CN102890288B - 一种地震波层速度反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震勘探数据处理的地震波层速度反演的方法，井下接收得到VSP数据，拾取每道初至并时间取整，计算相邻道整数样点的初至差一，对VSP数据进行中值滤波波场分离得到下行波并拉平，从第一个样点开始，往后开一时窗，对信号进行傅里叶变换得到每个频率的相位谱，求取相邻道中相同频率的相位谱之差，最小二乘拟合，得到相邻道非整数样点初至差二，并与初至差一求和，得到初至差，相邻道的深度差除以相邻道最终的初至差得到层速度。本发明有很强抗随即(随机)干扰能力，算法简单且反演的层速度精度很高。

Description

一种地震波层速度反演方法

技术领域

本发明涉及地震勘探数据处理技术，一种利用地震数据相位谱属性进行地震波层速度反演的方法。

背景技术

在地震勘探中，垂直地震剖面法(VSP)由于炮点离井口很近，可认为不同深度接收到的下行直达波具有相同的传播路径，能直接利用初至时间计算得到层间时差，从而反演地震波的层速度，为地面地震处理以及解释提供有力手段。而目前的VSP资料处理在进行初至拾取时，都是先对地震信号在时间域进行重采样，提高采样率。其具体做法是利用相邻几个样点的值内插出更多的样点值，比如将1毫秒的采样率的信号内插成0.0001毫秒的采样率的信号，然后再进行初至拾取，利用获得的初至，计算相邻道之间的时差，再用相邻道的深度差除以时间差得到层速度。由于内插本身只是一种数学算法，其内插出的信号并不是真实信号，不能提高原始数据的分辨率，同时内插结果受内插方法和信噪比的影响很大，从而导致初至拾取精度不够，制约VSP资料的应用价值。

发明内容

本发明目的是提供一种利用地震数据的相位谱属性，算法简单，计算效率高，反演精度高的地震波层速度反演方法。

本发明具体步骤包括：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到VSP数据；

2)拾取每道地震数据的初至，并对初至时间取整，然后利用取整后的初至时间计算相邻道的整数样点的初至差一；

步骤2)对初至时间取整是取采样率的整数倍。

3)利用取整后的初至对VSP数据进行中值滤波波场分离得到下行波，并将得到的下行波拉平；

4)在拉平的下行波中，从第一个样点开始，往后开一时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的相位谱；

5)重复步骤4)，得到所有道下行波每个频率的相位谱；

6)求取相邻道中相同频率的相位谱之差；

7)对步骤6)中的相位谱之差进行最小二乘拟合，得到相邻道非整数样点初至差二，并与步骤2)中相邻道的整数样点的初至差一求和，得到相邻道最终的初至差；

8)相邻道的深度差除以相邻道最终的初至差得到层速度。

步骤6)所述的求取相邻道相位谱之差计算方法如下：

设深度为h_i的检波器得到的下行波为s_i(t)，深度为h_i+1的检波器得到的下行波为s_i(t-Δt_i+1)，有：

$S_{i+1}\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})e^{-j2\mathrm{\πft}}\mathrm{dt}={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\πf}(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})}\mathrm{dt}$

则有：θ_i+1(ω)＝2πfΔt_i+1

式中，S_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换；

θ_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换的相位谱

Δt_i+1为第i+1道和第i道初至差；

f为频率；

t为第i道初至时间；

j为复数单位。

本发明具有很强抗随即(随机)干扰能力，不仅算法简单还能大大节约工作量，且反演的层速度精度很高。

附图说明

图1实际资料波场分离后的下行波(示意)；

图2沿初至开窗截取的信号；

图3反演层速度对比。

具体实施方式

本发明是一种利用地震数据的相位谱属性进行层速度反演的方法。

本发明具体步骤包括：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到VSP数据；

2)拾取每道地震数据的初至，并对初至时间取整，然后利用取整后的初至时间计算相邻道的初至差一；

3)利用取整后的初至对VSP数据进行中值滤波波场分离得到下行波，并将得到的下行波拉平；

4)在拉平的下行波中，从第一个样点开始，往后开一时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的相位谱；

