CN101598811A - 一种二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是地球物理勘探二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法。对零井源距垂直地震剖面地震数据进行初至拾取，求取观测点深度处的层速度，拾取二维垂直地震剖面的纵波直达波初至，对二维垂直地震剖面原始数据进行三分量偏振分析，旋转处理，然后反演计算二维垂直地震剖面数据每一炮的静校正量，将每一道地震数据点的振幅值移动完成静校正。本发明不需要进行野外近地表调查，并且克服了野外调查点稀疏，所求取的静校正精度不够的不利之处，克服了野外近地表调查方法调查深度较浅的缺点，提高了垂直地震剖面的处理质量。

Description

一种二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，具体是一种二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法。

背景技术

常规的垂直地震剖面(沿设计的一条或多条过井的炮线进行地面激发，用井中检波器进行记录的垂直地震剖面方法，也称作walkaway VSP，简称为WVSP)数据是在地面单点激发，井下多点接收得到的地震数据；为了扩大垂直地震剖面数据的覆盖范围与提高覆盖次数，设计了二维垂直地震剖面(WVSP)技术，该技术是在地面沿设计的过观测井的炮线上连续多点激发，而在井下多点接收得到的地震数据。在二维垂直地震剖面数据采集时，由于不同炮点激发位置的地表起伏与地下地质结构的差异，导致不同炮之间接收的地震数据有静校正差异，在成像时各炮数据不能同相叠加，降低了最终的数据成果质量。通常的做法是利用近地表调查方法来消除这种静校正差异，即调查得到调查点的高程、风化层厚度与相应的速度，然后用统一的高程与速度进行替换，得到替换前后的时差作为静校正量，在炮点与调查点不一致时采用插值的方法估算得到静校正量。但是这存在两个问题：一是近地表调查得到的数据对应的深度相比二维垂直地震剖面的接收点深度浅很多；二是近地表调查点的间距比二维垂直地震剖面的炮点间距大很多，不能每个炮点都有准确的调查结果。这就导致近地表调查计算炮点静校正的方法不能满足二维垂直地震剖面技术的需要。二维垂直地震剖面技术没有相适应的炮点静校正技术来提高二维垂直地震剖面的处理质量。

发明内容

本发明目的是提供一种提高垂直地震剖面的处理质量的二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法。

本发明具体是采用了以下技术步骤：

1)采集地震数据；

步骤1)所述的采集地震数据是用在地面炮线的不同位置分别人工激发地震纵波，在井中不同深度放置三分量地震波接收器接收地震波场记录三分量二维地震波波场与常规的零井源距垂直地震剖面数据。

步骤1)所述的地震波接收器两两相互垂直。

2)对零井源距垂直地震剖面(VSP)地震数据进行初至拾取，得到时间-深度数据对(t-d)，然后利用以下公式求取观测点深度处的层速度：

$v_i=\frac{H_{i+1}-H_i}{\frac{H_{i+1}{T}_{i+1}}{\sqrt{X^2+{H_{i+1}}^2}}-\frac{H_i{T}_i}{\sqrt{X^2+{H_i}^2}}}---\left(1\right)$

式中：V_i为观测点深度处的层速度，X为激发点与观测井之间的水平距离，即偏移距；H为从地面面起算的观测点深度；T为拾取的直达纵波的初至时间；

步骤2)所述的层速度计算如果没有零井源距数据，则用二维垂直地震剖面中的小井源距数据。

3)根据观测点层速度计算每一层沿垂直方向传播的纵波层速，反演出V_n，V_n＝(v₁，v₂，…，v_n)，分层数为n；

4)对二维垂直地震剖面数据进行常规的三分量偏振分析，旋转处理，然后拾取二维垂直地震剖面的纵波直达波初至；

5)对于n层的模型，定义每一层的各向异性系数为：

$A_n=(a_1,a_2,...,a_n)=(V_n^{\left|\right|}/V_n)=[(v_1^{\left|\right|}/v_1),(v_2^{\left|\right|}/v_2),...,(v_n^{\left|\right|}/v_n)]---\left(2\right)$

