CN101630017B - 二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明是地震数据处理的二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法，先依据振幅进行类型分离，转换到射线坐标系做时间截距-垂直慢度-水平慢度域的变换，确定每个垂直慢度-水平慢度平面最大振幅，然后沿时间截距方向对最大振幅进行平滑求取振幅门槛值，提取有效波场，进行模型正演确定有效波场位置，得到不含待提取波场的剩余波场，做反变换，从射线坐标系统下的VSP数据中减去，得到射线坐标系统下期望分离出的目标波场。本发明可减弱用tau-p变换技术进行波场分离过程中波场能量延伸现象的影响。

Description

二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法

技术领域

本发明涉及石油勘探技术，是地震数据处理中的二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法。

背景技术

二维垂直地震剖面(Walk-away VSP)勘探数据中，VSP资料处理通常包括初至拾取、速度反演、波场分离、成像等。由于在原始VSP数据中，不同波场相互重叠在一起，因此，将不同类型的地震波场进行分离是VSP数据处理的一项基本任务，波场分离的效果直接影响最终成果的可靠性和效果。

常规VSP(零偏VSP，非零偏VSP)处理中常用的波场分离手段主要有中值滤波、F-K滤波、tau-p变换等技术，在共炮点道集中进行应用。

中值滤波是非线性多道滤波方法。应用中值滤波进行VSP数据的波场分离，要求目标波场能够按照波至时间进行准确排齐。排齐的精度对波场分离效果影响严重，这要求能够对目标波场的波至时间进行准确测定。另一方面，它也要求参与处理的各信号道的波形应该一致。如果波形不一致，即使波至时间对准，其相位也不会相同，中值滤波同样达不到预期的效果。

F-K滤波是依据不同波场在视速度上的差异进行波场分离的多道方法。F-K滤波要求数据的空间采样间隔足够小，并且是等间隔采样。若空间采样间隔不足够小，将产生假频问题。F-K滤波还存在Rieber混合问题，即数据经F-K滤波后的空间混合效应。空间混合效应使信号波形发生畸变，并模糊了VSP同相轴的端点位置，这为后续解释带来困难。不同波场间的视速度差异越小，在进行波场分离时这种空间混合效应越严重。

tau-p变换同样是依据不同波场间在视速度上的差异进行波场分离的多道方法。但有限空间数据的tau-p变换结果会出现波场能量延伸现象(即所谓的端点效应)，降低了对不同波场的分辨效果，使得反变换后的不同波场相互干扰。随着参与处理道数的减少(即数据空间的减小)，这种影响会更加严重。

由于Walkaway VSP数据采集方式的特殊性，上述这些常规VSP处理中一般比较有效的方法并不能直接套用。这是因为一方面由于受井下接收器级数的限制，数据观测井段小，其在共炮点道集中的道数较少，现有的一些波场分离方法由于边界效应的影响不太适用；另一方面由于Walkaway VSP是多井源距VSP，炮点到井口的距离在较大范围内变化，使得在共接收点道集中波阻特征变化明显(与中值滤波关于波形一致的假设相矛盾)，并且不同波场间的视速度差异并不明显(会加重F-K滤波的空间混合效应)，制约着这些常规波场分离手段的应用效果。

发明内容

本发明目的是提供一种改进地震数据波场分离效果，准确提供层位、构造等信息的二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法。

本发明通过以下技术方案实现，具体实施步骤是：

1)沿炮线方向不同位置人工激发地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录三分量walkaway VSP地震波波场；

2)在地震波波场数据上拾取不同接收点处的波场初至时间；

3)采用通常的方法将波场初至时间反演层速度，建立参考层速度模型；

4)依据振幅强弱，按先下行波、后上行波，先纵波，后转换波的顺序依次进行不同类型地震波场的分离，确定进行分离的波场的类型；

5)在地理坐标系下将数据转换到射线坐标系统中；

步骤5)所述的转换是依据参考速度模型进行射线追踪，确定目标波场的偏振方向；

以上所述的目标波场是预分离出的波场。

6)利用步骤5的结果，对空间窗中的数据依据下式进行从时间-深度-井源距域(t-z-x)到时间截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)的变换：

