CN106772579B - 一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置，包括：根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定目的煤层的反射波时窗；提取反射波时窗中，地震层位对应的反射波；根据获取的地下介质物性参数和地震层位对应的反射波，提取目标工区中井旁地震道集的地震子波；根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，反演得到目标工区中地下真实介质物性参数的数据体；其能够根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤层的厚度、速度、密度和各向异性参数，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，从而为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

Description

一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体而言，涉及一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置。

背景技术

煤炭是我国主要的化石燃料，但其造成的空气污染问题比较严重。煤层气或煤层瓦斯气是煤层中储存的一种天然气，是煤矿形成过程中的副产品。煤层气是以甲烷为主(含量高于85％)的一种混合气体，其燃烧后产物主要为水和二氧化碳，污染小，燃烧率高。我国煤层气储备十分丰富，煤层气的勘探及开发正在从探索阶段走向工业化生产和开发。

煤层气大部分是以吸附气的形式吸附在煤颗粒表面或在煤分子结构中，少量以游离气的形式存在于煤层微孔隙或微裂隙中，还有少一部分溶解于水中。孔隙或裂隙的存在可以增加煤的表面能，把周围介质中煤层气分子吸附到表面上。因此对煤层中裂隙密度和分布的预测有助于在开发前了解煤层气含量分布，减少开发成本，提高煤层气产量。

在煤层中，广泛存在定向排列的割理分布。以往的研究表明，割理的存在会导致地震波在煤层中传播时产生各向异性效应，即在煤层中沿不同方向传播的地震波具有不同的速度。在煤层中，垂直发育的裂隙会导致煤层具有HTI(Horizontal Transverse Isotropy，方位各向异性)性质，在地表进行地震勘探时，会观测到方位各向异性性质。在实际工作中，可以利用地震波反射振幅随方位角及炮检距的变化规律来进行定量或定性分析煤层垂直裂隙发育情况，此技术又称为AVAz(Amplitude variation with offset and azimuth)技术。常规的AVAz技术的理论基础一般基于Ruger的反射系数近似公式，其假设前提是界面两侧介质为厚度无限大的均匀半空间介质。但在我国，具有开采价值的煤层往往小于10米，相对于地震波长而言属于薄层。薄层本身的顶底板反射互相干涉会对反射振幅产生很大的影响。因此对于薄煤层利用传统AVAz理论研究会产生较大的误差。

发明人在研究中发现，现有技术中地震叠前反演方法在使用薄煤层中反演结果误差较大，针对薄煤层的地震叠前反演，目前尚未提出有效的解决方式。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置，以实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体。

第一方面，本发明实施例提供了一种薄煤层中地震叠前反演方法，包括：

根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗；

提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波；

根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗，包括：

对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层；

拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波，包括：

根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；

根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的；

对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数，包括：

根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数，包括：

根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数：r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，r表示反射、透射系数向量；其中，R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；A₁和A₂为传播矩阵，与煤层上下围岩相关；B为薄煤层传播矩阵；i_P为入射向量。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱，包括：

根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱：其中，θ表示入射角；表示方位角；f为频率；为不同入射角、不同方位角情况下的子波频谱；为地震记录频谱；为不同入射角、不同方位角情况下的纵波反射系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，包括：

根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，建立所述反射波时窗内所述实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的反演目标函数：其中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱；

对所述反演目标函数进行反演计算，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体： v为粒子的速度；m为问题的潜在解；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重；m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述薄煤层中地震叠前反演方法还包括：

将反演得到的所述目标工区中所有CMP道集的地下真实介质物性参数的一维数据体进行综合显示，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的多维数据体。

第二方面，本发明实施例还提供了一种薄煤层中地震叠前反演装置，包括：

确定模块，用于根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗；

第一提取模块，用于提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波；

第二提取模块，用于根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

反演计算模块，用于根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述确定模块，包括：

地震处理单元，用于对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

目的煤层确定单元，用于根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层；

地震层位确定单元，用于拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二提取模块，包括：

拾取单元，用于根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

第一计算单元，用于根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；

第二计算单元，用于根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的；

第三计算单元，用于对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波。

本发明实施例提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置，包括：根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定目的煤层的反射波时窗；提取反射波时窗中，地震层位对应的反射波；根据获取的地下介质物性参数和地震层位对应的反射波，提取目标工区中井旁地震道集的地震子波；根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，反演得到目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，与现有技术中的地震叠前反演方法在使用薄煤层中反演结果误差较大相比，其能够根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤层的厚度、速度、密度和各向异性参数(包括裂缝系数)，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，从而为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种薄煤层中地震叠前反演方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种薄煤层中地震叠前反演方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的另一种薄煤层中地震叠前反演方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法的整理流程示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种薄煤层中地震叠前反演装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种薄煤层中地震叠前反演装置中确定模块和第二提取模块的结构示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种薄煤层中地震叠前反演装置中反演计算模块的结构示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的另一种薄煤层中地震叠前反演装置的结构示意图。

