CN102081167B - 一种三维vsp数据初至波拾取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震勘探数据处理中拾取精度高的三维VSP数据初至波拾取方法。初步拾取初至，形成观测点深度的初至时间与井源距关系表，采用三次样条插值出此道的先导初至，采用三次样条算法按新采样率把模数道数据重采样，计算模数道数据每个样点的相邻振幅差的乘积值，确定比值大于α的波峰，第一个波峰值，用小于1的比例因子β，计算B之前的数据与B的比值，确定比值小于β的距离B最近的一个样点，对应的时间为拾取初至。本发明提高了初至拾取的准确性和抗噪能力，提高了拾取的精度和拾取的效率，确保每一道初至拾取精确可靠。

Description

一种三维VSP数据初至波拾取方法

技术领域

本发明涉及地震勘探数据处理技术，是一种三维VSP数据初至波拾取方法。

背景技术

在地震勘探中，波场最早到达的时间为初至时间，在VSP勘探中为下行纵波的到达时间，该时间的准确拾取对于利用初至求取速度及各向异性参数和波场分离至关重要。

目前在地震波初至拾取方面有很多方法，初至拾取一般采用能量比法、分形维法、神经网络法、互相关法等。能量比法是利用初至前后的地震能量特征差异来进行拾取，首先根据实际情况选择合适的时窗长度，并根据自己定义的时窗长度把地震道分成许多个小时窗，每个小时窗看成一个单位；然后对每个单元内的样点求能量和；最后将后一单元的能量和除以前一个单元的能量和并开平方，得到本样点时间的能量比值，所有时间的最大能量比值对应的为初至。能量比法实现简单，但其拾取精度很难达到VSP资料处理的要求。

VSP资料往往下行波能量最强，初至更易识别拾取，同时拾取的精度要求更高(小于采样率)，已有初至拾取技术均未考虑VSP资料的特点，自动拾取精度很难达到VSP资料的要求。对于三维VSP数据的初至，如何快速识别误差较大的初至是高效拾取的关键。

发明内容

本发明目的在于提供一种可避开背景干扰，拾取精度高的三维VSP数据初至波拾取方法。

本发明具体步骤包括：

1)用地震勘探方法取得三维三分量VSP数据集，进行观测系统定义、去除单频干扰、振幅恢复、静校正处理；

2)抽取若干炮不同井源距的VSP数据，初步拾取其初至，形成每个观测点深度的初至时间与井源距关系表；

步骤2)所述的井源距VSP数据包括最小井源距和最大井源距数据。

3)对每一道数据，利用初至井源距关系表采用三次样条插值出此道的先导初至t_p；

4)采用一个大于零的时窗Δt，截取(t_p-Δt)～(t_p+Δt)时间段的数据；

5)对截取的数据进行三分量合成模数道处理，公式为： $m_i=\sqrt{{x_i}^2+{y_i}^2+{z_i}^2},$

x_i、y_i、z_i表示三分量VSP数据第i个样点振幅值，m_i表示模数道第i个样点振幅值；

6)根据精度要求确定新的采样率，采用三次样条算法按新采样率把模数道数据重采样；

步骤6)新的采样率为0.01-0.1ms。

7)采用以下公式计算模数道数据每个样点的相邻振幅差的乘积值dm_i，dm_i＝(m_i-m_i-1)·(m_i+1-m_i)，m_i表示模数道第i个样点振幅值，dm_i小于零的值为波峰，并找出其中的最大波峰值A；

8)用小于1的比例因子α，计算每一个波峰与A的比值，确定比值大于α的波峰，其中的第一个波峰是初至后的第一个波峰，这个波峰值计为B；

9)用小于1的比例因子β，计算B之前的数据与B的比值，确定比值小于β的距离B最近的一个样点，对应的时间为拾取初至；

10)重复(3)～(9)至全部三维VSP数据拾取；

11)在炮集内利用相邻深度初至时差辅助手动拾取初至；

步骤11)手动拾取初至方法如下：

计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值。对dt_j做多道中值滤波后的值计为dtm_j，计算Δt_j＝|dtm_j-dt_j|，用允许时差范围ΔT₁判断，当Δt_j＞ΔT₁时，对应的初至进行手动重新拾取，直到全部Δt_j小于ΔT₁为止，将四条曲线Δt_j、dtm_j、dtm_j-ΔT₁、dtm_j+ΔT₁与道集绘制在一起，手动拾取初至时，重新计算四条曲线并绘图。

