собранных при расстановке геофизических приборов для сейсмической разведки (фиг.1). На фиг.2а показана вертикальная составляющая сейсмической энергии, полученная на приемнике R, на фиг.2b показана поперечная составляющая сейсмической энергии, полученная на приемнике R, и на фиг.2с показана радиальная составляющая сейсмической энергии, полученная на приемнике R. Радиальная составляющая сейсмической энергии, полученная на приемнике R, представляет собой горизонтальную составляющую в направлении источник-приемник. Поперечная составляющая сейсмической энергии перпендикулярна к радиальной составляющей и лежит в горизонтальной плоскости.
На каждой из фиг.2а-2с показан набор трасс сейсмической энергии, полученных при различных азимутах источник-приемник. Каждый набор содержит 36 трасс, а азимут, при котором получена одна трасса в наборе, на 10° больше азимута, при котором получена предыдущая трасса в наборе. Каждая трасса была получена при таком возбуждении источника S, при котором он излучал одиночный импульс сейсмической энергии, и в каждой трассе показана амплитуда соответствующей составляющей сейсмической энергии, принятой на приемнике R, как функции времени после возбуждения источника S. Первое вступление на трассах (фиг.2а-2с) соответствует отражению волны Pp, а второе вступление соответствует приходам отражений интерферирующих волн Ps1 и Ps2. В трассах (фиг.2b) показано только вступление, соответствующее приходам отражений интерферирующих волн Ps1 и Ps2, отражение волны Pp не наблюдается в поперечной составляющей. На практике сейсмические данные, полученные посредством приемника R, содержат «вступление прямой волны», соответствующее сейсмической энергии, проходящей от источника S непосредственно к приемнику R через верхний слой 1, но для ясности оно не показано на фиг.2а-2с.
На фиг.2b показано, что поперечная составляющая сейсмических данных проявляет азимутальную анизотропию. Азимутальные вариации отчетливо заметны как в амплитуде, так и в полярности вступления поперечной составляющей. Однако вертикальная и радиальная составляющие сейсмических данных по существу не зависят от азимута.
В общем случае следующие атрибуты собранных сейсмических данных могут проявлять зависимость от азимута.
1) Время вступления. Если часть сейсмической энергии проходит от источника S до приемника R через анизотропную по азимуту среду, то скорость распространения в этой среде будет зависимой от азимута. Это приводит к зависимости времени вступления от азимута.
2) Угол поляризации. В случае анизотропного слоя 3 (фиг.1), имеющего вертикально расположенные трещины, плоскости симметрии будут существовать в направлениях, нормальных к трещинам и параллельных трещинам (в направлении «простирания трещин»). Для вступлений, получаемых от сейсмической энергии, распространяющейся параллельно одной из этих плоскостей симметрии, поляризация волн должна быть ориентирована либо параллельно, либо перпендикулярно к этой плоскости. Однако для сейсмической энергии, распространяющейся в других направлениях, поляризация не ограничена подобным образом. Поэтому отклонение поляризации волны Ps на азимуте источник-приемник будет нулевым в направлении, нормальном к трещине, и в направлении простирания трещин, но, как правило, должно быть ненулевым для других азимутов.
3) Энергия поперечной волны. Амплитуда поперечной составляющей сейсмической энергии, зарегистрированной на приемнике R при сейсмической разведке (фиг.1), связана с плоскостями симметрии. Для вступлений, получаемых от сейсмической энергии, распространяющейся параллельно одной из плоскостей симметрии, энергия не будет обнаруживаться в поперечной составляющей энергии, тогда как вступления, получаемые от сейсмической энергии, распространяющейся в других направлениях, будут иметь ненулевую поперечную составляющую. Кроме того, при некоторых конфигурациях сейсмической разведки аналогичным образом можно наблюдать вступления прошедших продольных волн, например, в случае, если вступления непосредственно прошедших волн регистрируют при сейсмической разведке с вертикальным сейсмическим профилированием, вступления продольных волн также могут иметь поперечную составляющую.
4) Полярность. Полярность поперечных составляющих волн Ps будет изменяться на обратную, когда азимут источник-приемник проходит по направлению нормали к трещинам и направлению простирания трещин. Например, если вступления прошедших волн регистрируют при сейсмической разведке с вертикальным профилированием, то изменения полярности можно также наблюдать во вступлениях продольных волн (см., например, Rossi G., Vesnaver A., Petersen S.A. "Anisotropy detection in 3D three-component VSP", First Break, vol. 19, №4, pp.191-200, 2001).
