CN1013000B - 从已获得的压缩波反射数据估算切变波反射数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种方法揭示出如何从共深度点选排的压缩波记录道应用随源-接曼器炮检距而变化的所选排起的压缩波幅度的变化获得切变波数据。该切变波数据可用以生成伪切变波地震剖面。

Description

本发明涉及一个从压缩波反射数据估算切变波反射数据的方法，更准确地说，涉及一个从压缩波反射数据产生伪切变波反射地震剖面的方法。

在地球物理学分析中压缩（P）波反射数据的应用已是众所周知的。一般，地震剖面是由压缩波地下反射而产生的，该压缩波地下反射提供关于地层特性的非常有用的信息。最近，对获得切变（S）波地震剖面的兴趣逐渐地增长，这种切变波地震剖面将提供关于地下地层特性的更多额外的有用的信息，这些地下地层特性可以与由压缩波地震剖面获得的信息配合应用。例如，P波地震剖面能够提供地下地层压缩性方面的有用信息，而S波地震剖面能够提供地下地层刚性方面的有用信息。可是，切变波反射的探测比压缩波反射探测的情况要困难得多。该切变波反射的振幅一般比压缩波反射的要低些，造成探测困难，而直接传播切变波进入地下地层以诱导一个切变波反射需要特殊的换能器，且除了那些为获取压缩波反射数据所需要的步骤之外还需外加许多步骤。这使获取切变波反射数据变得很困难，费用更昂贵而且费时间。

本发明的一个目的是提供一个用以从已获得的压缩波反射数据估算切变波反射数据的方法，从而排除“做地震剖面”（shooting）或其他为获得切变波反射数据而设的专用测量工序的必要性。

相应地，本发明归于从压缩波反射信息产生切变波反射信息的一种方法，包括如下步骤：

（a）从多个声波源生成下行声波，并在多个接受器上接受和记录在地下界面产生的上行波;

（b）把所述记录下的反射波选排到具有共同反射边界的各个不同的源-接受器炮检距的集合里;

（c）对所述选排的反射波作正常时差校正;

（d）对不同的源-接受器炮检距值按时间测量所述选排的波的幅度;

（e）为每一按时间所选的点确定一个分量G_det，该分量代表由于源-接受器炮检距效应在所述选排的波的被测量的幅度中的幅度变化;

（f）为每一按时间所选的点估算一个随着炮检距而变化的幅度变化的分量δG，该分量不归因于一个切变波分量R_S，也不被计算在G_det中;以及

（g）按以下方程，为每一按时间所选的点确定一个切变波反射系数的分量R_s：

R_s＝-｛Q-[G_det+δG+（2T²-1/2）/n]p｝（8T²）

使P＝R_po和

Q＝GR_po-8T²R_so+（2T²-1/2）△ρ/ρ，

式中，

R_po＝垂直入射的压缩波反射系数

R_so＝垂直入射的切变波反射系数

T＝V_s/V_p的平均值，

P＝密度

G＝由于随着炮检距而变化的声波幅度中的所述变化所引起的幅度效应的总数，以致在确定切变波反射信息过程中所述幅度效应在所述测量声波上的影响被消除。

现将参照附图对本发明作进一步的描述，其中：

图1举例说明一个使用源和接受器阵列的海洋地震勘测系统;

图2举例说明一个共深度点（CDP）压缩反射波记录道的选排，并以图表显示随着炮检距变化的记录道幅度变化;以及

图3以操作程序图形式说明实现本发明方法的一个计算机程序。

参照各图，图1举例说明典型地应用于海洋地震勘测的源和接受器阵列。当然，类似的阵列还被应用于陆地地震勘测，而且本发明适用于这两种型式的勘测进行数据选排。然而，当应用于陆地勘测时，如下所述，尚需用一个外加的幅度校正，这在海洋环境中的勘测是不需要的。

在数据选排期间，所述源S₁……S_n典型地顺次地被驱动，以生成下行声波，该声波一部分反射离开地下边界层产生上行反射信号（记录道）并被接受器S₁……S_n接受和记录下来。在顺次操作以产生地震剖面期间，该记录下来的信号常常作为共深度点（CDP）水平叠加被选排。图2所示为对于近的和远的源和接受器的耦合对以及对位于中间的成对的源和接受器的一个典型的共深度点选排。在这一选排中的信号已经对选排起的信号以已知的方式通过应用正常时差（NMO）校正进行预处理。假若牵涉到在陆地上做地震剖面，图2选排中所记录的信号还将对表面相容静力学进行预处理。NMO校正和表面相容静力学校正两方面在技术上是众所周知的，有关这方面的技术这里不再赘述。于是通常图2中的信号选排被共深度点叠加以提高反射信号的信噪比，然后该叠加的记录道才可被用于产生压缩反射波数据的地震剖面。

