CN106353815B - 一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法 - Google Patents

一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法。该方法通过计算地下任意反射点位置的剩余极化角，实现了对上行P波的剩余极化角能量补偿，有效提高了波场分离后上行P波资料的信噪比和分辨率。其技术方案是：（1）选取地下反射点的位置；（2）以该点的反射波主能量方向建立反射点坐标系；（3）计算每个反射点的剩余激化角；（4）再将该剩余极化角反作用于常规极化滤波后的上行P波波场，实现对常规极化滤波后的上行P波波场进行剩余极化角能量补偿。经过本方法处理后，上行P波波场能量得到了较好的补偿，能量增强20%。

Description

一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探资料处理技术领域,具体是一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法。
现有技术：
极化滤波是三分量垂直地震剖面(VSP)纵、横波波场分离最常用的方法之一，由于方法是相当于单道处理(单激发点、接收点)，可直接套用到二维垂直地震剖面(2DVSP)和三维垂直地震剖面(3DVSP)。常规极化滤波方法是基于直达波的传播方向而确定，没有针对所需要的上行波。因此对于受观测角度的影响，仅在上行反射波与下行反射波正交方向上，分离效果较好,在其它方向上，分离后的波场存在能量损失。
发明内容：
本发明的发明的目的是为了消除受观测角度影响，在上行反射波与下行反射波非正交方向上，波场分离造成的波场能量损失，提出一种垂直地震剖面(VSP)剩余极化角能量补偿方法。该方法通过计算地下任意反射点位置的剩余极化角，实现了对上行P波的剩余极化角能量补偿，有效提高了波场分离后上行P波资料的信噪比和分辨率。
本发明的总体技术方案是：
(1)选取地下反射点的位置；
(2)以该点的反射波主能量方向建立反射点坐标系；
(3)计算每个反射点的剩余激化角；
(4)再将该剩余极化角反作用于常规极化滤波后的上行P波波场，实现对常规极化滤波后的上行P波波场进行剩余极化角能量补偿。
上述方案进一步包括：
步骤(2)中反射点坐标系构架方法是，假定三分量检波器的水平分量(x,y)转换到以Hp为参考的一致坐标系，此时，假定Hp分量的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000021
z分量的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000022
则相同震源相同三分量检波器接收的任意波场
Figure GDA0000814314250000023
可表示成为
Figure GDA0000814314250000024
式中，θ为
Figure GDA0000814314250000025
传播到检波器时的振动方向与垂线的夹角。
进一步假定直达波到达检波器时，振动方向与铅垂方向的夹角为θ0，则直达波
Figure GDA0000814314250000026
可表示为
Figure GDA0000814314250000027
设
Figure GDA0000814314250000028
的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000029
垂直方向(左手或右手)单位矢量为
Figure GDA00008143142500000210
则坐标系
Figure GDA00008143142500000211
与
Figure GDA00008143142500000212
的关系为
Figure GDA00008143142500000213
即，
Figure GDA00008143142500000214
将(4)变形，得
Figure GDA00008143142500000215
将公式(5)代入(1)，对于任意波场
Figure GDA00008143142500000216
在新坐标系
Figure GDA00008143142500000217
内的表达式为
Figure GDA00008143142500000218
化简后，得
Figure GDA0000814314250000031
即为任意波场经坐标系旋转后的表达式。
假定对于地下反射波的θ(H)已知，建立新坐标系
Figure GDA0000814314250000032
Figure GDA0000814314250000033
由于此坐标系随着地下反射点深度的变化而变化，因此，定义为反射点坐标系，其架构方程为(7)。
步骤(3)中极化角计算是，在两个深度点上，三分量检波器的水平分量(x、y)转换到以Hp为参考的一致坐标系(x’、y’)的转换公式为：
Figure GDA0000814314250000034
其中，θ为x与Hp的夹角。
则，传统的极化滤波公式：
Figure GDA0000814314250000035
其中，α为直达波的极化角，x′为水平分量，z′为垂直分量
设上行P波极化角为β，则有
Figure GDA0000814314250000036
其中x″为沿上行波极化角旋转的水平分量，z″为沿上行波极化角旋转的垂直分量。
步骤(4)剩余极化角能量补偿
由式(8)和式(9)，可得
x″＝x′cos(α-β)-z′sin(α-β)
z″＝x′sin(α-β)+z′cos(α-β) (10)
由式(10)即完成了剩余极化角能量补偿。
发明的效果：通过剩余极化角能量补偿，可以使得远井端的上行P波同相轴能量得到有效补偿，有效改善了上行P波波场的信噪比和分辨率。经过本方法处理后，上行P波波场能量得到了较好的补偿，能量增强20％。
附图说明：
图1为该发明的一种实施流程图；
图2为三分量检波器采集示意图；
图3为剩余极化角能量补偿前(a)和补偿后(b)对比图。
具体实施方式：
参照附图1，针对地下任意一个反射点，以该点的反射波主能量方向建立反射点坐标系，计算该点处的剩余极化角，再将该剩余极化角反作用于常规极化滤波后的上行P波波场，实现对常规极化滤波后的上行P波波场进行剩余极化角能量补偿的方法，有效提高了上行P波资料的信噪比和分辨率。
参照附图2，反射点坐标系构架方法是：
假定三分量检波器的水平分量(x,y)转换到以Hp为参考的一致坐标系，此时，假定Hp分量的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000041
z分量的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000042
则相同震源相同三分量检波器接收的任意波场
Figure GDA0000814314250000043
可表示成为
Figure GDA0000814314250000044
式中，θ为
Figure GDA0000814314250000045
传播到检波器时的振动方向与垂线的夹角。
进一步假定直达波到达检波器时，振动方向与铅垂方向的夹角为θ0，则直达波
Figure GDA0000814314250000046
可表示为
Figure GDA0000814314250000047
设
Figure GDA0000814314250000048
的单位矢量为
Figure GDA0000814314250000049
垂直方向(左手或右手)单位矢量为
Figure GDA00008143142500000410
则坐标系
Figure GDA0000814314250000051
与
Figure GDA0000814314250000052
的关系为
Figure GDA0000814314250000053
即，
Figure GDA0000814314250000054
将(5-4)变形，得
Figure GDA0000814314250000055
将公式(5-5)代入(5-1)，对于任意波场
Figure GDA0000814314250000056
在新坐标系
Figure GDA0000814314250000057
内的表达式为
Figure GDA0000814314250000058
化简后，得
Figure GDA0000814314250000059
即为任意波场经坐标系旋转后的表达式。
假定对于地下反射波的θ(H)已知，建立新坐标系
Figure GDA00008143142500000510
Figure GDA00008143142500000511
由于此坐标系随着地下反射点深度的变化而变化，因此，定义为反射点坐标系，其架构方程为(5-7)。
(2)极化角计算是：
根据图2，在两个深度点上，三分量检波器的水平分量(x、y)转换到以Hp为参考的一致坐标系(x’、y’)的转换公式为：
Figure GDA00008143142500000512
其中，θ为x与Hp的夹角。
则，传统的极化滤波公式：
Figure GDA0000814314250000061
其中，α为直达波的极化角，x′为水平分量，z′为垂直分量
设上行P波极化角为β，则有
Figure GDA0000814314250000062
其中x″为沿上行波极化角旋转的水平分量，z″为沿上行波极化角旋转的垂直分量。
(3)剩余极化角能量补偿由式(5-8)和式(5-9)，可得
x″＝x′cos(α-β)-z′sin(α-β)
z″＝x′sin(α-β)+z′cos(α-β) (5-10)
由式(5-10)即完成了剩余极化角能量补偿。
使用本方法对胜利地区K71区块的垂直地震剖面(VSP)资料进行了剩余极化角能量补偿处理，获得了较好的效果，检验了方法的正确性、有效性和稳定性。图3为剩余极化角能量补偿前后效果对比。可以看出，剩余极化角补偿后上行P波在远井端能量得到补偿，上行P波波场的信噪比和分辨率得到了明显提高。