5) Изменение частоты во времени. Азимутальная анизотропия может привести к возбуждению двух поперечных волн, которые известны как волны Ps1 и Ps2. Когда временная задержка между вступлениями на приемнике этих двух s-волн является достаточной для разделения поперечных волн на два четких вступления, может происходить интерференция между двумя вступлениями поперечных волн. В зависимости от того, будет ли она конструктивной или деструктивной, эта интерференция будет приводить либо к увеличению, либо к уменьшению изменения частоты во времени. Поскольку разделение поперечных волн также является зависимым от азимута, то из этого следует, что изменение частоты во времени также является зависимым от азимута. Азимутальные вариации будут также проявляться в изменении частоты во времени из-за зависимости затухания от азимута.
5) Амплитуда. Амплитуда сейсмической энергии, регистрируемой на приемнике, будет изменяться в зависимости от азимута вследствие анизотропного по азимуту затухания и расхождения волнового фронта.
6) Линейность. Для волн Ps максимальная линейность наблюдается в случае вступлений, полученных при распространении сейсмической энергии параллельно одной из плоскостей симметрии, поскольку будет возбуждаться только одна s-волна. Линейность будет ниже для вступлений, полученных при распространении сейсмической энергии в иных направлениях, чем параллельно плоскостям симметрии.
Как отмечено выше, азимутальная анизотропия часто является характерным признаком наличия расположенных вертикально в земле трещин. Поэтому описание азимутальной анизотропии в сейсмических данных или в других геофизических данных может обеспечить лучшее истолкование наличия трещин внутри земли, а следствием этого может быть повышенная продуктивность углеводородных и геотермальных коллекторов.
Дальнейшая причина азимутальной анизотропии в геофизических данных заключается в том, что многие геологические отражающие поверхности внутри земли расположены не горизонтально, а наклонно. При сборе геофизических данных от наклонной отражающей поверхности в некоторых атрибутах данных будут видны зависящие от азимута вариации. Эти зависящие от азимута вариации будут иметь плоскости зеркальной симметрии, выровненные в отношении угла наклона отражающей поверхности и простирания отражающей поверхности. Поэтому определение плоскостей зеркальной симметрии в геофизических данных позволяет распознать направление, в котором ориентирована наклонная отражающая поверхность.
Прежде азимутальную анизотропию в геофизических данных исследовали путем анализа разделения поперечной волны или подбора вариации с помощью эллиптической функции к скоростям нормального приращения времени или к зависимости амплитуды отражения от удаления как функции азимута.
Ранее аппроксимация с помощью эллиптической функции применялась для анализа азимутальных вариаций в атрибутах сейсмических данных (см., например, патент США №5508973 и статью Grechka V., Tsvankin I. "3D description of normal moveout in anisotropic media", SEG Expanded Abstracts, pp.1487-1490, 1996). Bale R. и др. "Analysis and stacking of 3D converted wave data in presence of azimuthal anisotropy", SEG Expanded Abstracts, pp.1189-1192, 2000 предложили способ распознавания изменений полярности, которые, как предполагается, происходят через каждые 90 градусов азимута на поперечной составляющей в случае волн Ps. В этом способе применяется числовой поиск при использовании фильтра полярности для нахождения азимутального угла, при котором происходит изменение полярности на обратную. Garotta и Grangler "Acquisition and processing of 3C×3D data using converted waves", SEG, pp.995-997, 1988 предложили аналогичный способ, в котором измерения отношения поперечной составляющей к радиальной используются для распознавания «неярких» направлений. Эти неяркие направления связаны с азимутами по нормали к трещинам и с азимутами по простиранию трещин, которые наблюдаются через каждые 90 градусов. В теоретическую основу этих способов аппроксимации с помощью эллиптической функции положено предположение о возможности пренебрежения членами высокого порядка. Однако в реальных геофизических данных члены высокого порядка могут быть значительными.
Краткое изложение существа изобретения
Первым объектом настоящего изобретения является способ обработки геофизических данных для определения азимутов плоскостей зеркальной симметрии внутри земли, при этом данные содержат по меньшей мере первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, который содержит следующие операции: а) выбор атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник; и b) определение значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
Способ может быть реализован на основе предварительно полученных данных. В качестве альтернативы способ может содержать начальный этап сбора по меньшей мере первого набора геофизических данных при первом азимуте источник-приемник и геофизического набора сейсмических данных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник.
Вторым объектом изобретения является способ определения плоскости азимутальной симметрии внутри земли на основании геофизических данных, содержащих по меньшей мере первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник. Способ включает следующие этапы: а) выбор атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник; и b) определение значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, чтобы посредством этого определить положение плоскости зеркальной симметрии внутри земли.
Геофизическими данными могут быть сейсмические данные.