其中，V_n＝(v₁，v₂，…，v_n)是模型每一层沿垂直方向传播的纵波层速度，可以由零井源距VSP初至时间反演求得， $V_n^{\left|\right|}=(v_1^{\left|\right|},v_2^{\left|\right|},...,v_n^{\left|\right|})$ 是模型每一层沿水平方向传播的纵波层速度；

6)对二维垂直地震剖面采集到的三分量原始数据进行常规的三分量偏振分析，旋转处理，然后反演计算二维垂直地震剖面数据每一炮的静校正量：

步骤6)所述的计算得到二维垂直地震剖面静校正量利用以下公式：

$R(V_n,A_n)=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(T_{j,m}^0-T_{j,m}(V_n,A_n)-{\mathrm{stat}}_j)}^2\right]$

式中：M为垂直地震剖面接收点个数，T_j，m ⁰为第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第m个垂直地震剖面接收点实际观测的初至时间，T_j，m(V_n，α_n)为由速度模型求出的第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第k个垂直地震剖面接收点的理论初至时间，stat_j为第j个炮点的静校正量。

7)将每一道地震数据第i点的振幅值移动到第(i-stat)点上，完成静校正。

本发明不需要进行野外近地表调查，并且克服了野外调查点稀疏，所求取的静校正精度不够的不利之处，克服了野外近地表调查方法调查深度较浅(最多几十米)的缺点，提高了垂直地震剖面的处理质量。

附图说明：

图1是三分量(X、Y、Z)原始数据(单炮点)的波场图；

图2是常规零井源距数据处理得到的初至与速度分层图；

图3是计算得到的各炮点静校正量图；

图4(上)是静校正前的共检波点纪录波场图；

图4(下)是静校正后的共检波点纪录波场图；

图5(上)是经过进行静校正前的成像剖面图。

图5(下)是经过进行静校正后的成像剖面图。

具体实施方式

野外通过机械可控震源在地面设计的过井炮线上人工激发地震波，在井中放置三分量地震波串接收器接受地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录三分量垂直地震剖面地震波波场，分别得到零井源距垂直地震剖面和二维垂直地震剖面数据；

对采集到的三分量零井源距垂直地震剖面原始地震数据的垂直分量(图1)进行初至拾取，得到激发炮点在井下所有检波器记录数据的地震波初至时间T_i，利用公式(1)求取每一个井下观测点层速度，然后对层速度进行地质分层得到层速度模型；

对二维垂直地震剖面(WVSP)采集到的三分量原始数据进行常规的三分量检波器偏振分析，检波器旋转校正处理，可以得到直达地震波的分量数据，然后在该数据上逐炮拾取二维垂直地震剖面的纵波直达波初至，得到所有地面激发炮点在井下所有检波器记录数据的地震波初至时间T_j，m(第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第m个垂直地震剖面接收点实际观测的初至时间)，对于图1所示的多层介质模型，根据S.I.Lapin(1978)提出的公式(3)可以求出射线参数p：

$L=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n{V}_n{a}_n^{2}p}{\sqrt{1-V_n^2{a}_n^2{p}^2}}---\left(3\right)$

其中，L是炮点的井源距，N是速度模型的层数，h_n为模型第n层的厚度。通过(4)式求出垂直地震剖面初至旅行时：

$t=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_n}{V_n\sqrt{1-V_n^2{a}_n^2{p}^2}}---\left(4\right)$

对于有J个炮点的二维垂直地震剖面记录，我们实际观测的垂直地震剖面初至时距曲线有J个，则可以构建如下的目标函数R(V_n，A_n)：

$R(V_n,A_n)=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(T_{j,m}^0-T_{j,m}(V_n,A_n)-{\mathrm{stat}}_j)}^2\right]---\left(5\right)$

其中，M为垂直地震剖面接收点个数，T_j，m ⁰为第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第m个垂直地震剖面接收点实际观测的初至时间，T_j，m(V_n，α_n)为由速度模型求出的第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第k个垂直地震剖面接收点的理论初至时间，stat_j为第j个炮点的静校正量。

由(5)式，令R(V_n，A_n)→min，通过阻尼最小二乘法(Levenberg-Marquardt算法)我们可求得每一个炮点的静校正量，并同时得到与该静校正量匹配的沿垂直方向传播的纵波层速度V_n＝(v₁，v₂，…，v_n)和各向异性系数A_n＝(a₁，a₂，…，a_n)。

