本發(fā)明涉及地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種薄煤層中地震疊前反演方法和裝置。

背景技術(shù)：

煤炭是我國主要的化石燃料，但其造成的空氣污染問題比較嚴(yán)重。煤層氣或煤層瓦斯氣是煤層中儲存的一種天然氣，是煤礦形成過程中的副產(chǎn)品。煤層氣是以甲烷為主(含量高于85％)的一種混合氣體，其燃燒后產(chǎn)物主要為水和二氧化碳，污染小，燃燒率高。我國煤層氣儲備十分豐富，煤層氣的勘探及開發(fā)正在從探索階段走向工業(yè)化生產(chǎn)和開發(fā)。

煤層氣大部分是以吸附氣的形式吸附在煤顆粒表面或在煤分子結(jié)構(gòu)中，少量以游離氣的形式存在于煤層微孔隙或微裂隙中，還有少一部分溶解于水中?？紫痘蛄严兜拇嬖诳梢栽黾用旱谋砻婺?，把周圍介質(zhì)中煤層氣分子吸附到表面上。因此對煤層中裂隙密度和分布的預(yù)測有助于在開發(fā)前了解煤層氣含量分布，減少開發(fā)成本，提高煤層氣產(chǎn)量。

在煤層中，廣泛存在定向排列的割理分布。以往的研究表明，割理的存在會導(dǎo)致地震波在煤層中傳播時產(chǎn)生各向異性效應(yīng)，即在煤層中沿不同方向傳播的地震波具有不同的速度。在煤層中，垂直發(fā)育的裂隙會導(dǎo)致煤層具有HTI(Horizontal Transverse Isotropy，方位各向異性)性質(zhì)，在地表進行地震勘探時，會觀測到方位各向異性性質(zhì)。在實際工作中，可以利用地震波反射振幅隨方位角及炮檢距的變化規(guī)律來進行定量或定性分析煤層垂直裂隙發(fā)育情況，此技術(shù)又稱為AVAz(Amplitude variation with offset and azimuth)技術(shù)。常規(guī)的AVAz技術(shù)的理論基礎(chǔ)一般基于Ruger的反射系數(shù)近似公式，其假設(shè)前提是界面兩側(cè)介質(zhì)為厚度無限大的均勻半空間介質(zhì)。但在我國，具有開采價值的煤層往往小于10米，相對于地震波長而言屬于薄層。薄層本身的頂?shù)装宸瓷浠ハ喔缮鏁Ψ瓷湔穹a(chǎn)生很大的影響。因此對于薄煤層利用傳統(tǒng)AVAz理論研究會產(chǎn)生較大的誤差。

發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中地震疊前反演方法在使用薄煤層中反演結(jié)果誤差較大，針對薄煤層的地震疊前反演，目前尚未提出有效的解決方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種薄煤層中地震疊前反演方法和裝置，以實現(xiàn)薄煤層疊前垂直裂隙反演，得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種薄煤層中地震疊前反演方法，包括：

根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗；

提取所述反射波時窗中井旁地震道集對應(yīng)的反射波；

根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗，包括：

對檢波器接收到的原始地震資料進行處理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

根據(jù)所述目標(biāo)工區(qū)中的煤層分布信息和鉆孔資料，確定所述目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層；

拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤層的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤層的地震層位。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波，包括：

根據(jù)目標(biāo)工區(qū)的測井資料，獲取所述目標(biāo)工區(qū)的地下介質(zhì)物性參數(shù)；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)；

根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜；其中，所述地震記錄頻譜是對所述井旁地震道集的所述反射波進行傅里葉變換得到的；

對計算得到的各個入射角和方位角的所述子波頻譜進行反傅里葉變換，得到各個所述入射角和方位角對應(yīng)的時間域子波。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)，包括：