Третьим объектом изобретения является устройство для обработки геофизических данных, содержащих по меньшей мере первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, содержащее средство для выбора атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, и средство для определения значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
Четвертым объектом изобретения является устройство для определения плоскости азимутальной симметрии внутри земли на основании геофизических данных, содержащих по меньшей мере первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, содержащее а) средство для выбора атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, и b) средство для определения значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, чтобы посредством этого определить положение плоскости зеркальной симметрии внутри земли.
В предпочтительном варианте осуществления устройство содержит программируемый процессор данных.
Согласно настоящему изобретению также предусмотрен носитель данных, содержащий программу для процессора данных из устройства, указанного выше.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает известную схему расположения геофизических приборов для сейсмической разведки, при которой собранные данные могут проявлять азимутальную анизотропию;
фиг.2а - вертикальную составляющую сейсмической энергии, полученной на приемнике;
фиг.2b - поперечную составляющую сейсмической энергии, полученной на приемнике;
фиг.2с - радиальную составляющую сейсмической энергии, полученной на приемнике;
фиг.3а - азимутальную зависимость сейсмического атрибута, полученного на приемнике;
фиг.3b - результат поворота на 90° диаграммы сейсмической энергии на фиг.3а;
фиг.4а и 4b - схемы последовательности этапов способа согласно изобретению;
фиг.5 - схему основных этапов способа согласно изобретению;
фиг.6а - схему расстановки геофизических приборов для сейсмической разведки согласно изобретению;
фиг.6b - вид сверху другого варианта расстановки геофизических приборов для сейсмической разведки согласно изобретению;
фиг.7 - схему устройства для реализации указанного способа согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Основные этапы способа согласно настоящему изобретению схематично показаны на фиг.5. В этом варианте осуществления геофизические данные представляют собой сейсмические данные.
Сначала на этапе 1 собирают сейсмические данные. Сейсмические данные содержат наборы данных, собранных при различных азимутах источник-приемник. Сейсмические данные, собранные на этапе 1 (фиг.5), содержат набор сейсмических данных для каждого приращения азимута источник-приемник на 10°, но наборы сейсмических данных могут быть собраны при использовании меньших или больших приращений азимутов источник-приемник. При отсутствии какого-либо априорного сведения относительно азимутальной ориентации плоскостей симметрии внутри земли предпочтительно, чтобы геофизические данные содержали плотно расположенные выборки по азимуту на протяжении полного азимутального диапазона 360°. Однако если имеется предварительно полученная информация относительно ориентации плоскостей симметрии, то может оказаться достаточным собрать данные в меньшем азимутальном диапазоне, который включает в себя ожидаемый азимут плоскости симметрии.
Следует отметить, что в качестве альтернативы изобретение может быть применено к предварительно полученным сейсмическим данным с соответствующим охватом азимутов. В этом случае этап сбора сейсмических данных не требуется.
Далее на этапе 2 сейсмические данные обрабатывают, чтобы определить один или несколько атрибутов данных, которые зависят от азимута источник-приемник. Выбирают один атрибут, для которого обнаружена зависимость от азимута, и определяют значение этого атрибута, детерминированное для всех доступных азимутальных углов, то есть определяют значение этого атрибута в каждом наборе сейсмических данных. Атрибутом может быть любая характеристика из сейсмических данных, которая зависит от азимута источник-приемник, и может быть, например, одним из атрибутов с (1) по (7), перечисленных выше.
В общем случае собранные сейсмические данные будут содержать данные только для определенных азимутов, например, в случае данных (фиг.2а-2с) для приращений азимута на 10°. Поэтому в результате анализа сейсмических данных будет создаваться набор дискретных значений выбранного атрибута.
Результаты обработки сейсмических данных на этапе 2 сохраняют и затем выводят на этапе 3. Например, результаты могут быть выведены на подходящий индикатор для изучения. На фиг.5 показано, что значение выбранного атрибута интерполируется между дискретными значениями, полученными из сейсмических данных, для формирования непрерывной трассы для атрибута в пределах азимутального диапазона от 0 до 360°, но это делать необязательно.
В принципе этап обработки, описанный ниже, можно осуществлять с использованием сохраненных данных без индикации сохраненных данных. Поэтому при желании этап 3 может быть исключен.
На этапе 4 азимутальную зависимость выбранного атрибута обрабатывают, чтобы определить один или несколько азимутальных углов, относительно которых атрибут является зеркально-симметричным. Этот или каждый азимутальный угол соответствует плоскости симметрии во внутренней части земли.