Claims (2)

1.一种垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法，其特征是包括：
(1)选取地下反射点的位置；
(2)以该点的反射波主能量方向建立反射点坐标系；
(3)计算每个反射点的剩余极化角：
在两个深度点上，三分量检波器的水平分量(x，y)转换到以HP为参考的一致坐标系(x’，y’)的转换公式为：
Figure FDA0002361120900000011
其中，HP为井点与炮点连线方向，
Figure FDA0002361120900000012
为x与HP的夹角；
则，常规极化滤波公式：
Figure FDA0002361120900000013
其中，α为直达波的极化角，x’为水平分量，z’为垂直分量；
设上行P波极化角为β，则有
Figure FDA0002361120900000014
其中，β为上行P波的极化角，x”为沿上行波极化角旋转的水平分量，z”为沿上行波极化角旋转的垂直分量；
(4)再将该剩余极化角反作用于常规极化滤波后的上行P波波场，实现对常规极化滤波后的上行P波波场剩余极化角能量补偿：
由式(8)和式(9)，可得
Figure FDA0002361120900000015
由式(10)即完成了剩余极化角能量补偿。
2.根据权利要求1所述的垂直地震剖面剩余极化角能量补偿方法，其特征是进一步包括步骤(2)中反射点坐标系构架方法：
假定三分量检波器的水平分量(x，y)转换到以HP为参考的一致坐标系，此时，假定HP方向的单位矢量为
Figure FDA0002361120900000021
z分量的单位矢量为
Figure FDA0002361120900000022
则相同震源相同三分量检波器接收的任意波场
Figure FDA0002361120900000023
可表示成为
Figure FDA0002361120900000024
式中，θ为
Figure FDA0002361120900000025
传播到检波器时的振动方向与垂直方向的夹角；
进一步假定直达波到达检波器时，振动方向与垂直方向的夹角为θ0，则直达波
Figure FDA0002361120900000026
可表示为
Figure FDA0002361120900000027
设
Figure FDA0002361120900000028
的单位矢量为
Figure FDA0002361120900000029
垂直方向单位矢量为
Figure FDA00023611209000000210
则坐标系
Figure FDA00023611209000000211
与
Figure FDA00023611209000000212
Figure FDA00023611209000000213
的关系为
Figure FDA00023611209000000214
即，
Figure FDA00023611209000000215
将(4)变形，得
Figure FDA00023611209000000216
将公式(5)代入(1)，对于任意波场
Figure FDA00023611209000000217
在新坐标系
Figure FDA00023611209000000218
内的表达式为
Figure FDA00023611209000000219
化简后，得
Figure FDA00023611209000000220
即为任意波场经坐标系旋转后的表达式；
假定对于地下反射波的θ(H)已知，建立新坐标系
Figure FDA00023611209000000221
Figure FDA0002361120900000031
H为地下反射点深度，其坐标系随着H的变化而变化，因此，定义为反射点坐标系，其架构方程为(7)。
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