168
From Imaging to Inversion Ian F. Jones SEG 2012 Honorary Lecture

Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Embed Size (px)

DESCRIPTION

У рамках програми «Підвищення кваліфікації фахівців нафтогазової галузі України для міжнародного співробітництва та роботи у західних компаніях», за підтримки компанії «Shell» 6 березня в аудиторії ВНЗ «Інститут Тутковського» відбулися курси підвищення кваліфікації на тему «Від побудови сейсмічних зображень до інверсії».

Citation preview

Page 1: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

From Imaging to Inversion

Ian F. Jones

SEG 2012 Honorary Lecture

Page 2: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Acknowledgements

Society of Exploration Geophysicists

Shell Sponsorship

ION GX Technology

Page 3: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

S E G M e m b e r s h i p

SEG Digital Library - full text articles Technical Journals in Print and Online

Networking Opportunities

Receive Membership Discounts on: Continuing Education Courses Publications (35% off list price)

Workshops and Meetings

Join Online http://seg.org/join S E G m a t e r i a l s a r e a v a i l a b l e t o d a y !

Page 4: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

S t u d e n t O p p o r t u n i t i e s Student Chapters available Student Chapter Book Program SEG/Chevron Student Leadership Symposium Challenge Bowl

Student Membership Resources Scholarships SEG/ExxonMobil Student

Education Program Annual Meeting Travel Grants Student Expos the Anomaly newsletter

http://seg.org/students More information please visit:

Page 5: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

From Imaging to Inversion

Ian F. Jones

SEG 2012 Honorary Lecture

Page 6: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

But before I start…

Page 7: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

But before I start…

A big thanks to Judy Wall at the SEG for her sterling work organizing my schedule !

Page 8: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Talk Outline

To a large extent, this presentation is speculative, in that I’m looking at what ‘might come next’ moving beyond the current industrial practise of: - data pre-conditioning (multiple suppression), - velocity model building, - migrating data and then - analysing amplitude information….

Page 9: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Talk Outline • Hydrocarbon exploration

• Subsurface Imaging

• Waves versus rays

• Velocity model building

• Migration

• Attribute estimation

• Full waveform inversion

Page 10: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What is it

that hydrocarbon exploration

geoscientists set out to do …

Page 11: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Find oil and gas !

Page 12: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

But how ?

Page 13: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Drill here ???

Page 14: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

… or here ???

Page 15: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

How do we decide where to drill?

Page 16: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

How do we decide where to drill?

… we use sound waves reflecting of the rock

layers to make pictures (similar to ultrasound

medical imaging) and then analyse the amplitude

behaviour of the data to infer what types of rocks

and fluids are present

Page 17: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

The process currently involves several key stages: 1) Removal of noise and undesired signal 2) Velocity model building 3) Migration 4) Attribute estimation

Page 18: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

The process currently involves several key stages: 1) Removal of noise and undesired signal 2) Velocity model building 3) Migration 4) Attribute estimation

Page 19: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Once we have estimated the speed of sound

(velocity) in the different rock layers, and then

formed an image from the recorded data

(‘migration’), we can analyse the amplitudes of

the reflections to estimate rock properties

(which helps us distinguish between oil, gas,

water, etc)

Attribute estimation

Page 20: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

target location

V1(x,y,z)

V2(x,y,z)

etc

The geophysical problem

We need to relocate recorded energy to its ‘true’ position using an appropriate approximate solution to the visco-elastic two-way wave equation

(and what is ‘appropriate’, depends on our objectives)

Page 21: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What do these images of the subsurface look like?

Page 22: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Southern North Sea example

3.5 km

30km 30km chalk

salt anhydrite

Gas-bearing layers

Sea bed

Image dimensions are typically several hundred square kilometres in area, extending to several kilometres depth

Migrated image

Sound speed in the rocks

1600m/s

1800m/s

2000m/s

3000m/s

3500m/s

Page 23: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Near-surface buried river channel, which distorts the deeper image (unless correctly dealt with)

Page 24: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

How do we describe the way in which sound travels through the earth?