Как отмечалось выше, выровненные вертикальные трещины во внутренней части земли являются одной причиной появления плоскостей симметрии в земле. Вертикальная трещина обуславливает возникновение двух плоскостей симметрии. Одна плоскость симметрии находится в направлении простирания трещины, а другая перпендикулярна к плоскости трещины, так что две плоскости симметрии перпендикулярны друг другу. Вертикальные трещины внутри земли обычно создаются напряжениями, которые, как правило, являются приблизительно постоянными на протяжении большой области. В результате в группе трещин внутри земли трещины имеют в основном одинаковые ориентации относительно друг друга, так что плоскости симметрии различных трещин также будут аналогичны одна другой.
Обработку азимутальной зависимости атрибута на стадии 4 можно осуществлять, используя любой подходящий способ обнаружения зеркальной симметрии. Существует много известных способов для обнаружения зеркальной симметрии, и обнаружение зеркальной симметрии представляет собой хорошо разработанный способ, используемый в других областях, например в структурной химии или при обработке изображений.
В заключение на этапе 5 выводят результаты этапа 4. На фиг.5 результаты показаны в виде видимой трассы, но результаты могут быть выведены в любой удобной форме. В качестве альтернативы результаты могут быть сохранены для использования при дальнейшей обработке сейсмических данных, и в этом случае этап 5 может быть опущен.
На фиг.5 показаны результаты предпочтительного способа определения азимутальных углов, при которых азимутальная зависимость атрибута имеет зеркальную симметрию. Этот способ заключается в формировании функции, указывающей на вариацию между значением выбранного атрибута при первом азимуте источник-приемник и значением выбранного атрибута при втором азимуте источник-приемник, полученного путем отражения первого азимута источник-приемник относительно пробного азимута плоскости зеркальной симметрии. Значения атрибута при этих двух азимутах объединяют в функцию, известную в качестве «целевой функции». Абсолютное значение целевой функции должно быть минимальным, возможно нулевым, если пробный азимут плоскости зеркальной симметрии является корректным. Поэтому истинный азимут плоскости зеркальной симметрии можно определить путем нахождения значения пробного азимута плоскости зеркальной симметрии, при котором минимизируется абсолютное значение целевой функции. Например, это можно сделать путем нахождения значения пробного азимута плоскости зеркальной симметрии, при котором абсолютное значение целевой функции становится равным нулю. В качестве альтернативы это можно сделать путем нахождения значения пробного азимута плоскости зеркальной симметрии, при котором абсолютное значение целевой функции становится меньше заранее заданного порогового значения. В этом варианте осуществления на этапе 5 в качестве выходных данных может выводиться значение целевой функции в пределах заранее выбранного азимутального диапазона (фиг.5), или в качестве альтернативы или дополнительно ими может быть азимут плоскости зеркальной симметрии, при котором минимизируется абсолютное значение целевой функции.
На этапе 5 выходной сигнал целевой функции имеет нулевое значение при φ=60°. Как будет пояснено ниже, это указывает на то, что азимут одной плоскости симметрии равен 60°. Кроме того, поскольку две плоскости симметрии ортогональны друг к другу, то из этого следует, что азимут второй плоскости симметрии равен 150°. Минимум целевой функции при φ=15° возникает из-за шума в сейсмических данных и не означает наличия плоскости симметрии.
Определение плоскостей симметрии предоставляет информацию относительно ориентации трещин внутри земли, если они ответственны за азимутальную анизотропию. В качестве альтернативы в случае, если азимутальная анизотропия является следствием наклона отражающей поверхности, определение плоскостей симметрии предоставляет информацию относительно наклона отражающей поверхности и простирания отражающей поверхности, и эту информацию можно использовать для корректировки наклона отражающей поверхности во время дальнейшей обработки сейсмических данных.
Теперь будет описан предпочтительный способ определения азимутальных углов, при которых азимутальная зависимость выбранного атрибута сейсмических данных проявляет зеркальную симметрию. Этот способ будет описан применительно к поперечной составляющей энергии, полученной на приемнике, в качестве зависимого от азимута атрибута, но способ не ограничен этим атрибутом.
На фиг.3а показан типичный результат для амплитуды поперечной составляющей принятой энергии в зависимости от азимута φ источник-приемник. Амплитуда отображена в полярных координатах, и радиус на определенном азимуте отражает амплитуду поперечной составляющей на этом азимуте. Поперечная составляющая принятой энергии имеет минимум при φ=0°, 90°, 180° и 270°, а максимум наблюдается между каждыми двумя соседними минимумами. Амплитуда поперечной составляющей энергии, показанная в виде графика на фиг.3, имеет одинаковые значения в точках 1, 2, 3 и 4, так что радиусы кривой вариации атрибута равны на азимутах, соответствующих этим точкам. Характер изменения атрибута поперечной энергии в анизотропных по азимуту сейсмических данных будет в основном аналогичен показанному на фиг.3а.