上述步骤对dt_j做中值滤波的道数为3-5道，允许时差范围ΔT₁为0.02-0.1ms/m。

12)对全部数据按井源距分组，在每个井源距内计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值；对每一个深度的时差值序列按大小排序，找到中间值meddt，用允许时差范围ΔT₂判断，找出dt＞meddt+ΔT₂或dt＜meddt-ΔT₂的初至，返回到步骤11)重新拾取初至；

步骤12)井源距分组组距为50-200m，允许时差范围ΔT₂为0.05-0.2ms/m。

13)对全部数据按炮检水平方位进行分组，在每个炮检水平方位组内把初至按井源距从小到大排序，对每一个深度初至计算后一炮初至与前一炮的初至差dt_ij，公式为：dt_ij＝(t_ij-t_(i-1)j)，t_ij表示第j深度道第i炮初至。找出dt_ij＜0的初至，返回到步骤11重新拾取初至；

步骤13)按炮检水平方位分组的方位角范围为5-10°。

14)对全部数据按接收点深度进行分组，在每个接收点深度内有地理坐标y、x及初至t三列数据，利用基于三角形的线性插值算法对(y，x，t)进行二元函数曲面拟合，形成规则网格数据(Y，X，T)，对(Y，X，T)进行多道二维中值滤波处理得到(Y，X，Tm)，计算dT＝|T-Tm|，用允许时差范围ΔT₃判断，找出dT＞ΔT₃的初至，返回到步骤11重新拾取初至。

步骤14)允许时差范围ΔT₃为20-100ms。

本发明充分利用VSP资料的特性，通过内插先导初至进行约束并利用波峰比法进行自动拾取，利用多域初至和相邻深度(炮)初至差变化规律进行初至质量检测。它具有如下特点：

(1)利用先导初至确定拾取时窗的位置，波峰比法自动拾取，提高了初至拾取的准确性和抗噪能力；

(2)加密采样的模数道数据波峰比法自动拾取，提高了拾取的精度；

(3)多域利用相邻深度(炮)初至时差和初至变化规律进行质量检测，提高了拾取的效率，确保每一道初至拾取精确可靠。

附图说明

图1三维VSP资料中抽取的不同井源距Z分量记录；

图2三维VSP资料中抽取的不同井源距模数道拾取初至；

图3内插的先导初至与拾取初至比较；

内插的先导初至(左)与拾取初至(右)；

图4波峰比法自动拾取初至示意图；

图5炮集模数道内利用相邻深度初至差辅助手动拾取初至；

相邻深度初至差进行3道中值滤波处理后，图5-1有一道拾取不准确，初至线很难判别，相邻深度初至差很容易识别，图5-2时差在0.05ms/m以内，说明此炮初至拾取已达到精度要求。

图6共井源距组内利用相邻深度初至差进行质量检测；

图7共方位角组内利用相邻炮初至差进行质量检测；

图8共深度点内进行初至质量检测，

图8-1为二元函数曲面拟合处理后的共深度点初至T；图8-2为对图8-1初至进行(3，3)二维中值滤波处理后Tm；图8-3x为|T-Tm|大于50ms对应的炮点位置。

具体实施方式

本发明是在三维VSP资料中先拾取若干不同井源距资料的初至，根据井源距插值出待拾取资料的初至时间作为自动拾取初至的先导初至，依据先导初至截取时窗数据，三分量数据合成模数道并加密重采样数据，采用波峰比法自动拾取初至，在炮集内利用相邻深度初至时差辅助手动拾取，分别在共井源距组、共方位角组和共接收点深度平面内进行初至质量检测。

