CN102890289B - 一种高精度地震波层速度反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明是勘探数据处理的高精度的地震波层速度反演方法，井下接收数据变换得到振幅谱，将高频振幅谱清零再反傅里叶变换，保留低频信号记录，拾取每道初至，在深度方向进行傅里叶变换得到F-K谱，将上行波对应的F-K谱清零，在波数方向和频率方向反傅里叶变换得到下行波，从每道的下行波中沿初至往后开一时窗，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，进行最小二乘拟合得到相邻道初至差，相邻道的深度差除以初至差得到层速度。本发明具有很强抗随即干扰能力，对激发子波和底层的吸收衰减情况适应能力强，不仅算法简单反演精度高。

Description

一种高精度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，本发明目的是提供一种利用地震数据的相位谱属性，且具有很强抗噪性的高精度的地震波层速度反演方法。

背景技术

在地震勘探中，零偏垂直地震剖面(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，能直接利用不同深度地震记录的初至时间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资料处理中，都是先对地震记录在时间域进行重采样，提高采样率，再进行初至拾取。其具体做法是利用该道地震记录中相邻几个样点的值内插出更多的样点值，比如将1毫秒采样率的信号内插成0.0001毫秒采样率的信号，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。由于这种提高采样率的方法仅仅只是一种数学算法，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资料信噪比的影响很大，无法真正起稿初至拾取的精度，导致反演的层速度不够精确，制约了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，且具有很强抗噪性的高精度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)对地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，将高频部分的振幅谱清零，然后反傅里叶变换，得到只保留低频信号的地震记录，然后拾取每道地震记录的初至；

3)对步骤2)中的地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，然后在深度方向再进行一次傅里叶变换得到F-K谱，并将上行波对应的F-K谱清零，然后分别在波数方向和频率方向进行反傅里叶变换得到下行波；

4)从每道的下行波中沿初至往后开一时窗，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；

8)相邻道的深度差除以相邻道初至差得到高精度的层速度。

步骤6)所述的相邻道相位谱之差计算如下式：

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

则有：θ_i+1(ω)＝2πfΔt_i+1

式中，s_i(t-Δt_i+1)为深度为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；

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；

j为复数单位。

本发明具有很强抗随即干扰能力，对激发子波和底层的吸收衰减情况适应能力强，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为本发明截取的时窗内信号对应的频谱；

图2为相邻道中相同频率的相位谱之差；

图3为反演层速度对比。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

本发明是一种利用地震数据的相位谱属性，且具有很强抗噪性的高精度层速度反演方法。

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)对地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，将高频部分的振幅谱清零，然后反傅里叶变换，得到只保留低频信号的地震记录，然后拾取每道地震记录的初至；

3)对步骤2)中的地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，然后在深度方向再进行一次傅里叶变换得到F-K谱，并将上行波对应的F-K谱清零，然后分别在波数方向和频率方向进行反傅里叶变换得到下行波；

4)从每道的下行波中沿初至往后开一时窗，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；图1截取的该时窗内信号对应的频谱；

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；图2为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：

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

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；

      j为复数单位。

(红色为加入部分)

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；

8)相邻道的深度差除以相邻道初至差得到高精度的层速度。图3是反演层速度对比；蓝线是常规的时间域初至拾取反演得到的层速度，粉红线为本发明反演的层速度，其明显消除了人为拾取造成的异常点。

Claims (2)

1.一种高精度地震波层速度反演方法，特点是采用以下步骤：

1)地面震源激发，井下检波器接收得到VSP数据；

2)对地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，将高频部分的振幅谱清零，然后反傅里叶变换，得到只保留低频信号的地震记录，然后拾取每道地震记录的初至；

3)对步骤2)中的地震记录进行傅里叶变换得到振幅谱，然后在深度方向再进行一次傅里叶变换得到F-K谱，并将上行波对应的F-K谱清零，然后分别在波数方向和频率方向进行反傅里叶变换得到下行波；

4)从每道的下行波中沿初至往后开一时窗，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；

8)相邻道的深度差除以相邻道初至差得到高精度的层速度。

2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6)所述的相邻道相位谱之差计算如下式：

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

则有：θ_i+1(ω)＝2πfΔt_i+1

式中，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s_i(t-Δt_i+1)；

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；

j为复数单位。