CN102914792A - 一种提高非零偏移距vsp三分量资料的成像效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用非零偏VSP三分量资料获取层速度的方法，属于地震勘探领域。所述方法首先通过三分量偏振处理获得P波水平入射角和垂直入射角，同时通过人工拾取或计算机自动拾取每个接收深度的P波的初至时间，然后利用垂直入射角获得两接收点间的P波传播路径之差，再根据所述P波传播路径之差与两接收点间的时差得到该接收深度处的层速度，最后将此层速度应用于非零偏移距VSP三分量资料的偏移成像处理，提高成像效果。本发明解决了非零偏移距VSP成像时所需的层速度模型问题。该方法无需迭代和求解大型方程组，占用计算机资源少、计算量小，方法简单实用。

Description

一种提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法

技术领域

本发明属于地震勘探领域，具体涉及一种提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法。

背景技术

垂直地震剖面VSP技术是将检波器置于井中接收来自地面激发的地震信号的一种地震勘探技术。通常VSP所提供的P波速度是根据零偏移距VSP资料中的下行直达P波初至时间计算得到的。由于偏移距小，近似于垂直入射，因此它提供的时深关系既直接又准确。然而在对非零偏移距VSP资料进行偏移成像时，由于层速度受地层各向异性等因素的影响，利用零偏VSP得到的层速度进行偏移成像，不能得到较好的成像结果。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，根据非零偏VSP三分量合成偏振角计算层速度，该层速度为非垂直入射的层速度，与偏移成像速度更为接近，为成像速度建模提供更好的参考。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，所述方法首先通过三分量偏振处理获得P波水平入射角和垂直入射角，同时通过人工拾取或计算机自动拾取每个接收深度的P波的初至时间，然后利用垂直入射角获得两接收点间的P波传播路径之差，再根据所述P波传播路径之差与两接收点间的时差得到该接收深度处的层速度，最后将此层速度应用于非零偏移距VSP三分量资料的偏移成像处理，提高成像效果。

所述方法包括以下步骤：

(1)拾取直达P波的初至时间：通过人工拾取或计算机自动拾取每个接收深度的P波的起跳时间；

(2)选定时窗：根据直达P波的初至时间选定偏振时窗，所述偏振时窗的大小为一个周期的完整波形；

(3)计算P波的水平入射角和垂直入射角：在步骤(2)选定的偏振时窗内，分别计算出P波的水平入射角和垂直入射角；

(4)计算得到每个接收点的层速度。

所述步骤(3)中，计算P波的水平入射角和垂直入射角的方法如下：

对P波进行三分量偏振处理，在步骤(2)选定的偏振时窗内，如果主偏振方向与水平分量的夹角为θ，直达P波的振动轨迹在主偏振轴所处的直线上，该直线方程为：

xsinθ-ycosθ＝0    (1)

实际记录的波场信号的记录点(x_i，y_i)到偏振轴的距离为：

d_i＝x_isinθ-y_icosθ_i    (2)

引入目标函数：

f＝∑d_i ²＝∑(x_isinθ-y_icosθ)²    (3)

采用最大似然估计方法，使目标函数最小化，得到如下关于水平入射角θ即偏振主轴方位的解析表达式：

$\tan 2\mathrm{\θ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i}{\mathrm{\Σ}{x_i}^2-\mathrm{\Σ}{y_i}^2}---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{c}R=X\cos \mathrm{\θ}+Y\sin \mathrm{\θ}\\ T=Y\cos \mathrm{\θ}-X\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(5\right)$

输入水平分量X、Y，利用公式(4)计算得到P波水平入射角θ，再利用公式(5)将X、Y旋转到新的坐标系中，得到径向分量R和切向分量T；

同理，可以得到P波垂直入射角δ如下：

$\tan 2\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{R}_i{Z}_i}{\mathrm{\Σ}{R_i}^2-\mathrm{\Σ}{Z_i}^2}---\left(6\right)$

输入分量为径向分量R和垂直分量Z，利用公式(6)计算出P波垂直入射角δ。

所述步骤(4)中计算得到每个接收点的层速度的方法如下：

由于非零偏VSP的偏移距远远大于井中检波器间距，假设相邻两个接收点的P波传输路径相似，相邻两接收点处直达P波传输路径之差(ΔS)为两接收点垂直间距(ΔH)与直达P波垂直入射角(δ)余弦的乘积，即ΔS＝ΔH×cos(δ)，两接收点波至的时差ΔT＝T_i-T_i+1，T_i、T_i+1为相邻两个接收点的初至时间，则i点的层速度为：