本发明利用先导初至有效的控制了初至拾取的位置，避开了可能的大部分背景干扰，并通过模数道加密采样处理，提高了拾取的精度，多域利用相邻深度初至时差进行质量监控，可获得准确的初至时间，可将拾取的初至应用波场分离或其它处理解释过程中。

即利用三维VSP数据相同井源距具有相近初至的特点，先拾取若干不同井源距资料的初至，三次样条插值出全部资料的初至作为先导初至，先导初至前后时窗截取三分量VSP数据，合成模数道并三次样条插值加密采样数据，采用波峰比方法进行自动拾取，然后在多域利用初至和相邻深度初至时差的变化进行质量监控，提高拾取的效率和精度。该方法利用简单的插值方法获取先导初至提高了待拾取波形信息的抗干扰性和自动拾取的效率，模数道加密采样提高了拾取的精度，多域质量检测保证拾取的准确性，对于三维VSP资料利用初至时间求取速度和波场分离具有重要意义。

三维三分量VSP资料初至拾取的方法具体实施步骤为：

1)用地震勘探方法取得三维三分量VSP数据集(图1)，进行观测系统定义、去除单频干扰、振幅恢复、静校正处理；

2)抽取若干炮不同井源距的VSP数据，包括最小井源距和最大井源距数据，拾取其初至(图2)，形成每个观测点深度的初至时间与井源距关系表；

3)对每一道数据，利用初至井源距关系表采用三次样条插值出此道的先导初至t_p(图3)；

4)采用一个大于零的时窗Δt，Δt在20-100ms之间，截取(t_p-Δt)～(t_p+Δt)时间段的数据；

5)对截取的数据进行三分量合成模数道处理；

6)根据精度要求确定新的采样率，新的采样率为0.01-0.1ms，采用三次样条算法按新采样率把模数道数据重采样；

7)采用以下公式计算模数道数据每个样点的相邻振幅差的乘积值dm_i，dm_i＝(m_i-m_i-1)·(m_i+1-m_i)，m_i表示模数道第i个样点振幅值，dm_i小于零的值为波峰，并找出其中的最大波峰值A；

8)用小于1的比例因子α，计算每一个波峰与A的比值，确定比值大于α的波峰，其中的第一个波峰是初至后的第一个波峰，这个波峰值计为B；

9)用小于1的比例因子β，计算B之前的数据与B的比值，确定比值小于β的距离B最近的一个样点，对应的时间为拾取初至(图4)；

10)重复(3)～(9)至全部三维VSP数据拾取；

11)在炮集内利用相邻深度初至时差辅助手动拾取初至(图5)，手动拾取初至方法如下：计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值。对dt_j做多道中值滤波后的值计为dtm_j，中值滤波道数为3-5道，计算Δt_j＝|dtm_j-dt_j|，用允许时差范围ΔT₁判断，ΔT₁为0.02-0.1ms/m，当Δt_j＞ΔT₁时，对应的初至进行手动重新拾取，直到全部Δt_j小于ΔT₁为止，将四条曲线Δt_j、dtm_j、dtm_j-ΔT₁、dtm_j+ΔT₁与道集绘制在一起，手动拾取初至时，重新计算四条曲线并绘图。

12)对全部数据按井源距分组(图6)，组距为50-200m，在每个井源距内计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值；对每一个深度的时差值序列按大小排序，找到中间值meddt，用允许时差范围ΔT₂判断，ΔT₂为0.05-0.2ms/m，找出dt＞meddt+ΔT₂或dt＜meddt-ΔT₂的初至，返回到步骤11)重新拾取初至；

13)对全部数据按炮检水平方位进行分组(图7)，方位角范围为5-10°，在每个炮检水平方位组内把初至按井源距从小到大排序，对每一个深度初至计算后一炮初至与前一炮的初至差dt_ij，公式为：dt_ij＝(t_ij-t_(i-1)j)，t_ij表示第j深度道第i炮初至。找出dt_ij＜0的初至，返回到步骤11重新拾取初至；