通过公式(5)计算得到二维垂直地震剖面数据每一炮的静校正量stat，计算得到的每一炮的炮点静校正如图3所示。对每一炮数据应用该静校正量，即将每一道地震数据第i点的振幅值移动到第(i-stat)点上。完成静校正的应用，静校正应用前后的共检波点数据对比如图4所示。

对应用静校正前后的数据分别进行常规处理(波场分离，反褶积，成像等)，最后分别得到成像后的数据，如图5所示。

本发明实施例用采集到的常规零井源距垂直地震剖面和二维垂直地震剖面，进行本发明的炮点静校正后，成像剖面上扭曲的同相轴得到了明显改善，通过图4和图5的对比可见，本发明静校正后的剖面质量明显提高。

Claims (5)

1、一种二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法，其特征在于采用以下技术步骤：

1)采集地震数据；

2)对零井源距垂直地震剖面(VSP)地震数据进行初至拾取，得到时间-深度数据对(t-d)，然后利用以下公式求取观测点深度处的层速度：

$v_i=\frac{H_{i+1}-H_i}{\frac{H_{i+1}{T}_{i+1}}{\sqrt{X^2+{H_{i+1}}^2}}-\frac{H_i{T}_i}{\sqrt{X^2+{H_i}^2}}}---\left(1\right)$

式中：V_i为观测点深度处的层速度，X为激发点与观测井之间的水平距离，即偏移距；H为从地面面起算的观测点深度；T为拾取的直达纵波的初至时间；

3)根据观测点层速度计算每一层沿垂直方向传播的纵波层速，反演出V_n，V_n＝(v₁，v₂，…，v_n)，分层数为n；

4)对二维垂直地震剖面数据进行常规的三分量偏振分析，旋转处理，然后拾取二维垂直地震剖面的纵波直达波初至；

5)对于n层的模型，定义每一层的各向异性系数为：

$A_n(a_1,a_2,\·\·\·,a_n)=(V_n^{\left|\right|}/V_n)=[(v_1^{\left|\right|}/v_1),(v_2^{\left|\right|}/v_2),\·\·\·,(v_n^{\left|\right|}/v_n)]---\left(2\right)$

其中，V_n＝(v₁，v₂，…，v_n)是模型每一层沿垂直方向传播的纵波层速度，可以由零井源距VSP初至时间反演求得， $V_n^{\left|\right|}=(v_1^{\left|\right|},v_2^{\left|\right|},\·\·\·,v_n^{\left|\right|})$ 是模型每一层沿水平方向传播的纵波层速度；

6)对二维垂直地震剖面采集到的三分量原始数据进行常规的三分量偏振分析，旋转处理，然后反演计算二维垂直地震剖面数据每一炮的静校正量：

7)将每一道地震数据第i点的振幅值移动到第(i-stat)点上，完成静校正。

2、根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法，其特征在于步骤1)所述的采集地震数据是用在地面过井炮线的不同位置分别人工激发地震纵波，在井中不同深度放置三分量地震波接收器接收地震波场记录三分量二维地震波波场与常规的零井源距垂直地震剖面数据。

3、根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法，其特征在于步骤1)所述的地震波接收器两两相互垂直。

4、根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法，其特征在于步骤2)所述的层速度计算如果没有零井源距数据，则用二维垂直地震剖面中的小井源距数据。

5、根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面数据计算炮点静校正的方法，其特征在于步骤6)所述的计算得到二维垂直地震剖面静校正量利用以下公式：

$R(V_n,A_n)=\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(T_{j,m}^0-T_{j,m}(V_n,A_n)-{\mathrm{stat}}_j)}^2\right]$

式中：M为垂直地震剖面接收点个数，T_j，m ⁰为第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第m个垂直地震剖面接收点实际观测的初至时间，T_j，m(V_n，α_n)为由速度模型求出的第j个垂直地震剖面初至时距曲线、第k个垂直地震剖面接收点的理论初至时间，stat_j为第j个炮点的静校正量。

Images