根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)，包括：

根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)：r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，r表示反射、透射系數(shù)向量；其中，R代表反射系數(shù)；T代表透射系數(shù)；下標(biāo)PP代表縱波入射、縱波反射；下標(biāo)PS₁代表縱波入射、快橫波反射；下標(biāo)PS₂代表縱波入射、慢橫波反射；A₁和A₂為傳播矩陣，與煤層上下圍巖相關(guān)；B為薄煤層傳播矩陣；i_P為入射向量。

結(jié)合第一方面的第三種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜，包括：

根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜：其中，θ表示入射角；表示方位角；f為頻率；為不同入射角、不同方位角情況下的子波頻譜；為地震記錄頻譜；為不同入射角、不同方位角情況下的縱波反射系數(shù)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，根據(jù)地震層位對應(yīng)的所述反射波和所述井旁地震道集的地震子波，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，包括：

根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，建立所述反射波時窗內(nèi)所述實際反射波振幅譜和正演反射波振幅譜的反演目標(biāo)函數(shù)：

對所述反演目標(biāo)函數(shù)進行反演計算，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體：v為粒子的速度；x為粒子的位置，即問題的潛在解；pbest為歷史最優(yōu)位置；gbest為全局最優(yōu)位置；c₁、c₂為學(xué)習(xí)因子；r₁、r₂為兩個隨機數(shù)；ω稱為慣性權(quán)重；m為模型參數(shù)向量，包括薄煤層厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述薄煤層中地震疊前反演方法還包括：

將反演得到的所述目標(biāo)工區(qū)中所有CMP道集的地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的一維數(shù)據(jù)體進行綜合顯示，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的多維數(shù)據(jù)體。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種薄煤層中地震疊前反演裝置，包括：

確定模塊，用于根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗；

第一提取模塊，用于提取所述反射波時窗中井旁地震道集對應(yīng)的反射波；

第二提取模塊，用于根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

反演計算模塊，用于根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，所述確定模塊，包括：

地震處理單元，用于對檢波器接收到的原始地震資料進行處理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

目的煤層確定單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)工區(qū)中的煤層分布信息和鉆孔資料，確定所述目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層；

地震層位確定單元，用于拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤層的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤層的地震層位。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第二提取模塊，包括：

拾取單元，用于根據(jù)目標(biāo)工區(qū)的測井資料，獲取所述目標(biāo)工區(qū)的地下介質(zhì)物性參數(shù)；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

第一計算單元，用于根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)；

第二計算單元，用于根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜；其中，所述地震記錄頻譜是對所述井旁地震道集的所述反射波進行傅里葉變換得到的；

第三計算單元，用于對計算得到的各個入射角和方位角的所述子波頻譜進行反傅里葉變換，得到各個所述入射角和方位角對應(yīng)的時間域子波。

本發(fā)明實施例提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法和裝置，包括：根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定目的煤層的反射波時窗；提取反射波時窗中，地震層位對應(yīng)的反射波；根據(jù)獲取的地下介質(zhì)物性參數(shù)和地震層位對應(yīng)的反射波，提取目標(biāo)工區(qū)中井旁地震道集的地震子波；根據(jù)地震層位對應(yīng)的反射波和井旁地震道集的地震子波，反演得到目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，與現(xiàn)有技術(shù)中的地震疊前反演方法在使用薄煤層中反演結(jié)果誤差較大相比，其能夠根據(jù)地震層位對應(yīng)的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤層的厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)(包括裂縫系數(shù))，得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)薄煤層疊前垂直裂隙反演，從而為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實施例所提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法的流程圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種薄煤層中地震疊前反演方法的流程圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種薄煤層中地震疊前反演方法的流程圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種薄煤層中地震疊前反演方法的流程圖；

圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法的整理流程示意圖；

圖6示出了本發(fā)明實施例所提供的一種薄煤層中地震疊前反演裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7示出了本發(fā)明實施例所提供的一種薄煤層中地震疊前反演裝置中確定模塊和第二提取模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8示出了本發(fā)明實施例所提供的一種薄煤層中地震疊前反演裝置中反演計算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種薄煤層中地震疊前反演裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要標(biāo)號說明：