$v(p,q,\mathrm{\τ})=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}u(x,z,\mathrm{\τ}+\mathrm{qx}+\mathrm{pz})\mathrm{dzdx}$

上式中u代表时间-深度-井源距域地震数据，v代表变换后的时间截距-垂直慢度-水平慢度域数据，t表示时间，x表示井源距，z表示深度，τ表示时间截距，p表示垂直慢度，q表示水平慢度；

步骤6所述的空间窗是指水平(x)方向的有限范围。

步骤6所述变换过程是依次在水平(x)和垂直(z)两个方向上进行两次一维时间截距-慢度变换。

7)在时间截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)域中确定垂直于时间截距轴的每个垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿时间截距τ方向对所拾取的最大振幅进行平滑以求取振幅门槛值；

8)在时间截距-垂直慢度-水平慢度(τ-p-q)域数据中提取有效波场。提取过程依据步骤7所得振幅门槛值进行，即若数据振幅大于门槛值，则认为是有效波场的振幅；

步骤8所述的提取过程是依据能量的强弱关系迭代进行，先提取强能量同相轴，再提取次强能量同相轴，如此反复。

9)根据步骤3的参考速度模型，进行射线追踪模型正演，以确定待提取波场在步骤8获得的有效波场中的位置；

步骤9所述待提取波场类型由步骤4确定。

10)依据步骤9所得待提取波场位置，将待提取波场从步骤8所得有效波场中滤除，得到不含有待提取波场的剩余波场；

11)将步骤10中得到的剩余波场分别在水平(x)和垂直(z)两个方向上进行两次一维时间截距-慢度反变换，得到时间-深度-井源距域剩余波场；

12)将步骤11中反变换结果从步骤5所得射线坐标系统下的VSP数据中减去，得到射线坐标系统下期望分离出的目标波场；

13)沿炮线方向(x方向)滑动空间窗，重复上面的步骤4-12，以便从全部数据中分离出射线坐标系统下的目标波场；

14)通过坐标旋转，将步骤13所得射线坐标系统下的全部目标波场转换到地理坐标系下，完成对三分量walkaway VSP数据目标波场的分离。

步骤14)中的坐标旋转是步骤5的逆过程。

15)重复步骤4)至步骤14)进行其他类型地震波场的分离。

本发明在二维空间tau-p变换同时利用x、z两个方向上的数据进行处理，拓展了数据空间，有效降低波场能量延伸现象的影响，提高波场分离的效果。

本发明的波场分离过程是通过根据能量的强弱关系迭代提取有效波场、从有效波场中得到不含有待提取波场的剩余波场、再将剩余波场从原始数据中减去以得到目标波场，可减弱用tau-p变换技术进行波场分离过程中波场能量延伸现象的影响。

附图说明

图1为地理坐标系统下的三分量原始Walkaway VSP数据的垂直分量波场，横坐标为深度(米)，纵坐标为时间(毫秒)；

表1为进行波场分离时采用的层速度模型，表中的坐标代表层界面与井轨迹交点处的坐标值；

图2为下行纵波波场分离结果的垂直分量波场，横坐标为深度(米)，纵坐标为时间(毫秒)；

图3为上行纵波波场分离结果的垂直分量波场，横坐标为深度(米)，纵坐标为时间(毫秒)；

图4为上行PS转换波波场分离结果的垂直分量波场，横坐标为深度(米)，纵坐标为时间(毫秒)。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

本发明实施例中使用的数据是从野外实际观测的三分量Walkaway VSP记录中抽取的部分数据。

在地表沿炮线方向不同位置处人工激发地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录VSP地震波波场(如图1所示)。然后，在地震波波场数据上拾取不同接收点处的波场初至时间，并利用拾取的波场初至时间来反演层速度，以建立参考层速度模型(如表1所示)。