Page 25: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Waves versus Rays

Page 26: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Waves versus Rays

The theoretical description of wave phenomena falls into two categories: Ray-based and Wave- (diffraction or scattering) based

- Both migration and model update depend on one or other of these paradigms

Page 27: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 28: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 29: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 30: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 31: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 32: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront… we can characterise its direction of motion, and speed, with a succession of normal vectors, constituting ‘rays’

Time = t Time = t + 25ms

Page 33: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

θi

θr

Sinθi = Sinθr vi vr vi

vr

θr = Sin-1( vr Sinθi ) vi

Snell’s law at a flat interface

Page 34: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

The high frequency approximation

Velocity anomaly

Seismic wavelength much smaller than the anomaly we are trying to resolve

The propagating wavefront can adequately be described by ray-paths

Snell’s law adequately describes the wave propagation … ray-based methods (Kirchhoff, beam, …) are OK

Page 35: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Small scale-length velocity anomaly

Seismic wavelength larger or similar to the anomaly we are trying to resolve

The velocity feature behaves more like a scatterer than a simple refracting surface element

Trying to describe the propagation behaviour as ‘rays’ obeying Snell’s law, is no longer appropriate

Ray-based methods (Kirchhoff, beam, …) using the ‘high frequency approximation’ begin to fail

The high frequency approximation

Page 36: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

A propagating wavefront…

The elements of some velocity features behave more like point scatterers producing secondary wavefronts

Time = t Time = t + 25ms Time = t + 50ms

Page 37: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Velocity Model Building

Page 38: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

v1

v2

v3

v4

CMP

Vrms1

Vrms2

Vrms3

Vrms4

Common midpoint receiver source

Page 39: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

For a CMP gather, we have many arrival time measurements for a given subsurface reflector element

Common midpoint gather CMP

t1 t2 t3 t5 t4

CMP

Page 40: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

For a CMP gather, we have many arrival time measurements for a given subsurface reflector element

Common midpoint gather CMP

t1 t2 t3 t5 t4

CMP

This curvature is related to the velocity

Page 41: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To estimate velocity for flat layers….

Page 42: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0 Km 5 3.8 S 4.7

Conventional velocity analysis…..

Input CMP data

Page 43: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0 Km 5 Conventional velocity analysis…..

Input CMP data

3.8 S 4.7

Σ

Page 44: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Km 5 0 Km 5 3.8 S 4.7

1.5 2.5 3.5 Km/s

Conventional velocity analysis…..

Input CMP data scan along pick corresponding trajectories velocity

Page 45: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To estimate velocity for dipping layers….

Page 46: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To estimate velocity for dipping layers….

The notion of the CMP no longer has any meaning, as the mid-points do not sit above the same subsurface location for all offsets

Page 47: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

v1

v2

v3

CMP

Vrms1

Vrms2

Vrms3

Vrms4

Common midpoint receiver source

Dipping layers

Page 48: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To estimate velocity for dipping layers….

The notion of the CMP no longer has any meaning, as the mid-points do not sit above the same subsurface location for all offsets

We have to assess the travel times for each offset separately

Page 49: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Tomographic velocity update…..

Trace raypaths through the current version of the model and note arrival times

Page 50: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Tomographic velocity update…..

Picks of reflection event arrival times from the real data

arrival times synthesized from ray tracing through the current velocity model

Page 51: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Tomographic velocity update…..

Tomography iteratively modifies the

velocity model so as to minimize the

difference between observed arrival

times on the real data, and ray-traced

times through the current velocity

model

Page 52: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Iterative update

Yes

No

(4) RMO & z acceptable?

(6) Interpretation (if required) Pick constraint layer, insert ‘flood’

velocity, and migrate

(1) PreSDM smooth initial model output migrated gathers

(2) Autopicker Using continuous CRPs, calculate semblance, velocity & anisotropy

error grids, & RMO stack

(4) Inversion QC Residual velocity error minimised?

(gathers flat) Depth error acceptable?

(5) PreSDM with updated velocity

(3) TTI Tomography compute dip field

demigrate picks & RMO stack update TTI velocity field

remigrate picks & RMO stack

Final Volume

Page 53: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Iterative update

Yes

No

(4) RMO & z acceptable?