11、確定模塊；12、第一提取模塊；13、第二提取模塊；14、反演計算模塊；15、綜合顯示模塊；111、地震處理單元；112、目的煤層確定單元；113、地震層位確定單元；131、拾取單元；132、第一計算單元；133、第二計算單元；134、第三計算單元；141、反演目標(biāo)函數(shù)建立單元；142、反演計算單元。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

考慮到常規(guī)的AVAz技術(shù)的理論基礎(chǔ)一般基于Ruger的反射系數(shù)近似公式，其假設(shè)前提是界面兩側(cè)介質(zhì)為厚度無限大的均勻半空間介質(zhì)。但在我國，具有開采價值的煤層往往小于10米，相對于地震波長而言屬于薄層。薄層本身的頂?shù)装宸瓷浠ハ喔缮鏁Ψ瓷湔穹a(chǎn)生很大的影響。因此對于薄煤層利用傳統(tǒng)AVAz理論研究會產(chǎn)生較大的誤差，反演精度較差?；诖?，本發(fā)明實施例提供了一種薄煤層中地震疊前反演方法和裝置，其基于傳播矩陣法給出了HTI型薄煤層反射系數(shù)公式，在該公式的基礎(chǔ)上，利用粒子群算法實現(xiàn)了HTI型薄煤層疊前垂直裂隙反演，得到精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。下面通過實施例進行描述。

參考圖1，本發(fā)明實施例提供了一種薄煤層中地震疊前反演方法，所述方法包括：

S101、根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗。

本發(fā)明實施例中，對薄煤層進行疊前垂直反演，目的是為了得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，用于確定煤層富集區(qū)，為了高效的勘探和開發(fā)煤層氣。在對薄煤層進行疊前垂直反演的過程中，首先選的目標(biāo)工區(qū)，在目標(biāo)工區(qū)布置觀測系統(tǒng)，即在選取的目標(biāo)工區(qū)上預(yù)先布置炮點和檢波器，由炮點激發(fā)入射地震波，入射地震波經(jīng)過地下介質(zhì)的反射及透射傳回地表，并由檢波器進行接收，得到攜帶有該目標(biāo)工區(qū)的地下介質(zhì)物性參數(shù)到的地震記錄，然后對接收的地震記錄進行處理，得到多個CMP道集和地震偏移剖面，根據(jù)地震偏移剖面，確定目的煤層的地震層位。

本發(fā)明實施例中，目的煤層的反射波時窗的設(shè)置方法可以以層位為中心，向上和向下延拓3/4個周期，時窗設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是既要把目的煤層的反射波全部包含進來，又要避開其他地層反射波干擾。

S102、提取所述反射波時窗中井旁地震道集對應(yīng)的反射波。

本發(fā)明實施例中，首先確定井旁地震道集對應(yīng)的反射波時窗，然后在該反射波時窗中，提取井旁地震道集對應(yīng)的反射波；利用該井旁地震道集的反射波進行井旁地震道集的地震子波的提取以及地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的反演計算。

S103、根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)。

本發(fā)明實施例中，根據(jù)界面處位移及應(yīng)力連續(xù)邊界條件，結(jié)合地震波平面波方程，利用傳播矩陣?yán)碚摻TI型薄煤層反射、透射系數(shù)與傳播矩陣的關(guān)系，根據(jù)建立的關(guān)系計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)，根據(jù)縱波反射系數(shù)和地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的時間域子波。

其中，薄煤層的各向異性參數(shù)包括裂縫系數(shù)，本發(fā)明實施例中優(yōu)選對垂直分布的裂縫進行反演，對應(yīng)的，上述裂縫系數(shù)優(yōu)選為垂直裂縫系數(shù)。

S104、根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體。

本發(fā)明實施例中，一般的地震反演均根據(jù)實際問題歸納出一個目標(biāo)函數(shù)，反演的目的是讓目標(biāo)函數(shù)值最小。本發(fā)明實施例中，針對HTI型薄煤層的反演，首先根據(jù)井旁地震道集對應(yīng)的反射波、井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，建立反射波時窗實際反射波振幅譜和正演反射波振幅譜的目標(biāo)函數(shù)；