主要标号说明：

11、确定模块；12、第一提取模块；13、第二提取模块；14、反演计算模块；15、综合显示模块；111、地震处理单元；112、目的煤层确定单元；113、地震层位确定单元；131、拾取单元；132、第一计算单元；133、第二计算单元；134、第三计算单元；141、反演目标函数建立单元；142、反演计算单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到常规的AVAz技术的理论基础一般基于Ruger的反射系数近似公式，其假设前提是界面两侧介质为厚度无限大的均匀半空间介质。但在我国，具有开采价值的煤层往往小于10米，相对于地震波长而言属于薄层。薄层本身的顶底板反射互相干涉会对反射振幅产生很大的影响。因此对于薄煤层利用传统AVAz理论研究会产生较大的误差，反演精度较差。基于此，本发明实施例提供了一种薄煤层中地震叠前反演方法和装置，其基于传播矩阵法给出了HTI型薄煤层反射系数公式，在该公式的基础上，利用粒子群算法实现了HTI型薄煤层叠前垂直裂隙反演，得到精度地下真实介质物性参数的数据体，为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。下面通过实施例进行描述。

参考图1，本发明实施例提供了一种薄煤层中地震叠前反演方法，所述方法包括：

S101、根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗。

本发明实施例中，对薄煤层进行叠前垂直反演，目的是为了得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，用于确定煤层富集区，为了高效的勘探和开发煤层气。在对薄煤层进行叠前垂直反演的过程中，首先选的目标工区，在目标工区布置观测系统，即在选取的目标工区上预先布置炮点和检波器，由炮点激发入射地震波，入射地震波经过地下介质的反射及透射传回地表，并由检波器进行接收，得到携带有该目标工区的地下介质物性参数到的地震记录，然后对接收的地震记录进行处理，得到多个CMP道集和地震偏移剖面，根据地震偏移剖面，确定目的煤层的地震层位。

本发明实施例中，目的煤层的反射波时窗的设置方法可以以层位为中心，向上和向下延拓3/4个周期，时窗设置的标准是既要把目的煤层的反射波全部包含进来，又要避开其他地层反射波干扰。

S102、提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波。

本发明实施例中，首先确定井旁地震道集对应的反射波时窗，然后在该反射波时窗中，提取井旁地震道集对应的反射波；利用该井旁地震道集的反射波进行井旁地震道集的地震子波的提取以及地下真实介质物性参数的反演计算。

S103、根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数。

本发明实施例中，根据界面处位移及应力连续边界条件，结合地震波平面波方程，利用传播矩阵理论建立HTI型薄煤层反射、透射系数与传播矩阵的关系，根据建立的关系计算各个入射角和方位角的纵波反射系数，根据纵波反射系数和地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的时间域子波。

其中，薄煤层的各向异性参数包括裂缝系数，本发明实施例中优选对垂直分布的裂缝进行反演，对应的，上述裂缝系数优选为垂直裂缝系数。

S104、根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体。

本发明实施例中，一般的地震反演均根据实际问题归纳出一个目标函数，反演的目的是让目标函数值最小。本发明实施例中，针对HTI型薄煤层的反演，首先根据井旁地震道集对应的反射波、井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，建立反射波时窗实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的目标函数；

由于建立的目标函数具有多极值的特点，常规的线性方法容易陷入最小极值。本发明实施例中，采用粒子群算法对建立的目标函数进行求解，上述粒子群算法是一种较新的非线性全局寻优算法，其理论基础是模拟鸟群或鱼群觅食，由于其算法原理直观、容易实现、全局寻优能力强，近年来逐渐受到学者的重视，并得到了广泛的应用。

本发明实施例提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法，与现有技术中的地震叠前反演方法在使用薄煤层中反演结果误差较大相比，其能够根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤层的厚度、速度、密度和各向异性参数(包括裂缝系数)，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，从而为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