(6) Interpretation (if required) Pick constraint layer, insert ‘flood’

velocity, and migrate

(1) PreSDM smooth initial model output migrated gathers

(2) Autopicker Using continuous CRPs, calculate semblance, velocity & anisotropy

error grids, & RMO stack

(4) Inversion QC Residual velocity error minimised?

(gathers flat) Depth error acceptable?

(5) PreSDM with updated velocity

(3) TTI Tomography compute dip field

demigrate picks & RMO stack update TTI velocity field

remigrate picks & RMO stack

Final Volume

This process usually involves

6-8 iterations

Page 54: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0

km

Top Chalk

Iteration 1, 3D preSDM

2

Page 55: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0

km

Top Chalk

Iteration 2, 3D preSDM

2

Page 56: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0

km

Top Chalk

Iteration 3, 3D preSDM

2

Page 57: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Iteration 1 Velocities

0

2

km

Page 58: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0

km

Iteration 2 Velocities

2

Page 59: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

0

km

Iteration 3 Velocities

2

Page 60: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration:

putting the recorded data back where it came from

Page 61: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

v1

v2

v3

v4

CMP

Vrms1

Vrms2

Vrms3

Vrms4

Common midpoint receiver source

Page 62: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

v1

v2

v3

v4

CMP

Vrms1

Vrms2

Vrms3

Vrms4

Common midpoint receiver source

Page 63: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Plot all the traces from various common midpoints to form a picture of the subsurface…

Page 64: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

tA

Source

B

A

tA

Reflector segment

Geophone Common midpoint CMP

Page 65: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

tA

Source

B

A

tA

Reflector segment

Geophone Common midpoint CMP

‘Migration’ moves the recorded data back to where it came from

Page 66: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

- Kirchhoff - Beam - (GB, CRAM, CRS, CFP, ….)

- Wavefield extrapolation (WEM) - Reverse-Time (two-way)

Main migration algorithms in use today

Ray

Wave

Page 67: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration algorithms

relocate recorded energy to its ‘true’ position using an appropriate approximate solution to the two-way visco-elastic wave equation (but what is ‘appropriate’, depends on our objectives)

Page 68: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration algorithms Primarily, the degree of approximation relates to how well the algorithm comprehends lateral velocity change

Page 69: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration algorithms Primarily, the degree of approximation relates to how well the algorithm comprehends lateral velocity change No lateral

velocity change

Smooth lateral

velocity change

Rapid lateral

velocity change

Page 70: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration algorithms Primarily, the degree of approximation relates to how well the algorithm comprehends lateral velocity change No lateral

velocity change

Smooth lateral

velocity change

Rapid lateral

velocity change

Time

migration

Ray-based and low-order FD

depth migration

RTM (high-order FD) depth migration

Page 71: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Migration algorithms Primarily, the degree of approximation relates to how well the algorithm comprehends lateral velocity change No lateral

velocity change

Smooth lateral

velocity change

Rapid lateral

velocity change

Time

migration

Ray-based and low-order FD

depth migration

RTM (high-order FD) depth migration

simple ray-paths complex ray-paths

Page 72: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Velocity-depth model 1490 m/s

1600 m/s

2000 m/s

2200 m/s

3500 m/s

1km

Page 73: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Acoustic shot gather

Reflection from water bottom

Reflections from deeper rock layers

Energy travelling in the water (the ‘direct’ wave)

3km 6km

1s 3s 4s 5s

Page 74: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Velocity-depth model 1490 m/s

1600 m/s

2000 m/s

2200 m/s

3500 m/s

1km

Page 75: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

1500 m/s

1600 m/s

2000 m/s

2200 m/s

3500 m/s

preSDM 1km

Page 76: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

1500 m/s

1600 m/s

2000 m/s

2200 m/s

3500 m/s

preSTM (converted to depth)

1km

Page 77: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Lateral velocity variation: Kirchhoff preSTM vs Kirchhoff preSDM vs RTM

Norwegian Sea shallow water gas example

Migration Issues:

Page 78: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Interval velocity model

Autopicking @50*50m Tomo @250*250*50m

1km Courtesy of ConocoPhillips Norway

Page 79: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Kirchhoff preSTM (initial model)

Courtesy of ConocoPhillips Norway 1km

Page 80: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Kirchhoff preSDM Autopicking @50*50m Tomo @250*250*50m

1km Courtesy of ConocoPhillips Norway

Page 81: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

RTM Autopicking @50*50m Tomo @250*250*50m

1km Courtesy of ConocoPhillips Norway

Page 82: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

In addition to the degree of lateral velocity change, we also have the issue of ray-path complexity to consider in the migration…

Migration Issues:

Page 83: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Multi-pathing:

Migration Issues:

Page 84: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What is multi-pathing?

There is more than one path from a surface location to a subsurface point

salt

A Kirchhoff scheme usually only computes travel times for one ray path… what happens to the energy from the rest of the ray paths from input data?

Page 85: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Multi-pathing: Kirchhoff vs WEM

North Sea shallow water diapir example

Migration Issues:

Page 86: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Vi(z)

1km

salt

Page 87: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Anisotropic Kirchhoff 3D preSDM

1km

Page 88: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Anisotropic one-way SSFPI (WEM) 3D preSDM

1km

Page 89: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Two-way propagation:

Migration Issues:

Page 90: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What is two-way propagation? Conventional one-way propagation as assumed by standard migration schemes

No change in propagation direction on the way from the surface down to the reflection point

Nor from the reflection point back up to the surface

Two-way propagation: requires a more complete solution of the wave equation to migrate such arrivals

The direction of propagation changes either on the way down from the surface to the reflection point, or from the reflection point back up to the surface

Page 91: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Two way ray paths: WEM vs RTM

North Sea shallow water diapir example

Migration Issues:

Page 92: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Anisotropic one-way SSFPI (WEM) 3D preSDM

1km

Page 93: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Anisotropic two-way RTM 3D preSDM

1km

Page 94: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

2 km 4 6 Anisotropic two-way RTM 3D preSDM

1km

Page 95: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Two way ray paths: WEM vs RTM

West African deep water diapir example

Migration Issues:

Page 96: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

WEM 1km

1km

Page 97: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

RTM 1km

1km

Page 98: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

1km 1k

m

RTM

Page 99: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

1km 1k

m

RTM

Page 100: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

1km 1k

m

RTM

Page 101: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Once we have estimated velocity, and migrated the data to obtain gathers in their correct spatial location, we can

begin to analyse amplitude information

Page 102: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Extracting other rock attributes (as well as velocity):

rock type, fluid type, density,

saturation, pressure, attenuation, ….

Page 103: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Stress (pressure) = force/area = F/A

Strain = fractional change in volume = dV/V

Bulk modulus = pressure/strain = B = - (F/A)/(dV/V)

Compressibility = 1/B

Rock physics basics: (for isotropic materials)

B = λ + 2/3 μ

Page 104: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

For a CMP gather, we have many arrival time measurements for a given subsurface reflector element

Common midpoint gather CMP

t1 t2 t3 t5 t4

Page 105: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

After depth migration with an acceptable velocity model, all events in the gather should line-up ‘flat gathers’

Common image gather CIG or CRP

t1 t2 t3 t5 t4 offset

Migrated depth

Page 106: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Having obtained estimates of velocity:

we can then estimate other parameters from amplitude behaviour

Page 107: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Gathers output from preSDM - not exactly flat

Page 108: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

After final residual event alignment and noise suppression

These data are now suitable for analyzing variations in amplitude:

Page 109: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

After final residual event alignment and noise suppression

These data are now suitable for analyzing variations in amplitude: vertically from reflector-to-reflector: (ρ2v2 – ρ1v1)/(ρ2v2 + ρ1v1)

Page 110: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

After final residual event alignment and noise suppression

These data are now suitable for analyzing variations in amplitude: vertically from reflector-to-reflector and laterally versus incidence angle at the reflectors

