地震波形分類系統(tǒng)和方法
【專利說明】地震波形分類系統(tǒng)和方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明/相關(guān)申請
本申請根據(jù)美國法典第35篇第119 (e)和120條要求在2012年11月3日提交且題為 Seismic Waveform Classificat1n Systems and Methods (地震波形分類系統(tǒng)和方法)的美國臨時專利申請N0.61/722，147的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及一種用于將地震數(shù)據(jù)分類成常見波形響應(yīng)的過程。地震數(shù)據(jù)內(nèi)的分析窗口可具有由一個或兩個解釋層位所定義的定時間或深度持續(xù)時間或變量。本公開特別適用于3D地震數(shù)據(jù)體和2D地震測線且通過自然延伸而適用于微震事件。
【背景技術(shù)】
[0003]地質(zhì)建模是已知的。諸如在針對可能的石油或油氣含量的調(diào)查中的儲層或者更一般的意義上來說的地質(zhì)盆地之類的地表下領(lǐng)域的準(zhǔn)確建模對于該領(lǐng)域的進(jìn)行中的調(diào)查而言是關(guān)鍵的。鉆進(jìn)探井是昂貴的任務(wù)，如全面的地震或地磁勘測一樣，并且準(zhǔn)確的決策要求準(zhǔn)確的地質(zhì)測繪。
[0004]關(guān)于存在于此類儲層中的地質(zhì)層位的信息明顯是重要的第一步。沉積層的類型和厚度的知識為地質(zhì)學(xué)家提供用于將地表下結(jié)構(gòu)可視化的關(guān)鍵信息。然而，在大多數(shù)區(qū)域中，地層被各種斷層切割，使得分析任務(wù)更加復(fù)雜得多。地質(zhì)測繪要求識別斷層并將沿著斷層面的滑動量量化?；瑒恿炕颉奥洳睢钡姆秶梢栽跀嗔亚闆r下很少至沒有實際移動至沿著主斷層帶幾百公里的距離，諸如，加利福尼亞的圣安德列斯斷層。
[0005]地質(zhì)領(lǐng)域的三維(“3-D”)模型對于地質(zhì)學(xué)家和探測規(guī)劃管理員而言將是非常有用的工具。那種技術(shù)在于地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)物理學(xué)以及3D計算機(jī)圖形學(xué)之間的交叉，并且在此類產(chǎn)品中需要克服多個固有問題。首先，數(shù)據(jù)常常是不完整的。正在討論的體積范圍從地球的表面下至數(shù)千英尺，并且一般地難以獲得數(shù)據(jù)。此外，對于可用的數(shù)據(jù)而言，常常具有地震勘測結(jié)果和測井記錄數(shù)據(jù)的性質(zhì)，經(jīng)受相當(dāng)多的處理和解釋。其次，專業(yè)判斷的大尺度測量變成任何此類分析的再現(xiàn)，使得任何分析工具的目標(biāo)不能是完整的結(jié)果，而是應(yīng)旨在幫助地質(zhì)學(xué)家以可能的最快速且有效的方式生成其判斷。
[0006]另一困難源自于問題的固有復(fù)雜性。例如，典型的石油儲層可由許多巖性變化、各種成巖疊印(diagenic overprints)以及復(fù)雜斷層和斷裂情況組成。理解儲層特性的存在、結(jié)構(gòu)以及分布是優(yōu)化發(fā)現(xiàn)、開發(fā)以及最終烴類抽取至關(guān)重要。
[0007]反射地震法很長時間以來被用于對地球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層情況進(jìn)行成像。在用于含烴地層的勘探和開發(fā)中尤其如此。地震特征的差異與地質(zhì)特征的差異有關(guān)。相似和變化的地震波形的空間模式的解釋可導(dǎo)致關(guān)聯(lián)地質(zhì)空間變化的解釋，其進(jìn)而可導(dǎo)致更好的勘探和開發(fā)。
[0008]已知許多地震波形分類技術(shù)，其中，通過復(fù)雜的統(tǒng)計過程而導(dǎo)出分類波形，其可能在直觀上晦澀且在計算上昂貴。這些技術(shù)的結(jié)果常常是高度起始條件相關(guān)的，針對不同的起始點引起不同的結(jié)果，并且可不對波形響應(yīng)的全局變化性進(jìn)行采樣或建模。并且，結(jié)果可嚴(yán)重依賴于統(tǒng)計建模算法的選擇。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示出關(guān)聯(lián)地震道的棱柱的示例性3D地震體的圖像；
圖2是用來定義圖1中所示的地震體的分析部分的解釋層位的圖像；
圖3是圖1中所示體的分析部分的圖像；
圖4是對隨著解決方案中的分類波形數(shù)目增加的聚類分離指數(shù)的減小進(jìn)行繪圖的圖形顯示；
圖5是圖示出按相似性排序的作為結(jié)果的20個分類波形的圖形顯示；
圖6是圖示出按顯著性排序的作為結(jié)果的20個分類波形的圖形顯示；
圖7A和7B示出了用于基于顯著性的兩個不同數(shù)目的分類波形的解決方案地圖；
圖8A和SB示出了通過選擇按相似性排序的十一個分類波形產(chǎn)生的在左側(cè)的解決方案地圖和具有二十個分類且在河道復(fù)合體內(nèi)提供增加的層次細(xì)節(jié)的在右側(cè)的解決方案地圖；
圖9圖示出分類波形的方法；