进一步的，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演方法中，参考图2，上述步骤101中，根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗，包括：

S1011、对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面。

具体的，在目标工区布置的观测系统中，由炮点激发入射地震波，入射地震波经过地下介质的反射及透射传回地表，并由检波器进行接收，得到地震记录(该地震记录包括目标工区反射的地震波数据)，系统对接收的地震记录进行处理，得到多个CMP道集和地震偏移剖面。

S1012、根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层。

具体的，根据选定的目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，首先确定上述目标工区中的目的煤层。

S1013、拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。

具体的，对于一个反射波，拾取了该反射波的波峰或者波谷，根据拾取的波峰或者波谷确定该目的煤层的地震层位，以便后续根据确定的目的煤层的地震层位，确定该目的煤层的反射波时窗。

本发明实施例中，目的煤层的反射波时窗的设置方法可以以地震层为中心，向上和向下延拓3/4个周期，时窗设置的标准是既要把目的煤层的反射波全部包含进来，又要避开其他地层反射波干扰。

进一步的，参考图3，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演方法中，步骤103，根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波，包括：

S1031、根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数。

具体的，上述薄煤层的速度包括：薄煤层的纵波速度和薄煤层的横波速度；上述各向异性参数包括薄煤层中的裂缝参数，其包括水平裂缝参数和垂直裂缝参数；本发明实施例中优选为垂直分布的裂缝参数。

S1032、根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数。

具体的，根据公式r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；r表示反射、透射系数向量；其中，R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；A₁和A₂为传播矩阵，与煤层上下围岩相关；B为薄煤层传播矩阵；i_P为入射向量。

本发明实施例中，根据界面处位移及应力连续边界条件，结合地震波平面波方程，利用传播矩阵理论建立HTI型薄煤层反射、透射系数与传播矩阵的关系式如下：

式(1)中，θ为入射角，为方位角，f为频率，m包括煤层厚度、煤层各向异性参数和地下介质其他物性参数。称为反射、透射系数向量；其中R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；在本发明中，所用的反射系数为R_PP，对已知地下介质情况，其值随入射角、方位角和频率变化而变化。A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及煤层围岩物性参数有关；B为薄煤层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、煤层各向异性参数及煤层其他物性参数有关。利用式(1)在已知入射角、方位角、煤层厚度和介质物性的情况下，就可以计算纵波入射时所有反射系数和透射系数。需要注意的一点是反射系数和透射系数是频变的，不能直接采用常规AVO反演方法。

S1033、根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的。

具体的，通过目标工区的测井资料，获取到了目标工区中目的煤层的煤层厚度、煤层的物性参数(包括煤层的纵、横波速度)，以及煤层的各向异性参数，然后根据公式计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；

其中，式(2)中，θ表示入射角、表示方位角、f为频率；为不同入射角、不同方位角情况下的子波频谱，为地震记录频谱，为不同入射角、不同方位角情况下的纵波反射系数。

S1034、对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波。

进一步的，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演方法中，步骤104，根据地震层位对应的所述反射波和所述井旁地震道集的地震子波，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，包括：

1、根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，建立所述反射波时窗内所述实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的反演目标函数：其中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱；

2、对所述反演目标函数进行反演计算，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体： v为粒子的速度；m为粒子的位置，也即问题的潜在解，该粒子的位置即模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重。

具体的，反演目标函数的建立的理论依据如下：根据实际问题归纳出一个目标函数，反演的目的是让目标函数值最小。对于HTI型薄煤层的反演而言，目标函数为反演时窗内实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的二范数，即：

式(3)中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱。

在建立了上述反演目标函数后，对上述反演目标函数进行反演计算。由于反演目标函数具有多极值的特点，常规的线性方法容易陷入最小极值。本发明实施例中采用粒子群算法对其进行求解。具体的，粒子群算法是一种较新的非线性全局寻优算法，其理论基础是模拟鸟群或鱼群觅食。由于其算法原理直观、容易实现、全局寻优能力强，近年来逐渐受到学者的重视，并得到了广泛的应用。粒子群算法的核心是粒子的速度和位移更新公式。第i个粒子，第n次迭代，第z维的速度v_iz和位置m_iz的更新方程如下：