Page 111: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

text

Incident P wave

Transmitted P wave Reflected P wave

The Knott-Zoeppritz equations relate the amplitude change as a function of incident angle, to Vp, Vs, and density

Page 112: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Rock physics basics: (for isotropic materials)

θ Vp

Vp+δVp

Page 113: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Near stack Far stack

AVO angle stack synthetics

3D preSDM Showing AVO Anomalies Over Producing Fields

Page 114: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

3D preSDM Showing AVO Anomalies Over Producing Fields

Near stack (0º-25º) Far stack (25º-50º) Average absolute amplitude Top Balder +50 - +200

Page 115: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

MacCulloch 15/24b-6 Far-angle stack EI Inversion

Top Balder

15/24b-6

Low EI Oil Sand

N S W E 15/24b-6

650

600

550

500

450

Page 116: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

15/25b-3 Far-stack Inversion (inline)

Top Balder

15/25b-3

Possible low EI Oil Sand on flank?

N S

Brenda Field

650

600

550

500

450

Page 117: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Unconventional (tight) reservoir - China PS seismic line (PS time) through main producing wells

117

Productive Interval Zone of interest

Page 118: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Unconventional (tight) reservoir - China Characterizing Lithological Variations

118

Record shear-waves directly More accurate depiction of sand-shale variations

Record P-wave only Impute shear-wave measurement using simultaneous inversion (AVO) Attempt to infer sand-shale variations

sand shale

Page 119: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Unconventional (tight) reservoir - China Full-wave explains well productivity – fracture characterization

119

Note presence of fractures in

producing zone

New well location

Same lithology No fractures No production

Page 120: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What we’ve reviewed so far, has been the ‘state of the art’: 1) velocity model building 2) migration 3) attribute estimation

Page 121: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What next?

Can we do all this in one step?

= full elastic waveform inversion

Page 122: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To accomplish this task, we must accurately model the behaviour of the recorded data:

Page 123: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To accomplish this task, we must accurately model the behaviour of the recorded data: - we start with initial estimates of the rock physics parameters (P-wave velocity, S-wave velocity, density, anisotropy, absorption, ..)

Page 124: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To accomplish this task, we must accurately model the behaviour of the recorded data: - we start with initial estimates of the rock physics parameters (P-wave velocity, S-wave velocity, density, anisotropy, absorption, ..) - make synthetic data and compare it to the real data

Page 125: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To accomplish this task, we must accurately model the behaviour of the recorded data: - we start with initial estimates of the rock physics parameters (P-wave velocity, S-wave velocity, density, anisotropy, absorption, ...) - make synthetic data and compare it to the real data - iteratively adjust the parameters until modelled and real data match

Page 126: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Real shot Modelled shot

- = residual

Page 127: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Recall the conventional approach: (Tomographic velocity update)…..

Tomography iteratively modifies the

velocity model so as to

minimize the difference

between observed arrival times on the real

data, and ray-traced times through the

current velocity model

Page 128: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Waveform inversion update…..

Waveform inversion iteratively modifies

the parameter model so as to

minimize the difference

between observed amplitudes on the real

data, and modelled amplitudes created

using the current parameter model

Page 129: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

What’s involved in getting the amplitude right?

-Visco elastic wave propagation (incorporates attenuation and shear modes)

-Elastic wave propagation (shear modes)

-Acoustic wave propagation (P-wave only, thus ignoring density)

-Anisotropy

-Source wavelet (and are ghosts present?)

-Source wavelet time delay

-Cycle skipping (offset and frequency dependent)

Page 130: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Ignoring density

Reflection strength (amplitude) is related to impedance contrast: (ρ2v2 – ρ1v1)/(ρ2v2 + ρ1v1) By ignoring density, we are saying that impedance is only a function of P velocity: Thus, if we invert using reflection events, we will have an amplitude error So, to avoid this error perhaps use only refractions (diving, turning waves)

Page 131: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Where are the refractions?