由于建立的目標(biāo)函數(shù)具有多極值的特點，常規(guī)的線性方法容易陷入最小極值。本發(fā)明實施例中，采用粒子群算法對建立的目標(biāo)函數(shù)進行求解，上述粒子群算法是一種較新的非線性全局尋優(yōu)算法，其理論基礎(chǔ)是模擬鳥群或魚群覓食，由于其算法原理直觀、容易實現(xiàn)、全局尋優(yōu)能力強，近年來逐漸受到學(xué)者的重視，并得到了廣泛的應(yīng)用。

本發(fā)明實施例提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法，與現(xiàn)有技術(shù)中的地震疊前反演方法在使用薄煤層中反演結(jié)果誤差較大相比，其能夠根據(jù)地震層位對應(yīng)的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤層的厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)(包括裂縫系數(shù))，得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)薄煤層疊前垂直裂隙反演，從而為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。

進一步的，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演方法中，參考圖2，上述步驟101中，根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗，包括：

S1011、對檢波器接收到的原始地震資料進行處理，得到CMP道集和地震偏移剖面。

具體的，在目標(biāo)工區(qū)布置的觀測系統(tǒng)中，由炮點激發(fā)入射地震波，入射地震波經(jīng)過地下介質(zhì)的反射及透射傳回地表，并由檢波器進行接收，得到地震記錄(該地震記錄包括目標(biāo)工區(qū)反射的地震波數(shù)據(jù))，系統(tǒng)對接收的地震記錄進行處理，得到多個CMP道集和地震偏移剖面。

S1012、根據(jù)所述目標(biāo)工區(qū)中的煤層分布信息和鉆孔資料，確定所述目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層。

具體的，根據(jù)選定的目標(biāo)工區(qū)中的煤層分布信息和鉆孔資料，首先確定上述目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層。

S1013、拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤層的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤層的地震層位。

具體的，對于一個反射波，拾取了該反射波的波峰或者波谷，根據(jù)拾取的波峰或者波谷確定該目的煤層的地震層位，以便后續(xù)根據(jù)確定的目的煤層的地震層位，確定該目的煤層的反射波時窗。

本發(fā)明實施例中，目的煤層的反射波時窗的設(shè)置方法可以以地震層為中心，向上和向下延拓3/4個周期，時窗設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是既要把目的煤層的反射波全部包含進來，又要避開其他地層反射波干擾。

進一步的，參考圖3，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演方法中，步驟103，根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波，包括：

S1031、根據(jù)目標(biāo)工區(qū)的測井資料，獲取所述目標(biāo)工區(qū)的地下介質(zhì)物性參數(shù)；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)。

具體的，上述薄煤層的速度包括：薄煤層的縱波速度和薄煤層的橫波速度；上述各向異性參數(shù)包括薄煤層中的裂縫參數(shù)，其包括水平裂縫參數(shù)和垂直裂縫參數(shù)；本發(fā)明實施例中優(yōu)選為垂直分布的裂縫參數(shù)。

S1032、根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)。

具體的，根據(jù)公式r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)；r表示反射、透射系數(shù)向量；其中，R代表反射系數(shù)；T代表透射系數(shù)；下標(biāo)PP代表縱波入射、縱波反射；下標(biāo)PS₁代表縱波入射、快橫波反射；下標(biāo)PS₂代表縱波入射、慢橫波反射；A₁和A₂為傳播矩陣，與煤層上下圍巖相關(guān)；B為薄煤層傳播矩陣；i_P為入射向量。

本發(fā)明實施例中，根據(jù)界面處位移及應(yīng)力連續(xù)邊界條件，結(jié)合地震波平面波方程，利用傳播矩陣?yán)碚摻TI型薄煤層反射、透射系數(shù)與傳播矩陣的關(guān)系式如下：