5)重复步骤4)，得到所有道下行波每个频率的相位谱；

6)求取相邻道中相同频率的相位谱之差；

7)对步骤6)中的相位谱之差进行最小二乘拟合，得到相邻道初至差二，并与步骤2)中相邻道的初至差一求和，得到相邻道最终的初至差。

8)相邻道的深度差除以相邻道最终的初至差得到层速度。

以下结合附图详细说明本发明。

本发明具体实现步骤如下：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到VSP数据；

2)拾取每道地震数据的初至，并对初至时间取整，然后利用取整后的初至时间计算相邻道的初至差一；

3)利用取整后的初至对VSP数据进行中值滤波波场分离得到下行波(图1是实际资料波场分离后的下行波示意图)，并将得到的下行波拉平；

4)在拉平的下行波中，从第一个样点开始，往后开一时窗，对该时窗内的信号(如图2所示)进行傅里叶变换，得到每个频率的相位谱；

5)重复步骤4)，得到所有道下行波每个频率的相位谱；

6)求取相邻道中相同频率的相位谱之差；

设深度为h_i的检波器得到的下行波为s_i(t)，深度为h_i+1的检波器得到的下行波为s_i(t-Δt_i+1)，根据傅里叶变换的性质：信号时间域的时移对应其傅里叶变换频率域的相移；有：

$S_{i+1}\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})e^{-j2\mathrm{\πft}}\mathrm{dt}={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\πf}(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})}\mathrm{dt}$

则有：θ_i+1(ω)＝2πfΔt_i+1

式中，S_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换；

θ_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换的相位谱

Δt_i+1为第i+1道和第i道初至差；

f为频率；

t为第i道初至时间；

j为复数单位。

7)对步骤6)中的相位谱之差进行最小二乘拟合，得到相邻道初至差二，并与步骤2)中相邻道的初至差一求和，得到相邻道最终的初至差。

8)相邻道的深度差除以相邻道最终的初至差得到层速度。图3是反演层速度对比；蓝线是时间域高精度初至拾取反演得到的层速度，粉红线为相位域反演的层速度，其明显消除了人为拾取造成的异常点。

Claims (3)

1.一种地震波层速度反演方法，特点是包括以下具体步骤：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到VSP数据；

2)拾取每道地震数据的初至，并对初至时间取整，然后利用取整后的初至时间计算相邻道整数样点的第一个初至差；

3)利用取整后的初至对VSP数据进行中值滤波波场分离得到下行波，并将得到的下行波拉平；

4)在拉平的下行波中，从第一个样点开始，往后开一时窗，对该时窗内的信号进行傅里叶变换，得到每个频率的相位谱；

5)重复步骤4)，得到所有道下行波每个频率的相位谱；

6)求取相邻道中相同频率的相位谱之差；

7)对步骤6)中的相位谱之差进行最小二乘拟合，得到相邻道非整数样点第二个初至差，并与步骤2)中相邻道的整数样点的第一个初至差求和，得到相邻道最终的初至差；

8)相邻道的深度差除以相邻道最终的初至差得到层速度。

2.根据权利要求1的方法，特点是步骤2)对初至时间取整是取采样率的整数倍。

3.根据权利要求1的方法，特点是步骤6)所述的求取相邻道相位谱之差计算方法如下：

设深度为h_i的检波器得到的下行波为s_i(t)，深度为h_i+1的检波器得到的下行波为s_i(t-Δt_i+1)，有：

$S_{i+1}\left(\mathrm{\ω}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})e^{-j2\mathrm{\πft}}\mathrm{dt}={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{s}_i\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\πf}(t-{\mathrm{\Δt}}_{i+1})}\mathrm{dt}$

则有：θ_i+1(ω)＝2πfΔt_i+1

式中，S_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换；

θ_i+1(ω)为s_i+1(t)的傅里叶变换的相位谱

Δt_i+1为第i+1道和第i道初至差；

f为频率；

t为第i道初至时间；

j为复数单位。