На фиг.3b пунктирными линиями показан результат поворота графика с фиг.3а на 90°. Для облегчения сравнения этот результат наложен на первоначальный график (показан сплошными линиями). Ясно видно, что поперечная составляющая принятой энергии (фиг.3а) не имеет четырехкратной осевой симметрии, поскольку поворот графика на 90° не преобразует его обратно в самого себя. Точнее, поперечная составляющая принятой энергии (фиг.3а) имеет две зеркальные плоскости симметрии, и они выровнены вдоль А-А' и В-В'. Зеркальные плоскости симметрии ортогональны друг к другу.
В случае, когда атрибут f проявляет азимутальную анизотропию, для существования двух ортогональных плоскостей зеркальной симметрии необходимо, чтобы было справедливо следующее уравнение:
где f(φ) - значение атрибута при азимуте φ, и при этом одна плоскость симметрии лежит на азимуте φ0. Можно видеть, что результаты фиг.3а удовлетворяют этому уравнению. Например, плоскость В-В' зеркальной симметрии имеет азимут φ0=0°, и в этом случае для уравнения (1) требуется, чтобы соблюдалось f(φ)=f(-φ)=f(180+φ)=f(180-φ), что является верным для результатов с фиг.3а.
Когда значения φ0 неизвестно, то значение атрибута можно найти путем определения значения φ0, при котором минимизируется целевая функция, например, из следующего уравнения:
где fi - i-е значение выбранного атрибута, которое относится к азимутальному углу φ, f[α] - значение атрибута при азимуте α. Целевая функция Е будет иметь минимум при значениях φ0, которые представляют собой азимуты плоскостей зеркальной симметрии. Целевая функция будет иметь минимум на азимуте каждой плоскости симметрии, и поэтому в случае двух ортогональных плоскостей зеркальной симметрии будут существовать минимумы при четырех азимутах в азимутальном диапазоне от 0 до 360°.
Следует отметить, что в уравнении (2) целевая функция не может быть отрицательной. Эта особенность является предпочтительной, поскольку она упрощает использование метода итерации для определения значения φ0, при котором целевая функция минимизируется.
На фиг.4а и 4b схематично показаны операции этого метода. На фиг.4а азимут φl выбран в качестве первой оценки азимута плоскости зеркальной симметрии. Это соответствует ориентации плоскостей зеркальной симметрии, показанной пунктирными линиями. Место размыкания круга обозначает точку fi, которая представляет собой значение атрибута при азимутальном угле φi.
Значение целевой функции Е для пробной оценки φl азимута плоскости зеркальной симметрии находят путем вычисления значения атрибута f при трех азимутах, полученных из пробной оценки φl азимута плоскости зеркальной симметрии и азимута φi точки fi. Три азимута дают три точки, показанные в виде противоположно расположенных кружков (фиг.4а). Затем вычисляют целевую функцию Е на основании fi и значения атрибута в трех точках, показанных в виде противоположно расположенных кружков.
Следует отметить, что на практике в случае, когда сейсмические данные собирают при приращениях, например, 10° или 15°, для произвольных начальных значений φl и φi вполне возможно обнаружить, что собранные сейсмические данные не содержат набора данных для одного или нескольких из азимутальных углов (-φl+φi), (180-φl+φi) и (180+φl-φi). В этом случае необходимо получить значения атрибута при одном или нескольких из этих азимутов путем интерполяции.
В принципе можно интерполировать значения атрибута, полученные из сейсмических данных на этапе 2 (фиг.5), чтобы образовать непрерывный или квазинепрерывный набор значений для атрибута, чтобы на этапе 3 выходные данные представляли собой непрерывный или квазинепрерывный набор значений для атрибута. Однако на практике может оказаться более эффективной интерполяция, осуществляемая только тогда, когда она необходима при вычислении целевой функции, чтобы уменьшить требуемую вычислительную мощность.
Как показано уравнением (1), значение (fi) атрибута при азимуте, обозначенном местом размыкания круга, и значения атрибута при каждом из трех азимутов, обозначенных противоположно расположенными кружками, должны быть равны в случае, если пробная оценка φl азимута плоскости зеркальной симметрии является корректной. Это может привести к нулевому значению целевой функции Е. Однако понятно, что это не случай, показанный на фиг.4а, и это указывает на то, что пробная оценка φl азимута плоскости зеркальной симметрии не является корректной. Значение целевой функции Е для случая (фиг.4а) не будет минимальным.