式(1)中，θ為入射角，為方位角，f為頻率，m包括煤層厚度、煤層各向異性參數(shù)和地下介質(zhì)其他物性參數(shù)。稱為反射、透射系數(shù)向量；其中R代表反射系數(shù)；T代表透射系數(shù)；下標(biāo)PP代表縱波入射、縱波反射；下標(biāo)PS₁代表縱波入射、快橫波反射；下標(biāo)PS₂代表縱波入射、慢橫波反射；在本發(fā)明中，所用的反射系數(shù)為R_PP，對已知地下介質(zhì)情況，其值隨入射角、方位角和頻率變化而變化。A₁和A₂為傳播矩陣，i_P為入射向量，A₁、A₂和i_P與入射角、方位角、頻率及煤層圍巖物性參數(shù)有關(guān)；B為薄煤層傳播矩陣，其值與入射角、方位角、頻率、煤層各向異性參數(shù)及煤層其他物性參數(shù)有關(guān)。利用式(1)在已知入射角、方位角、煤層厚度和介質(zhì)物性的情況下，就可以計算縱波入射時所有反射系數(shù)和透射系數(shù)。需要注意的一點是反射系數(shù)和透射系數(shù)是頻變的，不能直接采用常規(guī)AVO反演方法。

S1033、根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜；其中，所述地震記錄頻譜是對所述井旁地震道集的所述反射波進行傅里葉變換得到的。

具體的，通過目標(biāo)工區(qū)的測井資料，獲取到了目標(biāo)工區(qū)中目的煤層的煤層厚度、煤層的物性參數(shù)(包括煤層的縱、橫波速度)，以及煤層的各向異性參數(shù)，然后根據(jù)公式計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜；

其中，式2中，θ表示入射角、表示方位角、f為頻率；為不同入射角、不同方位角情況下的子波頻譜，為地震記錄頻譜，為不同入射角、不同方位角情況下的縱波反射系數(shù)。

S1034、對計算得到的各個入射角和方位角的所述子波頻譜進行反傅里葉變換，得到各個所述入射角和方位角對應(yīng)的時間域子波。

進一步的，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演方法中，步驟104，根據(jù)地震層位對應(yīng)的所述反射波和所述井旁地震道集的地震子波，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，包括：

1、根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，建立所述反射波時窗內(nèi)所述實際反射波振幅譜和正演反射波振幅譜的反演目標(biāo)函數(shù)：

2、對所述反演目標(biāo)函數(shù)進行反演計算，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體：v為粒子的速度；x為粒子的位置，即問題的潛在解；pbest為歷史最優(yōu)位置；gbest為全局最優(yōu)位置；c₁、c₂為學(xué)習(xí)因子；r₁、r₂為兩個隨機數(shù)；ω稱為慣性權(quán)重；m為模型參數(shù)向量，包括薄煤層厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)。

具體的，反演目標(biāo)函數(shù)的建立的理論依據(jù)如下：根據(jù)實際問題歸納出一個目標(biāo)函數(shù)，反演的目的是讓目標(biāo)函數(shù)值最小。對于HTI型薄煤層的反演而言，目標(biāo)函數(shù)為反演時窗內(nèi)實際反射波振幅譜和正演反射波振幅譜的二范數(shù)，即：

式(3)中，m為模型參數(shù)向量，包括薄煤層厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；G為正演算子，作用為利用模型參數(shù)向量進行合成記錄并生成振幅譜；A為實際地震數(shù)據(jù)振幅譜。

在建立了上述反演目標(biāo)函數(shù)后，對上述反演目標(biāo)函數(shù)進行反演計算。由于反演目標(biāo)函數(shù)具有多極值的特點，常規(guī)的線性方法容易陷入最小極值。本發(fā)明實施例中采用粒子群算法對其進行求解。具體的，粒子群算法是一種較新的非線性全局尋優(yōu)算法，其理論基礎(chǔ)是模擬鳥群或魚群覓食。由于其算法原理直觀、容易實現(xiàn)、全局尋優(yōu)能力強，近年來逐漸受到學(xué)者的重視，并得到了廣泛的應(yīng)用。粒子群算法的核心是粒子的速度和位移更新公式。第i個粒子，第n次迭代，第m維的速度v_im和位置x_im的更新方程如下：