$v_{\mathrm{ni}}=\frac{\mathrm{\ΔS}}{\mathrm{\ΔT}}=\frac{\mathrm{\ΔH}\×\cos \left({\mathrm{\δ}}_i\right)}{T_i-T_{i+1}}---\left(7\right)$

其中，δ_i为i点处P波的垂直入射角；v_ni为i点处层速度，计算时，i点是由深往浅变化的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的方法简单易操作，得到的层速度模型可以应用于非零偏移距VSP资料的偏移成像处理；

(2)本发明针对非零偏移距VSP得到的三分量资料，解决了非零偏移距VSP成像时所需的层速度模型问题，采用的方法是通过计算合成偏振角得到的P波垂直入射角δ和P波的时差，沿P波传播路径计算得到地震波层速度，该方法无需迭代和求解大型方程组，占用计算机资源少、计算量小，方法简单实用。

附图说明

图1是本发明方法中的三分量检波器偏振旋转示意图。

图2是本发明利方法中的非零偏VSP的激发和接收示意图。

图3是本发明方法的步骤框图。

图4是本发明实施例中利用不同资料得到的层速度的比较图。

图5是利用零偏VSP计算的速度模型对非零偏VSP资料的成像。

图6是利用本发明方法对与图5相同的非零偏VSP资料的成像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

(1)P波的水平入射角和垂直入射角的计算

三分量垂直地震剖面(VSP)记录了地面震源激发产生的纵波和横波的质点运动，如图1所示，通过三分量偏振处理，计算出P波水平入射角和垂直入射角，P波水平入射角和垂直入射角的求取：

首先在初至附近给个时窗，时窗大小为一个周期的完整波形，如果主偏振方向与水平分量的夹角为θ，直达波的振动轨迹应该在主偏振轴所处的直线上，该直线方程为：

xsinθ-ycosθ＝0    (1)

实际记录的波场信号可能偏离偏振轴，记录点(x_i，y_i)到偏振轴的距离为：

d_i＝x_isinθ-y_icosθ_i    (2)

引入目标函数：

f＝∑d_i ²＝∑(x_isinθ-y_icosθ)²    (3)

采用最大似然估计方法，使目标函数最小化，得到如下关于水平入射角θ即偏振主轴方位的解析表达式：

$\tan 2\mathrm{\θ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i}{\mathrm{\Σ}{x_i}^2-\mathrm{\Σ}{y_i}^2}---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{c}R=X\cos \mathrm{\θ}+Y\sin \mathrm{\θ}\\ T=Y\cos \mathrm{\θ}-X\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(5\right)$

输入水平分量X、Y，利用公式(4)计算得到P波水平入射角θ，再利用公式(5)将X、Y旋转到新的坐标系中，得到径向分量R和切向分量T。

同理，可以得到P波垂直入射角δ如下：

$\tan 2\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{R}_i{Z}_i}{\mathrm{\Σ}{R_i}^2-\mathrm{\Σ}{Z_i}^2}---\left(6\right)$

输入为径向分量R(通过公式(5)求得)和垂直分量Z，利用公式(6)计算出P波垂直入射角δ。

(2)层速度模型的建立

如图2所示，由于非零偏VSP的偏移距远远大于井中检波器间距，可假设相邻两个接收点的P波传输路径相似，两接收点直达P波传输路径之差(ΔS)为两接收点垂直间距(ΔH)与直达P波垂直入射角(δ)余弦的乘积，即ΔS＝ΔH×cos(δ)，两接收点波至的时差ΔT＝T_i-T_i+1，T_i、T_i+1为相邻两个接收点的初至，则i点的层速度为

$v_{\mathrm{ni}}=\frac{\mathrm{\ΔS}}{\mathrm{\ΔT}}=\frac{\mathrm{\ΔH}\×\cos \left({\mathrm{\δ}}_i\right)}{T_i-T_{i+1}}---\left(7\right)$

其中，δ_i为i点的P波的垂直入射角；v_ni为i点的层速度，计算时i点是由深往浅变化。

(3)技术实现步骤

技术实现步骤如图3所示，步骤如下：

①拾取直达P波的初至时间：采用人机交互的方式拾取每个接收深度的P波起跳时间。

②选定时窗：根据直达P波的初至时间选定偏振时窗，时窗大小为一个周期的完整波形。

③计算P波的垂直入射角：在选定的偏振时窗内，解目标方程(4)和(6)，分别计算出P波的水平入射角和垂直入射角。

④计算层速度：根据公式(7)计算出每个接收点的层速度。

为说明本发明的效果，下面给出了一个对比试验：

以一口井的VSP资料为例。图4是零偏VSP层速度和非零偏VSP层速度的比较，图4中的实线表示零偏VSP的层速度曲线，虚线表示非零偏VSP的层速度曲线，图5是利用零偏VSP计算的速度模型对非零偏VSP资料的成像，图6是利用非零偏VSP计算的速度模型对与图5相同的非零偏VSP资料的成像，对比图5和图6可以看出，图6的成像明显好于图5(见方框内的部分)。