首先进行下行纵波的分离，即将下行纵波作为下述波场分离过程的目标波场。

依据参考速度模型进行射线追踪以确定目标波场(预分离出的波场)的偏振方向。然后利用此偏振方向在地理坐标系下将数据转换到射线坐标系统中。

Walkaway VSP在地表炮线方向(x方向)和井下深度方向(z方向)上共同采集数据，这为利用x、z两个方向上的数据来提高时间截距-慢度变换波场分离的效果提供了可能。为此，将水平(x)方向的有限范围空间窗中的数据依据下式进行从时间-深度-井源距域(t-z-x)到时间截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)的变换：

$v(p,q,\mathrm{\τ})=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}u(x,z,\mathrm{\τ}+\mathrm{qx}+\mathrm{pz})\mathrm{dzdx}$

式中u代表时间-深度-井源距域地震数据，v代表变换后的时间截距-垂直慢度-水平慢度域数据，t表示时间，x表示井源距，z表示深度，τ表示时间截距，p表示垂直慢度，q表示水平慢度。

上式表示以水平方向(x方向)和垂直方向(z方向)两个慢度参数对数据进行处理，具体实施时采用依次沿垂直和水平方向进行两次到一维时间截距-慢度域变换的方法进行实现。

接下来在时间截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)域中确定垂直于时间截距轴的每个垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿时间截距τ方向对所拾取的最大振幅进行平滑以求取振幅门槛值。

经时间截距-慢度变换后，原(z，t)平面中的线性同相轴在(p，τ)平面中将变为一个点，可以依据这一特性在时间截距-垂直慢度-水平慢度(τ-p-q)域数据中提取有效波场。提取过程依据所得振幅门槛值进行，即若数据振幅大于门槛值，则认为是有效波场的振幅。所述的提取过程是依据能量的强弱关系迭代进行的，即先提取强能量同相轴，再提取次强能量同相轴，如此下去。

然后，根据参考速度模型进行射线追踪模型正演，以确定待提取波场在有效波场中的位置；依据所得待提取波场位置信息，将待提取波场从有效波场中滤除，得到不含有待提取波场的剩余波场；将剩余波场依次在水平和垂直两个方向上进行两次一维时间截距-慢度反变换，得到时间-深度-井源距域剩余波场；将时间-深度-井源距域剩余波场从射线坐标系统下的VSP数据中减去，得到射线坐标系统下期望分离出的目标波场。

沿x方向(即炮线方向)滑动空间窗，重复上面的步骤，以便从全部数据中分离出射线坐标系统下的目标波场。沿x方向采用滑动窗的办法进行处理，窗的长度不宜过大。

通过坐标旋转，将射线坐标系统下的全部目标波场转换到地理坐标系下，便完成了对三分量walkaway VSP数据目标波场的分离工作。

附图2是将下行纵波作为目标波场时的波场分离结果。

完成下行纵波的分离后，再依次进行上行纵波、上行PS转换波的分离工作，分离结果分别如附图3和附图4所示。

对比附图1所示的原始数据及附图2、3、4所示的不同类型地震波场的分离结果，可知本发明中所描述的方法效果良好。

本发明在有限数据空间中应用tau-p变换技术，存在波场能量延伸现象的影响。一维空间tau-p变换仅利用z(深度)方向的数据，而二维空间tau-p变换同时利用x、z两个方向上的数据进行处理，相当于拓展了数据空间，可以有效降低波场能量延伸现象的影响，提高波场分离的效果。

常规tau-p变换技术是采用在tau-p域中直接进行切除来完成的。由于tau-p变换有限数据空间波场能量延伸现象的影响，通过切除可能达不到将不同波场完全分离的目的。而本发明的波场分离过程是通过根据能量的强弱关系迭代提取有效波场、从有效波场中得到不含有待提取波场的剩余波场、再将剩余波场从原始数据中减去以得到目标波场这一过程实现的。这样的过程可以减弱用tau-p变换技术进行波场分离过程中波场能量延伸现象的影响。