其中，式(4)和式(5)中，v为粒子的速度；m为粒子的位置，即问题的潜在解；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重。位置m意义同公式(3)中m的意义。每次迭代中，粒子群算法对每个粒子均计算目标函数值，将所有粒子中目标函数值最小对应的位置作为全局最优位置，同时参考每个个体经过的个体历史最优位置进行速度更新，使粒子向最优位置靠近。经过数次迭代，即搜索到目标函数的最优解，此时的位置m即为反演得到的结果。

利用粒子群算法进行薄HTI薄煤层参数反演，只需要提供m的合理搜索范围，粒子群会自动搜索并更新模型，最终得到一组目标函数值最优的反演结果。反演结果中的薄层厚度、各向异性参数等信息可用于煤厚预测、裂缝发育预测等应用。

进一步的，参考图4，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演方法中，还包括：

S105、将反演得到的所述目标工区中所有CMP道集的地下真实介质物性参数的一维数据体进行综合显示，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的多维数据体。

本发明实施例中，将每个CMP道集反演结果进行综合显示，利用薄煤层的煤层厚度变化和煤层的各向异性参数变化圈定煤层气富集区，作为未来煤层气开发有利区块。

图5示出了本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演方法的整理流程示意图。本发明实施例提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法，是在煤层气资源勘探开发中，提供薄煤层垂直裂缝的叠前反演方法，从而获得煤层各向异性性质，为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

本发明实施例提供的一种薄煤层中地震叠前反演方法，与现有技术中的地震叠前反演方法在使用薄煤层中反演结果误差较大相比，其能够根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤层的厚度、速度、密度和各向异性参数(包括裂缝系数)，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，从而为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

参考图6，本发明实施例还提供了一种薄煤层中地震叠前反演装置，所述装置用于执行上述薄煤层中地震叠前反演方法，所述反演装置包括：

确定模块11，用于根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗；

第一提取模块12，用于提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波；

第二提取模块13，用于根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

反演计算模块14，用于根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体。

进一步的，参考图7，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置中，确定模块11，包括：

地震处理单元111，用于对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

目的煤层确定单元112，用于根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层；

地震层位确定单元113，用于拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。

进一步的，参考图7，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置中，第二提取模块13，包括：

拾取单元131，用于根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

第一计算单元132，用于根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；

第二计算单元133，用于根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的；

第三计算单元134，用于对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波。

进一步的，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置中，第一计算单元132具体用于，根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数：r＝-(A₁-BA₂)^-1i_P；其中，r表示反射、透射系数向量；其中，R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；A₁和A₂为传播矩阵，与煤层上下围岩相关；B为薄煤层传播矩阵；i_P为入射向量。

进一步的，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置中，第二计算单元133具体用于，根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱：其中，θ表示入射角；表示方位角；f为频率；为不同入射角、不同方位角情况下的子波频谱；为地震记录频谱；为不同入射角、不同方位角情况下的纵波反射系数。

进一步的，参考图8，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置中，反演计算模块14，包括：

反演目标函数建立单元141，用于根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，建立所述反射波时窗内所述实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的反演目标函数：其中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱；

反演计算单元142，用于对所述反演目标函数进行反演计算，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体：v为粒子的速度；m为粒子的位置，也即问题的潜在解，该粒子的位置也即模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重。

进一步的，参考图9，本发明实施例提供的薄煤层中地震叠前反演装置，还包括：

综合显示模块15，用于将反演得到的所述目标工区中所有CMP道集的地下真实介质物性参数的一维数据体进行综合显示，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的多维数据体。

本发明实施例提供的一种薄煤层中地震叠前反演装置，与现有技术中的地震叠前反演方法在使用薄煤层中反演结果误差较大相比，其能够根据地震层位对应的反射波和井旁地震道集的地震子波，定量的反演薄煤层的厚度、速度、密度和各向异性参数(包括裂缝系数)，得到高精度地下真实介质物性参数的数据体，实现薄煤层叠前垂直裂隙反演，从而为煤层气富集区的勘探和开发提供地质保障。

本发明实施例所提供的薄煤层中地震叠前反演装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种薄煤层中地震叠前反演方法，其特征在于，包括：

根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗；

提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波；

根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体；

所述根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波，包括：

根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；

根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的；

对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波；

所述根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数，包括：

根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数：其中，θ为入射角，为方位角，f为频率，m包括煤层厚度、煤层各向异性参数和地下介质其他物性参数；r表示反射、透射系数向量；其中，R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及煤层围岩物性参数有关；B为薄煤层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、煤层各向异性参数及煤层其他物性参数有关；