Фиг.4b соответствует фиг.4а, но для случая иной пробной оценки φ2 азимута плоскости зеркальной симметрии. Оценка φ2 намного ближе к точному азимуту, и понятно, что значение атрибута при азимуте, обозначенном местом размыкания круга, и значения атрибута при каждом из трех азимутов, обозначенных противоположно расположенными кружками, будут приблизительно равны друг другу, так что значение целевой функции Е будет ближе к минимуму.
Один способ определения азимутов плоскостей зеркальной симметрии заключается в вычислении значения целевой функции для пробной оценки φl азимута плоскости зеркальной симметрии. Затем необходимо определить, равно ли нулю или достаточно близко к нулю значение целевой функции для φl. Если это так, то это свидетельствует о том, что азимут плоскости зеркальной симметрии близок или очень близок к φl. Однако если значение целевой функции для φl не равно нулю или недостаточно близко к нулю, то любой подходящий способ оптимизации можно использовать для определения азимута плоскости зеркальной симметрии, при котором минимизируется целевая функция.
Следует отметить, что нет необходимости исследовать целевую функцию в пределах полного азимутального диапазона, составляющего 360°. В случае двух ортогональных плоскостей зеркальной симметрии любой азимутальный диапазон в пределах 90° должен содержать значение азимута, при котором минимизируется целевая функция χ2. Поэтому в принципе при исследовании целевой функции в пределах азимутального диапазона, составляющего по меньшей мере 90°, плоскость зеркальной симметрии должна распознаваться. Исследование целевой функции в пределах азимутального диапазона, меньшего чем 90°, не является достоверным для распознавания плоскости зеркальной симметрии, хотя его можно проводить. Однако в случае, если имеется априорная информация относительно возможной ориентации плоскостей зеркальной симметрии, то можно исследовать целевую функцию в небольшом азимутальном диапазоне вокруг пробной оценки азимута плоскости зеркальной симметрии. Такая априорная информация относительно азимута плоскости зеркальной симметрии может быть получена, например, из сведений о режиме регионального напряжения в том случае, когда азимутальная анизотропия является результатом наличия трещин внутри земли.
Сейсмические данные собирают относительно конкретного направления, например относительно севера, задаваемого в качестве нулевого азимута. После выявления азимутов плоскостей зеркальной симметрии можно повернуть сейсмические данные так, чтобы нулевой азимут совпал с плоскостью зеркальной симметрии. Это облегчит последующую обработку сейсмических данных и также обеспечит возможность повышения качества сейсмического изображения, получаемого на основании сейсмических данных.
Кроме того, поворот сейсмических данных позволит извлечь дополнительные сейсмические атрибуты для описания сейсмической анизотропии. Это можно сделать с помощью трехэтапной обработки, при которой сначала осуществляют определение ориентации плоскостей симметрии, используя один зависимый от азимута атрибут сейсмических данных. Затем данные поворачивают так, чтобы нулевой азимут совпал с плоскостью зеркальной симметрии. В заключение из повернутых сейсмических данных извлекают другие атрибуты.
Изобретение было описано применительно к данным, собранным при использовании расстановки для наземной сейсмической разведки, показанной на фиг.1, в которой сейсмический источник S и приемник R расположены на земной поверхности. Однако изобретение не ограничено обработкой сейсмических данных, полученных с помощью расстановки для наземной сейсмической разведки, и может быть применено ко всем сейсмическим данным, в которых проявляется азимутальная анизотропия, независимо от того, каким способом получены данные. Например, сейсмические данные, полученные при использовании расстановки для сейсмической разведки с вертикальным профилированием, в которой приемник R расположен внутри ствола скважины, могут быть обработаны способом согласно изобретению при условии, что перекрытие по азимуту собранных сейсмических данных является достаточным.
На фиг.6а представлен вид сверху установки для сейсмической разведки с вертикальным сейсмическим профилированием, предназначенной для сбора сейсмических данных, пригодных для обработки способом изобретения. Приемник R расположен внутри ствола В скважины, а позиции Si источников в большом количестве расположены вокруг приемника R по окружности, центрированной относительно ствола скважины. На фиг.6а позиции Si источников обозначены через каждые 10° азимута, но интервал по азимуту между позициями соседних источников может быть больше или меньше 10°.
В принципе отдельный сейсмический источник может быть расположен на каждом месте Si для размещения источника. Однако обычно более эффективно использование «хороводного» принципа, в соответствии с которым сейсмический источник располагают и возбуждают на одном из мест Si источника, а сейсмические данные собирают при конкретном азимуте источник-приемник. Затем источник перемещают на другое место Si источника, а данные собирают при новом азимуте источник-приемник. Процесс перемещения сейсмического источника и сбора данных при новом азимуте источник-приемник повторяют до тех пор, пока не будут собраны данные при всех желаемых значениях азимута источник-приемник.