14)对全部数据按接收点深度进行分组(图8)，在每个接收点深度内有地理坐标y、x及初至t三列数据，利用基于三角形的线性插值算法对(y，x，t)进行二元函数曲面拟合，形成规则网格数据(Y，X，T)，对(Y，X，T)进行多道二维中值滤波处理得到(Y，X，Tm)，计算dT＝|T-Tm |，用允许时差范围ΔT₃判断，ΔT₃为20-100ms，找出dT＞ΔT₃的初至，返回到步骤11重新拾取初至。

本发明实施采集三维三分量VSP资料，共4222炮，处理后得到了较好的下行波初至，说明了方法的可行性和实用性。

具体实现步骤详述如下：

(1)野外采用爆炸源激发，井深12米，药量4公斤，80级井中三分量检波器接收，观测井段6m～1210m，道距15.24米，炮线距220米，炮点距20m，激发的能量足够强，资料信噪比足够高，下行纵波初至清晰(图1)，完成三维三分量VSP数据采集；

(1)采用小折射观测方式，通过拾取初至波完成表层速度解释，建立工区表层速度模型；

(2)根据表层速度模型及给定的基准面高程，计算得到野外静校正量，并应用于三维VSP数据；

(3)对三维VSP数据进行预处理(包括观测系统加载，置道头，去除单频干扰，几何扩散补偿等)；

(4)抽取井源距为20m、400m、800m、1200m、1600m、2000m、2400m、2897m的VSP数据，拾取其初至(图2)，形成初至-井源距关系表；

(5)读取一道数据，由井源距及(4)得到的初至-井源距关系表三次样条插值出此道的先导初至(图3)，根据先导初至前后各截取50ms三分量数据；

(6)在计算时窗内进行三分量合成模数道处理；

(7)给定新的采样率0.1ms，采用三次样条插值算法把模数道数据重采样；

(8)计算模数道数据每个样点的相邻振幅差的乘积值，负值为波峰，寻找每一个波峰时间值，并找出其中的最大波峰值A；

(9)给定比例因子α＝0.25，计算每一个波峰与A的比值，找出比值大于0.25的波峰，其中的第一个波峰是初至后的第一个波峰，这个波峰值计为B；

(10)给定比例因子β＝0.05，计算B之前的数据与B的比值，找出比值小于0.05的距离B最近的一个样点，对应的时间即为拾取初至(图4)。

(11)重复(5)～(10)至到全部三维VSP数据拾取完毕；

(12)给定允许时差范围值0.05ms/m，对每一炮数据，在共炮集利用相邻深度初至时差辅助手动拾取初至(图5)，方法如下：计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值。对dt_j做3道中值滤波后的值计为dtm_j，计算Δt_j＝|dtm_j-dt_j|，当Δt_j＞0.05时，对应的初至进行手动重新拾取，直到全部Δt_j小于0.05为止；

(13)对全部数据按井源距进行分组，组距100m，给定允许时差范围值0.05ms/m，在每个井源距内利用相邻深度初至差进行质量检测(图6)，方法如下：在每个井源距内计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值；对每一个深度的时差值序列按大小排序，找到中间值meddt，找出dt＞meddt+0.05或dt＜meddt-0.05的初至，返回到步骤12重新拾取初至；

(14)对全部数据按井炮检方位角进行分组，角距5°，在每个方位角内利用相邻炮初至差进行质量检测(图7)，方位角范围为5-10°，在每个炮检水平方位组内把初至按井源距从小到大排序，对每一个深度初至计算后一炮初至与前一炮的初至差dt_ij，公式为：dt_ij＝(t_ij-t_(i-1)j)，t_ij表示第j深度道第i炮初至。找出dt_ij＜0的初至，返回到步骤12重新拾取初至；

(15)对全部数据按接收点深度进行分组，在每个接收点深度内进行初至质量检测(图8)，方法如下：在每个接收点深度内有地理坐标y、x及初至t三列数据，利用基于三角形的线性插值算法对(y，x，t)进行二元函数曲面拟合，形成规则网格数据(Y，X，T)，对((Y，X，T)进行多道二维中值滤波处理得到((Y，X，Tm)，计算dT＝|T-Tm|，找出dT＞50ms的初至，返回到步骤12重新拾取初至。