本发明的方法使用随着炮检距而变化的共深度点选排的压缩波在按时间选择的点上以A_p（x）表示的幅度变化，以估算切变波反射数据，这些数据能够顺序地被应用于产生与CDP叠加的压缩波地震剖面相符的伪切变波地震剖面。正如在该项技术上已知的，炮检距是指可用以生成一个信号记录道的源接受器对之间的距离。在时间t₁，t₁+△t两个选择点上选排的记录道的随着炮检距的变化的幅度变化A_p（x）也被显示在图2上。

为理解本发明的方法，有必要对影响随着炮检距而变化的幅度变化A_p（x）的诸因数作一简短的论述。这些因数是P波反射系数R_p（压缩波在反射界面上的反射系数），传播路径因数（声波扩展和传输特性），源-接受器阵列和表面边界情况的几何特性，以及各种随机变化例如转换器耦接头（主要用于在地面基地的地震勘探用的地震检波器），和浅层衰减。这些因数中，对地震勘探环境的适当选择，能够使某些因数（除R_p外）对A_p（X）值的影响减至最小。然而，除R_p之外，所有这些因数不能够完全预以排除，而将在本发明的处理步骤中预以补偿，这点在下面将作较详细的描述。在本发明中，影响A_p（x）值的各种因数都是被量化了的，以致由于切变波反射所引起的A_p（x）变化的效应，能够被测出以提供在切变波反射幅度上的信息。

反射系统R_p是主要因数之一，它必须在本发明方法中予以确定。众所周知的策普里茨（Zoppritz）方程表示反射系数R_p与变量ρ，V_p，V_s，ρ′，V_p′，V_s′，的关系，此处ρ、V_p和V_s是在地层界面上部介质的密度、压缩波速度和切变波速度，ρ′、V′_p和V′_s是在界面下部介质的密度、压缩波速度和切变波速度。

在策普里茨方程中对于这些因数之间的关系可以作某些假设。首先，假设该分级速度/密度在跨越一个反射边界的变化很小，以及其次，假设在源和接受器对之间的入射角θ很小。一般，从源和接受器间的垂直线小于22°的角度就能应用于选排的记录道中以确保该第二假设是已正确的。在这些简化假设的情况下，策普里茨幂级数方程能够被展开，省略二次项，产生以下简化形式：

R_p（θ）～P+Qsin²θ （1）

P＝R_po（2）

Q＝R_po-8T²R_SO+（2T²-1/2）△ρ/ρ （3）

此处

△ρ＝ρ-ρ′，

θ是在一个源-接受器之间从波轨迹的垂直线的角度;以及

T＝V_s/V_P的平均值 （4）

R_PO是垂直入射的P波反射系数;R_SO是垂直入射的S波反射系数（R_PO和R_SO是P和S波垂直传播到一个反射边界而确定的系数）。

上面论及的一次因数，例如，传播路径因数，几何特性，随机变化等等，它们并没有通过适当选择做地震剖面条件和预处理而从选排的信号中排除掉，而且它们仍影响随着炮检距而变化的幅度变化A_P（X），每个可用一个函数来表示。

F_i～1+g_isin²θ （5）

此处i＝1到有影响的因数的数目N。

于是，所有仍然有影响的效应的总数则可表示成：

A_P（θ）≈（F₁.F₂…….F_n）R_P（θ） （6）

A_P（θ）值还可以用下面形式的普通公式来表示：

A_P（θ）＝P+Qsin²θ （7）

其中P＝R_PO（8）

和Q＝GR_PO-8T²R_SO+（2T²-1/2）△ρ/ρ（9）

此处G+1+∑g_i（10）

方程（10）表示由上述各种有影响的因数引起的在选排的记录道中幅度效应的总数，例如，传播路径因数，几何特性，各种随机变化等等。它们并没有通过做地震剖面条件或预处理而从选排的记录道中排除掉。

关于在已知炮检距上记录下的记录道，方程（7）可以重写为：

A_p（x）～p+Qfx²（11）

此处x代表已知的炮检距值，该值是由（图1）阵列中源和接受器的空间位置决定的，A_p（x）是已定炮检距x测得的幅度值，而f代表一个从MNO校正中得出的关于炮检距入射角的转换因子

f＝（V_INT/tv_st） （12）

此处V_INT是一个估计的中间速度（通过一个所考虑的介质的p波速度）及V_st是一个估计的叠加速度（在一个叠加里用于调整记录道的有效速度，而t是一个双向传播时间。