Кроме того, изобретение можно применять в случае обратных сейсмических данных вертикального сейсмического профилирования, когда данные собирают, используя сейсмический источник, расположенный внутри ствола скважины, и приемник, расположенный на земной поверхности. Обратные данные вертикального сейсмического профилирования, пригодные для обработки способом изобретения, могут быть получены при использовании схемы сейсмической разведки, соответствующей схеме из фиг.6а, но с переменой мест расположения источника и приемника. То есть сейсмический источник S должен быть расположен внутри ствола В скважины, а позиции Ri приемников в большом количестве должны быть расположены вокруг источника S по окружности, центрированной относительно ствола скважины.
На фиг.6b показана другая схема расстановки для сейсмической разведки, пригодная для сбора данных в случае большого числа азимутов источник-приемник. Она представляет собой расстановку для сейсмической разведки с морским донным кабелем, при которой группу сейсмических источников перемещают через водную массу посредством буксирующего судна. Сейсмическая энергия, излучаемая группой сейсмических источников, обнаруживается статической группой приемников, расположенных на дне моря. В примере, показанном на фиг.6b, группа сейсмических источников представляет собой линейную группу, а приемники также размещены с образованием линейной группы. Линия источников перпендикулярна к линии приемников, и это позволяет получать кольцевую выборку трасс при равноудаленных приемниках (фиг.6b). На фиг.6b там, где тонкая линия пересекает линию пунктов взрыва или линию приемников, обозначают соответственно позицию источника или приемника.
В примере, описанном выше, азимутальная зависимость определялась только для одного атрибута сейсмических данных. Однако в общем случае сейсмические данные, собранные при сейсмической разведке, вполне могут содержать больше одного атрибута, зависимого от азимута. В этом случае можно сделать два или более определений ориентации плоскостей зеркальной симметрии, используя при каждом определении иной атрибут сейсмических данных. Результаты отдельных определений можно объединить, например, используя процесс усреднения, чтобы получить конечную оценку азимута плоскостей зеркальной симметрии.
В качестве альтернативы можно объединить два или более зависимых от азимута атрибута, а ориентацию плоскостей симметрии можно найти из совокупного атрибута.
Предпочтительные варианты осуществления, описанные выше, относятся к случаю, когда внутри земли существуют две ортогональные плоскости симметрии. Однако изобретение не ограничено этим случаем и может быть применено к случаю, когда существует только единственная плоскость симметрии. Для существования единственной плоскости зеркальной симметрии требуется, чтобы соблюдалось равенство:
где f(φ) - значение атрибута при азимуте φ, а плоскость симметрии лежит на азимуте φ0. Вместо целевой функции Е, определенной выше уравнением (2), подходящая целевая функция для случая единственной плоскости зеркальной симметрии имеет вид:
Целевые функции Е и Е', определенные выше в уравнениях (2) и (4), являются мерой квадрата разности между фактическим значением атрибута и значением, предсказанным для этого атрибута при использовании пробной оценки азимута плоскости симметрии. Поэтому способ определения азимута плоскости симметрии, при котором минимизируется целевая функция Е или Е', представляет собой метод «наименьших квадратов». Однако изобретение не ограничено целевыми функциями, которые являются мерой квадрата разности между фактическим значением атрибута и значением, предсказанным для этого атрибута, и может быть использована любая целевая функция, которая является мерой разности между фактическим значением атрибута и предсказанным значением для этого атрибута.
В качестве примера вместо целевых функций Е или Е' можно использовать целевую функцию, которая является мерой абсолютной разности между фактическим значением атрибута и значением, предсказанным для этого атрибута. Нахождение азимута плоскости симметрии, при котором образуется «наименьшее абсолютное значение» разности, может быть более достоверным, чем при использовании метода «наименьших квадратов», особенно в случае, если данные содержат шум.
Поэтому в случае двух ортогональных симметричных плоскостей подходящей целевой функцией с «наименьшим абсолютным значением» будет:
В принципе можно использовать любую целевую функцию следующего общего вида:
где N - положительное число.
Выше изобретение описано преимущественно для сейсмических данных. Однако изобретение этим не ограничивается, а может быть применено для любых геофизических данных, которые проявляют азимутальную анизотропию. Например, изобретение также можно применить для построения каротажных диаграмм на основе, например, акустических данных и/или данных сопротивления.
На фиг.8 представлена структурная схема устройства 5, посредством которого можно осуществлять способ согласно настоящему изобретению.