另外，使用三分量walkaway VSP数据在射线坐标系统下实现本发明的波场分离过程，可以确保在tau-p-q域中同相轴的清晰、有效聚焦，降低有限空间数据波场能量延伸现象的影响，从而进一步改进波场分离的效果。

本发明实施实例中使用的三分量Walkaway VSP数据来自野外实际观测。附图1是该数据在地理坐标系统下的垂直分量波场；附表1为在实施波场分离时所采用的层速度模型。不同类型波场的波场分离结果分别见附图2至图4。波场分离结果表明了本发明的良好效果。

Claims (3)

1.一种二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法，其特征在于采用以下步骤：

1)沿炮线方向不同位置人工激发地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录三分量walkaway VSP地震波波场；

2)在地震波波场数据上拾取不同接收点处的波场初至时间；

3)采用通常的方法将波场初至时间反演层速度，建立参考层速度模型；

4)依据振幅强弱，按先下行波、后上行波，先纵波，后转换波的顺序依次进行不同类型地震波场的分离，确定进行分离的波场的类型；

5)在地理坐标系下将数据转换到射线坐标系统中；

所述的转换是依据参考速度模型进行射线追踪，确定目标波场的偏振方向；

6)利用步骤5)的结果，对空间窗中的数据依据下式进行从时间-深度-井源距域到时间截距-垂直慢度-水平慢度域的变换：

$v(p,q,\mathrm{\τ})=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}u(x,z,\mathrm{\τ}+\mathrm{qx}+\mathrm{pz})\mathrm{dzdx}$

上式中u代表时间-深度-井源距域地震数据，v代表变换后的时间截距-垂直慢度-水平慢度域数据，x表示井源距，z表示深度，τ表示时间截距，p表示垂直慢度，q表示水平慢度；

7)在时间截距-垂直慢度-水平慢度域域中确定垂直于时间截距轴的每个垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿时间截距τ方向对所拾取的最大振幅进行平滑以求取振幅门槛值；

8)在时间截距-垂直慢度-水平慢度域数据中提取有效波场，提取过程依据步骤7)所得振幅门槛值进行，即若数据振幅大于门槛值，则认为是有效波场的振幅；

所述的提取过程是依据能量的强弱关系迭代进行，先提取强能量同相轴，再提取次强能量同相轴，如此反复；

9)根据步骤3)的参考层速度模型，进行射线追踪模型正演，以确定待提取波场在步骤8)获得的有效波场中的位置；

所述待提取波场类型由步骤4)确定；

10)依据步骤9)所得待提取波场位置，将待提取波场从步骤8)所得有效波场中滤除，得到不含有待提取波场的剩余波场；

11)将步骤10)中得到的剩余波场分别在水平和垂直两个方向上进行两次一维时间截距-慢度反变换，得到时间-深度-井源距域剩余波场；

12)将步骤11)中反变换结果从步骤5)所得射线坐标系统下的VSP数据中减去，得到射线坐标系统下期望分离出的目标波场；

13)沿炮线方向滑动空间窗，重复上面的步骤4)-12)，以便从全部数据中分离出射线坐标系统下的目标波场；

14)通过坐标旋转，将步骤13)所得射线坐标系统下的全部目标波场转换到地理坐标系下，完成对三分量walkaway VSP数据目标波场的分离；

所述的坐标旋转是步骤5)的逆过程；

15)重复步骤4)至步骤14)进行其他类型地震波场的分离。

2.根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法，其特征在于步骤6)所述的空间窗是指水平方向的有限范围。

3.根据权利要求1所述的二维垂直地震剖面不同类型地震波场分离方法，其特征在于步骤6)所述变换过程是依次在水平和垂直两个方向上进行两次一维时间截距-慢度变换。

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