尽管零偏VSP和非零偏VSP提供的地层速度都是围绕着井孔计算的，但由于P波入射角的不同而有所变化，这对研究地层的各向异性特征具有参考价值。同时利用本发明建立的层速度模型对非零偏移距VSP资料进行偏移成像时，可以得到较好的成像结果。

本发明针对非零偏移距VSP资料的偏移成像时需要建立层速度模型问题，提供了更丰富的地层速度信息，可以进一步改善非零偏VSP的成像效果，为构造解释等提供一个参考依据。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (4)

1.一种提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，其特征在于：所述方法首先通过三分量偏振处理获得P波水平入射角和垂直入射角，同时通过人工拾取或计算机自动拾取每个接收深度的P波的初至时间，然后利用垂直入射角获得两接收点间的P波传播路径之差，再根据所述P波传播路径之差与两接收点间的时差得到该接收深度处的层速度，最后将此层速度应用于非零偏移距VSP三分量资料的偏移成像处理，提高成像效果。

2.根据权利要求1所述的提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)拾取直达P波的初至时间：通过人工拾取或计算机自动拾取每个接收深度的P波的起跳时间；

(2)选定时窗：根据直达P波的初至时间选定偏振时窗，所述偏振时窗的大小为一个周期的完整波形；

(3)计算P波的水平入射角和垂直入射角：在步骤(2)选定的偏振时窗内，分别计算出P波的水平入射角和垂直入射角；

(4)计算得到每个接收点的层速度。

3.根据权利要求2所述的提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，计算P波的水平入射角和垂直入射角的方法如下：

对P波进行三分量偏振处理，在步骤(2)选定的偏振时窗内，如果主偏振方向与水平分量的夹角为θ，直达P波的振动轨迹在主偏振轴所处的直线上，该直线方程为：

xsinθ-ycosθ＝0    (1)

实际记录的波场信号的记录点(x_i，y_i)到偏振轴的距离为：

d_i＝x_isinθ-y_icosθ_i    (2)

引入目标函数：

f＝∑d_i ²＝∑(x_isinθ-y_icosθ)²    (3)

采用最大似然估计方法，使目标函数最小化，得到如下关于水平入射角θ即偏振主轴方位的解析表达式：

$\tan 2\mathrm{\θ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i}{\mathrm{\Σ}{x_i}^2-\mathrm{\Σ}{y_i}^2}---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{c}R=X\cos \mathrm{\θ}+Y\sin \mathrm{\θ}\\ T=Y\cos \mathrm{\θ}-X\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(5\right)$

输入水平分量X、Y，利用公式(4)计算得到P波水平入射角θ，再利用公式(5)将X、Y旋转到新的坐标系中，得到径向分量R和切向分量T；

同理，可以得到P波垂直入射角δ如下：

$\tan 2\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\Σ}{R}_i{Z}_i}{\mathrm{\Σ}{R_i}^2-\mathrm{\Σ}{Z_i}^2}---\left(6\right)$

输入分量为径向分量R和垂直分量Z，利用公式(6)计算出P波垂直入射角δ。

4.根据权利要求3所述的提高非零偏移距VSP三分量资料的成像效果的方法，其特征在于：所述步骤(4)中计算得到每个接收点的层速度的方法如下：

相邻两接收点处直达P波传输路径之差(ΔS)为两接收点垂直间距(ΔH)与直达P波垂直入射角(δ)余弦的乘积，即ΔS＝ΔH×cos(δ)，两接收点波至的时差ΔT＝T_i-T_i+1，T_i、T_i+1为相邻两个接收点的初至时间，则i点的层速度为：

$v_{\mathrm{ni}}=\frac{\mathrm{\ΔS}}{\mathrm{\ΔT}}=\frac{\mathrm{\ΔH}\×\cos \left({\mathrm{\δ}}_i\right)}{T_i-T_{i+1}}---\left(7\right)$

其中，δ_i为i点处P波的垂直入射角；v_ni为i点处层速度，计算时，i点是由深往浅变化的。

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