其中，式4和式5中，v為粒子的速度；x為粒子的位置，即問題的潛在解；pbest為歷史最優(yōu)位置；gbest為全局最優(yōu)位置；c₁、c₂為學(xué)習(xí)因子；r₁、r₂為兩個隨機數(shù)；ω稱為慣性權(quán)重。位置m意義同公式(3)。每次迭代中，粒子群算法對每個粒子均計算目標(biāo)函數(shù)值，將所有粒子中目標(biāo)函數(shù)值最小對應(yīng)的位置作為全局最優(yōu)位置，同時參考每個個體經(jīng)過的個體歷史最優(yōu)位置進行速度更新，使粒子向最優(yōu)位置靠近。經(jīng)過數(shù)次迭代，即搜索到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，此時的位置m即為反演得到的結(jié)果。

利用粒子群算法進行薄HTI薄煤層參數(shù)反演，只需要提供m的合理搜索范圍，粒子群會自動搜索并更新模型，最終得到一組目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的反演結(jié)果。反演結(jié)果中的薄層厚度、各向異性參數(shù)等信息可用于煤厚預(yù)測、裂縫發(fā)育預(yù)測等應(yīng)用。

進一步的，參考圖4，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演方法中，還包括：

S105、將反演得到的所述目標(biāo)工區(qū)中所有CMP道集的地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的一維數(shù)據(jù)體進行綜合顯示，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的多維數(shù)據(jù)體。

本發(fā)明實施例中，將每個CMP道集反演結(jié)果進行綜合顯示，利用薄煤層的煤層厚度變化和煤層的各向異性參數(shù)變化圈定煤層氣富集區(qū)，作為未來煤層氣開發(fā)有利區(qū)塊。

圖5示出了本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演方法的整理流程示意圖。本發(fā)明實施例提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法，是在煤層氣資源勘探開發(fā)中，提供薄煤層垂直裂縫的疊前反演方法，從而獲得煤層各向異性性質(zhì)，為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。

本發(fā)明實施例提供的一種薄煤層中地震疊前反演方法，與現(xiàn)有技術(shù)中的地震疊前反演方法在使用薄煤層中反演結(jié)果誤差較大相比，其能夠根據(jù)地震層位對應(yīng)的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤層的厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)(包括裂縫系數(shù))，得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)薄煤層疊前垂直裂隙反演，從而為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。

參考圖6，本發(fā)明實施例還提供了一種薄煤層中地震疊前反演裝置，所述裝置用于執(zhí)行上述薄煤層中地震疊前反演方法，所述反演裝置包括：

確定模塊11，用于根據(jù)目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層的地震層位，確定所述目的煤層的反射波時窗；

第一提取模塊12，用于提取所述反射波時窗中井旁地震道集對應(yīng)的反射波；

第二提取模塊13，用于根據(jù)測井資料的地下介質(zhì)物性參數(shù)和所述井旁地震道集對應(yīng)的所述反射波，提取所述目標(biāo)工區(qū)中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

反演計算模塊14，用于根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體。

進一步的，參考圖7，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置中，確定模塊11，包括：

地震處理單元111，用于對檢波器接收到的原始地震資料進行處理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

目的煤層確定單元112，用于根據(jù)所述目標(biāo)工區(qū)中的煤層分布信息和鉆孔資料，確定所述目標(biāo)工區(qū)中的目的煤層；

地震層位確定單元113，用于拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤層的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤層的地震層位。