所述根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，包括：

根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，建立所述反射波时窗内所述实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的反演目标函数：其中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱；

对所述反演目标函数进行反演计算，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体： v为粒子的速度；m为粒子的位置，即问题的潜在解，也即所述模型参数向量；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重；i表示粒子的采样点数，n表示迭代次数，z表示粒子的维度。

2.根据权利要求1所述的薄煤层中地震叠前反演方法，其特征在于，所述根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗，包括：

对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层；

拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。

3.根据权利要求1所述的薄煤层中地震叠前反演方法，其特征在于，所述根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱，包括：

根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱：其中，θ表示入射角；表示方位角；f为频率；为不同入射角、不同方位角情况下的子波频谱；为地震记录频谱；为不同入射角、不同方位角情况下的纵波反射系数。

4.根据权利要求2所述的薄煤层中地震叠前反演方法，其特征在于，还包括：

将反演得到的所述目标工区中所有CMP道集的地下真实介质物性参数的一维数据体进行综合显示，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的多维数据体。

5.一种薄煤层中地震叠前反演装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于根据目标工区中的目的煤层的地震层位，确定所述目的煤层的反射波时窗；

第一提取模块，用于提取所述反射波时窗中井旁地震道集对应的反射波；

第二提取模块，用于根据测井资料的地下介质物性参数和所述井旁地震道集对应的所述反射波，提取所述目标工区中所述井旁地震道集的地震子波；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

反演计算模块，用于根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体；

所述第二提取模块，包括：

拾取单元，用于根据目标工区的测井资料，获取所述目标工区的地下介质物性参数；所述地下介质物性参数至少包括薄煤层的以下参数：厚度、速度、密度和各向异性参数；

第一计算单元，用于根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数；

第二计算单元，用于根据所述纵波反射系数和所述井旁地震道集的所述反射波对应的地震记录频谱，计算各个入射角和方位角对应的子波频谱；其中，所述地震记录频谱是对所述井旁地震道集的所述反射波进行傅里叶变换得到的；

第三计算单元，用于对计算得到的各个入射角和方位角的所述子波频谱进行反傅里叶变换，得到各个所述入射角和方位角对应的时间域子波；

所述第一计算单元，具体用于根据获取的所述地下介质物性参数，计算各个入射角和方位角的纵波反射系数：其中，θ为入射角，为方位角，f为频率，m包括煤层厚度、煤层各向异性参数和地下介质其他物性参数；其中，r表示反射、透射系数向量；其中，R代表反射系数；T代表透射系数；下标PP代表纵波入射、纵波反射；下标PS₁代表纵波入射、快横波反射；下标PS₂代表纵波入射、慢横波反射；A₁和A₂为传播矩阵，i_P为入射向量，A₁、A₂和i_P与入射角、方位角、频率及煤层围岩物性参数有关；B为薄煤层传播矩阵，其值与入射角、方位角、频率、煤层各向异性参数及煤层其他物性参数有关；

所述反演计算模块，具体用于根据所述井旁地震道集对应的反射波、所述井旁地震道集的地震子波和实际地震数据振幅，反演得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体，建立所述反射波时窗内所述实际地震数据振幅和正演反射波振幅谱的反演目标函数：其中，m为模型参数向量，包括薄煤层厚度、速度、密度和各向异性参数；G为正演算子，作用为利用模型参数向量进行合成记录并生成振幅谱；A为实际地震数据振幅谱；

对所述反演目标函数进行反演计算，得到所述目标工区中地下真实介质物性参数的数据体： v为粒子的速度；m为粒子的位置，即问题的潜在解，也即所述模型参数向量；pbest为历史最优位置；gbest为全局最优位置；c₁、c₂为学习因子；r₁、r₂为两个随机数；ω称为惯性权重；i表示为第几个粒子，n表示迭代次数，z表示粒子的维度。

6.根据权利要求5所述的薄煤层中地震叠前反演装置，其特征在于，所述确定模块，包括：

地震处理单元，用于对检波器接收到的原始地震资料进行处理，得到CMP道集和地震偏移剖面；

目的煤层确定单元，用于根据所述目标工区中的煤层分布信息和钻孔资料，确定所述目标工区中的目的煤层；

地震层位确定单元，用于拾取所述地震偏移剖面上所述目的煤层的反射波的波峰或波谷，得到所述目的煤层的地震层位。