Perform some forward modelling to assess how deeply the diving waves penetrate The region of validity of the model update will be related to this depth of penetration

Page 132: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Raytracing to show turning-ray paths - expected maximum depth of WFI update

Insert Velocity Model Here with Rays for Cable we are using

10km cable

Maximum expected depth of WFI update

Observed depth of update

Ray tracing performed in tomography derived sediment flood model

H2O

Page 133: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Snapshot (t=33ms)

Wave modelling to show turning-ray paths

Page 134: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Snapshot (t=1407ms)

Wave modelling to show turning-ray paths

Page 135: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Snapshot (t=1865ms)

Wave modelling to show turning-ray paths

Page 136: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Snapshot (t=2454ms)

Wave modelling to show turning-ray paths

Page 137: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Snapshot (t=3272ms)

Max Depth of Turning Rays ~3400m for cable length

Wave modelling to show turning-ray paths

Page 138: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Do we obtain a better earth-model parameters?

One way to confirm if FWI has produced better earth-model parameters is to use the FWI velocity to perform a new migration

Page 139: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Gathers migrated with ray-tomography velocities

Courtesy of Chow Wang, GXT

Page 140: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Gathers migrated with waveform inversion velocities

Courtesy of Chow Wang, GXT

Page 141: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Shallow Section Before WFI

Courtesy of Chow Wang, GXT

Page 142: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Shallow Section After WFI

Courtesy of Chow Wang, GXT

Page 143: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP in-house project: Valhall (courtesy of Jan Kommedal & Laurent Sirgue)

Courtesy of BP Norway

Page 144: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall

Courtesy of BP Norway

Ray tomography velocity model

Waveform inversion velocity model

Page 145: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: ray-based tomography

Courtesy of BP Norway

Page 146: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Courtesy of BP Norway

BP Valhall: waveform tomography

Page 147: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: waveform tomography

Courtesy of BP Norway

Page 148: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

175m depth slice of preSDM amplitudes

Courtesy of BP Norway

Page 149: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

175m depth slice of FWI velocity

Courtesy of BP Norway

Page 150: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: 150m velocity slice

Courtesy of BP Norway

Page 151: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: 150m velocity slice

Courtesy of BP Norway Courtesy of BP Norway

Page 152: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: 1050m velocity slice

Courtesy of BP Norway

Page 153: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

BP Valhall: 1050m velocity slice

Courtesy of BP Norway

Page 154: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

The ultimate goal of full waveform inversion….

At present, the limiting assumptions we make in waveform inversion limit what we can achieve: we can currently forward model with a priori parameters for: density, attenuation, anisotropy (and perhaps Vs) but invert only for P-wave velocity

Page 155: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

IFF we can move beyond the present limiting assumptions, then we may be able to invert so as to update all these parameters thereby recovering density, Vp, Vs, Q, and other parameters. Interpretation would then be performed on these parameter fields directly, rather than on inversions of migrated data obtained using the velocity parameter

The ultimate goal of full waveform inversion….

Page 156: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Courtesy of Olga Podgornova

The ultimate goal of full waveform inversion…. Vp Vs ρ ε δ

model

Inversion result

Page 157: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Courtesy of Joachim Mispel & Ina Wenske

The ultimate goal of full waveform inversion….

Page 158: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Courtesy of Satish Singh

The ultimate goal of full waveform inversion….

Vp

Vs/10

Vs

Page 159: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

In other words ….

Page 160: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Move from this lengthy disjointed process……

Page 161: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Move from this lengthy disjointed process……

Extensive data pre-processing (remove multiples)

Page 162: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

+ Iterative velocity model update and migration

Move from this lengthy disjointed process……

Extensive data pre-processing (remove multiples)

Page 163: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

+ Iterative velocity model update and migration

Move from this lengthy disjointed process……

+ elastic parameter inversion

Extensive data pre-processing (remove multiples)

Page 164: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

+ Iterative velocity model update and migration

Move from this lengthy disjointed process……

+ elastic parameter inversion

+ rock property estimation

Extensive data pre-processing (remove multiples)

Page 165: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To this ……

Page 166: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

To this ……

rock properties

CLEAN INPUT DATA (including multiples)

FWI

Page 167: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

But perhaps we shouldn’t ‘hold our breath’

just yet !

Page 168: Від побудови сейсмічних зображень до інверсії

Thank you !