Устройство 5 содержит программируемый процессор 6 данных с памятью 7 для программы, например, в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), хранящего программу для управления процессором 6 данных для обработки сейсмических данных предложенным способом. Кроме того, устройство содержит энергонезависимую память 8 чтения/записи для хранения любых данных, которые должны сохраняться при отсутствии питания. «Рабочая» или «сверхоперативная» память для процессора данных представлена памятью 9 с произвольным доступом. Предусмотрено входное устройство 10, предназначенное, например, для приема команд и данных от пользователя. Предусмотрено одно или несколько выходных устройств 11, предназначенных, например, для отображения информации, относящейся к ходу и результатам обработки. Выходное устройство/устройства может быть принтером, устройством визуального отображения или выходной памятью.
Наборы сейсмических данных для обработки могут подаваться через входное устройство 10 или по усмотрению могут подаваться с машинно-считываемого устройства 12 для хранения данных.
Результаты обработки могут быть выведены через выходное устройство 17 или могут быть сохранены.
Программа для работы устройства и для осуществления способа, описанного выше, хранится в памяти 7 для программы, которая может быть выполнена в виде полупроводниковой памяти, например, в виде хорошо известной памяти, доступной только для чтения. Однако программа с успехом может храниться на любом другом подходящем носителе данных, таком как магнитный носитель 7а данных (например, «дискета») или компактный диск 7b, доступный только для чтения.
1. Способ обработки геофизических данных, которые содержат, по меньшей мере, первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, заключающийся в том, что
a) осуществляют выбор атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник,
b) определяют значение азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
2. Способ определения плоскости азимутальной симметрии внутри земли на основании геофизических данных, содержащих, по меньшей мере, первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, заключающийся в том, что a) осуществляют выбор атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, b) определяют значение азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, и определяют положение плоскости зеркальной симметрии внутри земли.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на этапе (b) осуществляют определение соответствующего значения выбранного атрибута из каждого набора геофизических данных.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют интерполяцию между значением выбранного атрибута, определенным из первого набора геофизических данных, и значением выбранного атрибута, определенным из второго набора геофизических данных, и оценивают значение выбранного атрибута при азимуте источник-приемник, как среднее между первым и вторым азимутами источник-приемник.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что для определения значения выбранного атрибута c) вычисляют функцию, указывающую на вариацию между значением выбранного атрибута при первом азимуте (φ-φ0) источник-приемник и значением выбранного атрибута при втором азимуте (φ0-φ) источник-приемник, где φ0 - азимут плоскости зеркальной симметрии, и d) определяют значение φ0, при котором минимизируют значение функции.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что на этапе (d) определяют значение φ0 для функции, которое меньше заранее заданного значения.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что функция определяется выражением
где fi - значение выбранного атрибута при азимуте φ источник-приемник, а f[α] - значение атрибута при азимуте α источник-приемник.
8. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют выбор другого атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, и определяют значение азимута источник-приемник, относительно которого другой выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно определяют значение азимута плоскости зеркальной симметрии внутри земли на основании значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, и на основании значения азимута источник-приемник, относительно которого другой выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждый атрибут выбирают из времени вступления, угла поляризации, поперечной составляющей, полярности, изменения частоты со временем, амплитуды или линейности полученной сейсмической энергии.
11. Способ по п.2, отличающийся тем, что управляют последующими этапами обработки на основе определенной плоскости зеркальной симметрии.
12. Способ по п.2, отличающийся тем, что на начальном этапе осуществляют сбор, по меньшей мере, первого набора геофизических данных при первом азимуте источник-приемник и второго набора геофизических данных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник.
13. Способ по п.2, отличающийся тем, что геофизические данные представляют собой сейсмические данные.
14. Устройство для обработки геофизических данных, содержащих, по меньшей мере, первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, содержащее a) средство для выбора атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, b) средство для определения значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию.
15. Устройство для определения плоскости азимутальной симметрии внутри земли на основании геофизических данных, содержащих, по меньшей мере, первый набор геофизических данных, собранных при первом азимуте источник-приемник, и второй набор геофизических данных, собранных при втором азимуте источник-приемник, отличающемся от первого азимута источник-приемник, содержащее a) средство для выбора атрибута геофизических данных, который зависит от азимута источник-приемник, b) средство для определения значения азимута источник-приемник, относительно которого выбранный атрибут проявляет зеркальную симметрию, чтобы посредством этого определить положение плоскости зеркальной симметрии внутри земли.
16. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-13.
17. Устройство по п.15, содержащее программируемый процессор данных.
18. Носитель данных, содержащий программу для процессора данных из устройства по п.17.