方程（11）对每一选定的时间点可使用例如迭代最小均方值解出p和Q以求得p和Q的最佳“配合”值。从计算p和Q值，可对方程（8）求解以求出R_po值。此外，假如T、G和△ρ/ρ是已知的话，已确定的Q值可用在方程（9）中以确定R_so（垂直切变波反射系数）。T值（方程式4）与Q值的关系可说明如下：

如实例说明，如果T＝V_SV_P＝2.0，于是，在计算Q时该项△ρ/ρ作为一个因数就可被消除。在多种情况下，T值将确定是2.0。然而，现在也可应用压缩波和切变波测井记录以获得V_S/V_P的直接测定值，如△ρ/ρ和G也可以确定时，可从T、Q和R_PO的确定值，使R_SO值得以确定。

从已知地下特性中往往能够以适当的精确度预测该△ρ/ρ值。一般，△ρ/ρ～1/nR_PO，此处n是对一特定区域的观测值而且一般是5。也可以从一个测量区域的实际测井中作为一个测量值（△ρ/ρ＝△V_ρ/V_ρ）直接获得△ρ/ρ。

当在源-接受器阵列中应用陆上振动速度地震检波器时，G值是能够估算的，其值一般为G～O。对于海洋爆炸物和水听器源和水听器接受器其值也一般为G～1。然而，也可能更精确地估算G值。关于进行这一工作的方法说明如下：

再提到方程8和9，

p+R_po（8）

Q＝GR_po-8T²R_so+（2T²-1/2）△ρ/ρ （9）

例如在CDP记录道选排中对每一时间点应用最小均方技术来估算P和Q。通过假设△ρ/ρ～l/n（R_po），在方程9中的该密度顶△ρ/ρ就能预以消除。方程9于是就可简化为：

Q=G+ ((2T²-1/2))/(n^R _pO) 87²R_SO（13）

在简化策普里茨方程时，一开始就假设T和G是随时间（并且，当然也是深度）缓慢变化的函数。于是，它们的组成部分中的一个光滑的或低通滤波的形式完全在于需要估算它们的值。这能够从附近的钻孔的P波和S波测井记录数据中获得。从而，假如P和S波的速度（V_P′，V_S′）是取自一个相应的记录，函数T就能够估算为：

T≈<V′_s/V′_p> （14）

此处<>标明一个低通滤波式的操作。其次，如果综合的P波和S波反射系数R_PO和R_SO是从P波和S波测井记录中导出的，于是把方程8和9和低通滤波式联合起来可提供如下的G函数的估算：

T≈< (V_s′)/(V_P′) >（14）

一旦G值为已知值，方程（9）就能够解得R_SO。

R_so＝（l/n（G+2T²-1/2）p-Q）/8T²（16）

因此，通过首先使用最小均方法解方程（7）以确定P（此处P＝R_PO）和Q，然后解方程（9）以确定R_SO，压缩波反射系数R_PO和切变波反射系数R_SO两者都能从测得的随炮检距而变化的幅度变化A_po（X）中确定。这些值能够用于建立供解释和分析压缩波和切变波两个方面的地震剖面。

图3中所示为本发明的方法的一个有代表性的计算机程序实施，该程序实施能够在市场上买得到的通用数字计算机上运行。

在第一步101中，V_RMS、T、S及获得的（做地震剖面）数据和各物理参数都输入到计算机中，此处V_RMS表示叠加速度（V_st），

T＝<V′_s/V′_p> （17）

该T项是V_s/V_p数据的经滤波（经平滑）过的形式，是从实际测井记录中获得的，而

S＝（<R′_pR′_s>）/（<R² _p>） （18）

该S项是经滤波（经平滑）过的统计数据，也是从实际测井记录中获得的。该获得的参数包括所用源和接受器的型式和阵列参数。该各物理参数包括一个弹性衰减参数q。在下一步103中，经正常时差校正的共深度点记录道选排被读入计算机（这些记录道如果需要，例如，用于陆地上做地震剖面时还要经过预处理，以对附近表面静力学进行校正）。在步105中，一个时间T＝0被设置在一个时间计数器上。然后，在步107中，对那样设置于时间计数器中的时间，一个“深度”＝z被计算成

z＝V_RMS×（时间/2） （19）

如同一个估计的中间速度V_INT也被计算，及在幅度对炮检距特性上有影响的因数的一个决定性的分量Gdet也被计算一样。例如，某些决定性的因数是受已知方程控制的。这些包括球形面扩展（SS），它被定义为