圖10圖示出從所有波形的子集之中選擇最相似的波形的方法；
圖11圖示出用于將并非最相似波形的波形的其余子集分類的方法；以及圖12A和12B是可用來實現(xiàn)地震波形分類系統(tǒng)的兩個不同計算環(huán)境/計算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面針對用于油氣儲量的勘探和后續(xù)開發(fā)的波形分類系統(tǒng)來描述系統(tǒng)和方法，并且其可被地質(zhì)學(xué)家和工程師在勘探和隨后開發(fā)油氣儲量時用作工具。然而，該系統(tǒng)和方法具有更廣泛的應(yīng)用，這是由于可以在其它近地表地震成像(例如，土木工程學(xué)和考古學(xué)中的探地雷達(dá)的使用)中使用該系統(tǒng)和方法，以將與水壓致裂等相關(guān)聯(lián)的微震事件分類，并且應(yīng)理解的是，本公開涵蓋該系統(tǒng)和方法的每個應(yīng)用。該系統(tǒng)還適用于常常與油氣開發(fā)中的水壓致裂過程相關(guān)聯(lián)而收集的微震數(shù)據(jù)。將微震事件分類可在理解相似事件的空間聚類且進(jìn)一步對震源機(jī)制進(jìn)行建模時有用。理解震源機(jī)制有助于解釋裂縫方位和應(yīng)力狀態(tài)。
[0011]本公開的一個方面涉及用于將地震波形分類以幫助分析員快速地且準(zhǔn)確地識別許多地震波形道內(nèi)可與相似地質(zhì)條件有關(guān)的共通性和相互關(guān)系的系統(tǒng)和方法。地震波形對應(yīng)于例如地震道。地震道是在地球表面上的某位置處記錄的時間序列曲線。該時間序列曲線對應(yīng)于來自地表下的地質(zhì)特征的聲音或彈性波的回波。調(diào)查這些波形共通性和關(guān)系的空間性質(zhì)對于理解地質(zhì)復(fù)雜性而言是重要的。
[0012]本公開的實現(xiàn)涉及用于將波形分類的系統(tǒng)和/或方法。更具體來說，本公開描述了針對地震響應(yīng)中的區(qū)域趨勢的提取和描繪的地震波形分類系統(tǒng)(SffCS)O這些趨勢可與能夠涉及各種調(diào)查性地球研究的地質(zhì)趨勢直接相關(guān)。這些趨勢的識別和解釋是地質(zhì)學(xué)家和工程師在油氣儲量的勘探和后續(xù)開發(fā)中的常見活動，雖然該系統(tǒng)和方法還可用在其它近地表地震成像(例如，土木工程學(xué)和考古學(xué)中的探地雷達(dá)的使用)中，或者其還可用來將與水壓致裂相關(guān)聯(lián)的微震事件分類。
[0013]根據(jù)一個方面，SffCS分析在地球表面的特定位置處收集的大量地震道，并直接地從地震道提取波形響應(yīng)的最大分集作為最終或起始分類波形。由于最大分集的該直接提取，用于分析的道的子集可能僅需要是總道數(shù)的百分之一或更少。不需要選擇復(fù)雜或晦澀的統(tǒng)計算法?？梢栽诓贿^度修改波形的情況下完成附加調(diào)節(jié)。此外，然后可在總體顯著性和層次相似性方面對分類波形進(jìn)行排序。最后，由于只有第一分類波形要求道的樣本子集的窮舉搜索且由于所有后續(xù)分類波形僅與先前導(dǎo)出的波形相比較，所以系統(tǒng)在計算上是快速的，其允許在計算機(jī)上以高度交互和解釋性的設(shè)計來實現(xiàn)。
[0014]該系統(tǒng)和方法允許使用直接且容易解釋的方法(S卩，不要求深入的數(shù)學(xué)或統(tǒng)計學(xué)知識來理解該方法)進(jìn)行地震波形共通性和相互關(guān)系的改善的測繪。其確保利用關(guān)于在顯著性和相似性方面的波形分級結(jié)構(gòu)的信息對波形響應(yīng)的最大分集進(jìn)行采樣。另外，其快到足以在高度交互和解釋性的計算機(jī)軟件中實現(xiàn)。
[0015]該系統(tǒng)可基于以下方案從地震道對波形進(jìn)行直接采樣:1)找到對于集合中的所有道具有最高聚合相似性的波形；2)迭代地從道集合中找到其余期望數(shù)目的波形作為與先前所識別的最不相似的那些；3)使用諸如自組織地圖之類的統(tǒng)計“訓(xùn)練”方法來可選地調(diào)節(jié)在步驟I和2中找到的波形；4)出于解釋的目的基于顯著性和相似性對波形進(jìn)行排序；以及5)將最終分類波形與每個地震道進(jìn)行比較，并向該位置分配具有最高相似性的地震道的指數(shù)，產(chǎn)生最終分類地圖。
[0016]該系統(tǒng)配置成迭代地確定一組波形，其最佳地呈現(xiàn)完整的波形集合內(nèi)的變化性。也就是說，這組波形固有地彼此不相似，同時共同地盡可能與完整的波形集合相似。一旦已確定這些典型波形，則可用完整的波形集合可選地對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后根據(jù)彼此的相似性和對完整的波形集合的總體顯著性對這些最終“分類波形”進(jìn)行排序。
[0017]可從地震道的子集直接確定初始分類波形。第一分類波形是與子集中的所有其它道波形最相似的道波形。然后，附加分類波形取決于先前確定的分類波形。也就是說，下一個分類波形是與已經(jīng)確定的那些道波形最不相似(最不同)的道波形。第二個是與找到的第一個最不相似的道波形，第三個是與前兩個最不相似的，第四個與前三個最不相似的，依此類推。這確保初始分類波形(假定附加訓(xùn)練步驟)表示最常見的地震波形響應(yīng)，然后其之后是改變最