Claims (5)

1.一种三维VSP数据初至波拾取方法，其特征在于：具体步骤包括：

1)用地震勘探方法取得三维三分量VSP数据集，进行观测系统定义、去除单频干扰、振幅恢复、静校正处理；

2)抽取若干炮不同井源距的VSP数据，初步拾取其初至，形成每个观测点深度的初至时间与井源距关系表；

3)对每一道数据，利用初至时间与井源距关系表采用三次样条插值出此道的先导初至t_p；

4)采用一个大于零的时窗Δt，截取(t_p-Δt)～(t_p+Δt)时间段的数据；

5)对截取的数据进行三分量合成模数道处理，公式为： $m_i=\sqrt{{x_i}^2+{y_i}^2+{z_i}^2},$

x_i、y_i、z_i表示三分量VSP数据第i个样点振幅值，m_i表示模数道第i个样点振幅值；

6)根据精度要求确定新的采样率，采用三次样条算法按新采样率把模数道数据重采样；

7)采用以下公式计算模数道数据每个样点的相邻振幅差的乘积值dm_i，dm_i＝(m_i-m_i-1)·(m_i+1-m_i)，m_i表示模数道第i个样点振幅值，dm_i小于零的值为波峰，并找出其中的最大波峰值A；

8)用小于1的比例因子α，计算每一个波峰与A的比值，确定比值大于α的波峰，其中的第一个波峰是初至后的第一个波峰，这个波峰值计为B；

9)用小于1的比例因子β，计算B之前的数据与B的比值，确定比值小于β的距离B最近的一个样点，对应的时间为拾取初至；

10)重复(3)～(9)至全部三维VSP数据拾取；

11)在炮集内利用相邻深度初至时差辅助手动拾取初至；

手动拾取初至方法如下：

计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值；对dt_j做多道中值滤波后的值计为dtm_j，计算Δt_j＝|dtm_j-dt_j|，用允许时差范围ΔT₁判断，当Δt_j＞ΔT₁时，对应的初至进行手动重新拾取，直到全部Δt_j小于ΔT₁为止，将四条曲线Δt_j、dtm_j、dtm_j-ΔT₁、dtm_j+ΔT₁与道集绘制在一起，手动拾取初至时，重新计算四条曲线并绘图；

12)对全部数据按井源距分组，在每个井源距内计算相邻深度初至时差dt_j，公式为：dt_j＝(t_j-t_j-1)/(d_j-d_j-1)，t_j表示第j道初至，d_j表示第j道深度值；对每一个深度的时差值序列按大小排序，找到中间值meddt，用允许时差范围ΔT₂判断，找出dt＞meddt+ΔT₂或dt＜meddt-ΔT₂的初至，返回到步骤11)重新拾取初至；

13)对全部数据按炮检水平方位进行分组，在每个炮检水平方位组内把初至按井源距从小到大排序，对每一个深度初至计算后一炮初至与前一炮的初至差dt_ij，公式为：dt_ij＝(t_ij-t_(i-1)j)，t_ij表示第j深度道第i炮初至；找出dt_ij＜0的初至，返回到步骤11)重新拾取初至；

14)对全部数据按接收点深度进行分组，在每个接收点深度内有地理坐标y、x及初至t三列数据，利用基于三角形的线性插值算法对(y，x，t)进行二元函数曲面拟合，形成规则网格数据(Y，X，T)，对(Y，X，T)进行多道二维中值滤波处理得到(Y，X，Tm)，计算dT＝|T-Tm|，用允许时差范围ΔT₃判断，找出dT＞ΔT₃的初至，返回到步骤11)重新拾取初至。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的井源距VSP数据包括最小井源距和最大井源距数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤6)新的采样率为0.01-0.1ms。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤12)井源距分组组距为50-200m，允许时差范围ΔT₂为0.05-0.2ms/m。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤13)按炮检水平方位分组的方位角范围为5-10°。

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