SS＝-（1/2）V³/V_INT3（20）

此处

$V^{\mathrm{(3)}}=\frac{1}{T}{\&Integral;}_O^T{\mathrm{VINT}}^3\mathrm{·tdt}$

此处t＝一个单向传播时间，在阵列中源-接受器的指向性（SRD），它被定义为

SRD＝1/6（πsL）²/V² _INT（22）

此处S表示源信号的频率和L＝阵列长度;以及衰减（AT），它被定义为

AT＝-l/q（πst/V² _INT）V_RMS（23）

应用这些方程，Gdet对这些有影响的因数是可决定的。因此，在步109中，设置一个计数器，对选排的有最小的入射角的记录道用近的炮检距值x。在步111中，应用下列方程估算这一入射角

Sin²Q= ((V_INT)/(V_RMS) · (x²)/(X²+4_Z ²) （24）

在随后的一步113中，该炮检距计数器x被增量，用下一步炮检距值x（在选排中的下一个记录道的炮检距向具有最远炮检距移动），在步115中，要作出关于是否所有炮检距（所有记录道）都已经处理的一个决定。假若不，该入射角θ就对最新的炮检距x在步113里的增量进行估算。当所有炮检距x都已经处理以对相应的入射角θ进行估算，该处理计算机开始着手步117，那里，用方程（7）和一最小均方处理技术计算P和Q值。在这以后，计算机着手步119，那里对幅度对炮检距特性的分量进行估算，该分量不归因于一个切变波速度分量，并且不计算在由在步107中所计算的决定性分量Gdet之内。这一估算值δG可按以下方程得出

δG≈ (P_Q)/(P²) +8T²S- ((27²-1/2))/(n) -Gdef（25）

以这以后，在步121中，一个切变波反射分量R_s便由下列方程计算出来

R_S=-{Q-[G_det+δG+ ((27²-1/2))/(n) ]P}/(8T²)（26）

它是方程（16）的重写的形式。然后该计算机着手步123，那里该时间计数器被增量。在下一步125要作出关于是否已经达到处理记录道的终点的一个决定。假若不，计算机又退回到步107，用一新记录道时间值并重复步107……123。假若已达到记录道的终点，在步125中就作出决定，随后计算机着手步127，在那里确定是否所有经正常时差校正的选排都已经处理完毕。假若已处理完毕，程序终止;假若不，计算机着手步103并开始处理一个新的记录道选排。

在步121中，计算机计算切变波反射系数，该系数然后能施加到选排的记录道上，以产生可代表切变波反射记录道的记录道。这些切变波记录道然后就可以用常规的方法（CDP叠加）以产生伪切变波地震剖面。

Claims (2)

1、一种从压缩波反射信息产生切变波反射信息的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)从多个声波源生成下行声波，并在多个接受器上接受和记录在地下界面产生的上行波；

(b)把所述记录下的反射波选排到具有共同反射边界的各个不同的源-接受器炮检距的集合里；

(c)对所述选排的反射波作正常时差校正；

(d)对不同的源-接受器炮检距值按时间测量所述选排的波的幅度；

(e)为每一按时间所选的点确定一个分量G_det，该分量代表由于源-接受器炮检距效应在所述选排的波的被测量的幅度中的幅度变化；

(f)为每一按时间所选的点估算一个随着炮检距而变化的幅度变化的分量δG，该分量不归因于一个切变波分量R_s，也不被计算在G_det中；以及

(g)按以下方程，为每一按时间所选的点确定一个切变波反射系数的分量R_s：

R_s=-{Q-[G_det+δG+(2T²-1/2)/n]p}(8T²)

使P=R_po和

Q=GR_po-8T²R_so+(2T²-1/2)△p/p，

式中，

R_po=垂直入射的压缩波反射系数

R_so=垂直入射的切变波反射系数

T=V_s/V_p的平均值，

P=密度

G=由处于随着炮检距而变化的声波幅度中的所述变化所引起的幅度效应的总数，以致在确定切变波反射信息过程中所述幅度效应在所述测量声波上的影响被消除。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于该δG值是按照下述关系式来确定的

δG≈<PQ>/<P²>+8T²S-（2T²-1/2）/n-G_det式中<PQ>代表PQ的滤过值，以及<P²>代表P²的滤过值，S代表滤过值<R′_pR′₂>/<R^/12 _p>。

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