進一步的，參考圖7，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置中，第二提取模塊13，包括：

拾取單元131，用于根據(jù)目標(biāo)工區(qū)的測井資料，獲取所述目標(biāo)工區(qū)的地下介質(zhì)物性參數(shù)；所述地下介質(zhì)物性參數(shù)至少包括薄煤層的以下參數(shù)：厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)；

第一計算單元132，用于根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)；

第二計算單元133，用于根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜；其中，所述地震記錄頻譜是對所述井旁地震道集的所述反射波進行傅里葉變換得到的；

第三計算單元134，用于對計算得到的各個入射角和方位角的所述子波頻譜進行反傅里葉變換，得到各個所述入射角和方位角對應(yīng)的時間域子波。

進一步的，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置中，第一計算單元132具體用于，根據(jù)獲取的所述地下介質(zhì)物性參數(shù)，計算各個入射角和方位角的縱波反射系數(shù)：r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，r表示反射、透射系數(shù)向量；其中，R代表反射系數(shù)；T代表透射系數(shù)；下標(biāo)PP代表縱波入射、縱波反射；下標(biāo)PS₁代表縱波入射、快橫波反射；下標(biāo)PS₂代表縱波入射、慢橫波反射；A₁和A₂為傳播矩陣，與煤層上下圍巖相關(guān)；B為薄煤層傳播矩陣；i_P為入射向量。

進一步的，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置中，第二計算單元133具體用于，根據(jù)所述縱波反射系數(shù)和所述井旁地震道集的所述反射波對應(yīng)的地震記錄頻譜，計算各個入射角和方位角對應(yīng)的子波頻譜：其中，θ表示入射角；表示方位角；f為頻率；為不同入射角、不同方位角情況下的子波頻譜；為地震記錄頻譜；為不同入射角、不同方位角情況下的縱波反射系數(shù)。

進一步的，參考圖8，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置中，反演計算模塊14，包括：

反演目標(biāo)函數(shù)建立單元141，用于根據(jù)所述井旁地震道集對應(yīng)的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和實際反射波振幅譜，反演得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，建立所述反射波時窗內(nèi)所述實際反射波振幅譜和正演反射波振幅譜的反演目標(biāo)函數(shù)：

反演計算單元142，用于對所述反演目標(biāo)函數(shù)進行反演計算，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體：v為粒子的速度；x為粒子的位置，即問題的潛在解；pbest為歷史最優(yōu)位置；gbest為全局最優(yōu)位置；c₁、c₂為學(xué)習(xí)因子；r₁、r₂為兩個隨機數(shù)；ω稱為慣性權(quán)重；m為模型參數(shù)向量，包括薄煤層厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)。

進一步的，參考圖9，本發(fā)明實施例提供的薄煤層中地震疊前反演裝置，還包括：

綜合顯示模塊15，用于將反演得到的所述目標(biāo)工區(qū)中所有CMP道集的地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的一維數(shù)據(jù)體進行綜合顯示，得到所述目標(biāo)工區(qū)中地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的多維數(shù)據(jù)體。

本發(fā)明實施例提供的一種薄煤層中地震疊前反演裝置，與現(xiàn)有技術(shù)中的地震疊前反演方法在使用薄煤層中反演結(jié)果誤差較大相比，其能夠根據(jù)地震層位對應(yīng)的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤層的厚度、速度、密度和各向異性參數(shù)(包括裂縫系數(shù))，得到高精度地下真實介質(zhì)物性參數(shù)的數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)薄煤層疊前垂直裂隙反演，從而為煤層氣富集區(qū)的勘探和開發(fā)提供地質(zhì)保障。

本發(fā)明實施例所提供的薄煤層中地震疊前反演裝置可以為設(shè)備上的特定硬件或者安裝于設(shè)備上的軟件或固件等。本發(fā)明實施例所提供的裝置，其實現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和前述方法實施例相同，為簡要描述，裝置實施例部分未提及之處，可參考前述方法實施例中相應(yīng)內(nèi)容。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，前述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過程，均可以參考上述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

在本發(fā)明所提供的實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明提供的實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋，此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本發(fā)明的具體實施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。