CN109799529A

CN109799529A - 一种基于互相关的横波分裂vsp裂缝预测方法

Info

Publication number: CN109799529A
Application number: CN201910095880.8A
Authority: CN
Inventors: 黄国娇; 张宏兵
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-05-24

Abstract

本发明公开了一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法包括如下具体步骤：对目标深度处的检波点接收的一炮VSP数据，在R和T分量上拾取一组发生横波分裂的转换波时窗，对时窗内的数据进行计算得到角度‑时差谱；所述R指原始的水平分量X和Y进行旋转之后的径向分量、所述T是指原始的水平分量X和Y进行旋转之后的垂向分量；从角度‑时差谱中拾取裂缝相对测线方位和快慢横波时差，并计算裂缝自然方位角和密度；将计算得到的横波分裂的裂缝自然方位角和密度进行统计得到目标深度处的裂缝方位和密度参数；本发明更加利于准确拾取，尤其是自动拾取。

Description

一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法

技术领域

本发明涉及一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，属于地震勘探技术领域。

背景技术

当地震横波在含有裂缝的各向异性介质中传播时，会发生横波分裂现象，形成平行裂缝走向偏振的快横波和垂直于裂缝走向偏振的慢横波。由于快、慢横波有速度上的差异，所以可以利用它们之间的差异进行裂缝属性的识别。快、慢横波的极化方向反应了裂缝的走向，快、慢横波的走时差反应了裂缝密度的大小，时差越大，裂缝密度越大。因此快慢横波分裂现象成为研究裂缝方向及其发育程度的最直接的方法之一。

目前，通过横波分裂方法确定裂缝参数的算法有多种。从算法对数据的要求看，分为多源算法和单源算法：多源算法以Alford旋转为代表，适用于横波震源激发的四分量VSP数据、九分量数据等。单源算法(互相关法；参数反演法，最小熵旋转法，正交基旋转法等)，适用于P波震源激发，三分量接收的VSP数据。由于横波震源激发成本较高，现实中我们接触的VSP数据多为P波震源激发，所以以P波震源激发的转换横波分裂算法研究更具有实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

对目标深度处的检波点接收的一炮VSP数据，在R和T分量上拾取一组发生横波分裂的转换波时窗，对时窗内的数据进行计算得到角度-时差谱；所述R指原始的水平分量X和Y进行旋转之后的径向分量，所述T是指原始的水平分量X和Y进行旋转之后的垂向分量；

从角度-时差谱中拾取裂缝相对测线方位和快慢横波时差，并计算裂缝自然方位角和密度；

将计算得到的横波分裂的裂缝自然方位角和密度进行统计得到目标深度处的裂缝方位和密度参数。

优选的，所述角度-时差谱的计算方法包括，

在R和T分量上选取一个相同的时窗，时窗大小w_n要完全包括一组发生横波分裂的转换波；

扫描一个裂缝方位角θ，并通过公式(1)对时窗内的R和T分量数据进行快慢横波分离，计算快横波记录S1(θ,t)和慢横波记录S2(θ,t)；

其中，t为时窗内样点采样时间，w_n为时窗大小；S1(θ,t)表示裂缝方位角为θ、时间为t时的快横波记录；S2(θ,t)表示表示裂缝方位角为θ、时间为t时的慢横波记录；R(t)表示t时刻的径向分量，T(t)表示t时刻的垂向分量；

扫描一个快慢横波时差t_n，其中t_n从0开始，且0≤t_n＜w_n，通过公式(2)计算扫描能量R(θ,t_n)，并保存结果；

其中，k为时窗内的采样点，t_n为快慢横波时差，θ为裂缝方位角，R(θ,t_n)表示裂缝方位角θ、快慢横波时差为t_n时的能量；S1(θ,k)表示裂缝方位角为θ、时间为k时的快横波记录；S2(θ,k+t_n)表示裂缝方位角为θ，时间为k时的慢横波记录；

将计算的R(θ,t_n)绘制成角度-时差谱图。

优选的，所述裂缝方位角θ的扫描范围从-π/2开始，且-π/2≤θ＜π/2α，α∈[0，2π)为炮点和检波点连线的方位角。

优选的，所述裂缝的自然方位角的计算方法包括，

从角度-时差谱上拾取能量最大的值α，

计算裂缝的自然方位角β＝θ+α；

其中β∈[0，π)，α∈[0，2π)为炮点和检波点连线的方位角。

优选的，根据公式(3)计算裂缝的密度，

e≈γ/1.1 (3)

其中t_s1为一裂缝底层界面拾取的快横波的旅行时、t_s2为一裂缝底层界面拾取的慢横波的旅行时，t_n为快慢横波时差。

优选的，所述能量最大值对应的角度就是裂缝相对测线的方位角α。

与现有技术相比本发明的有益效果：

1.提供了一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法；

2.改进了互相关横波分裂算法制作的角度-时差能量谱能量团更聚焦，更加利于准确拾取，尤其是自动拾取。

3.通过模型资料应用证明，本发明的效果模型设计的结果一致。

附图说明

图1为本发明提出的预测方法的技术流程示意图；

图2a为本发明提出的改进互相关算法前的角度-时差能量谱图；

图2b为本发明提出的改进互相关算法后的角度-时差能量谱图；

图3为本发明提出的裂缝介质模型示意图。

图4为本发明提出的方位各向异性正演模拟采集方案示意图；

图5a为本发明提出的模拟测线方位角为0°的X分量记录图；

图5b为本发明提出的模拟测线方位角为0°的Y分量记录图；

图5c为本发明提出的模拟测线方位角为0°的Z分量记录图；

图6a为本发明提出的分离的下行R分量波场示意图；

图6b为本发明提出的分离的下行T分量波场示意图；

图7a为本发明提出的600米深度处转换波所在时窗的R分量共检波点道集记录图,道集记录角度范围为0°～245°；

图7b为本发明提出的600米深度处转换波所在时窗的T分量共检波点道集记录图,道集记录角度范围为0°～245°；

图8为本发明提出的600米深度处原始R和T分量的偏振曲线图，其中横轴代表R分量，纵轴代表T分量；

图9为本发明提出的最小熵法计算的600米深度处角度-时差谱图，其中横坐标为角度，纵坐标为延迟时；

图10为本发明提出的600米深度处横波分裂后的S1、S2偏振曲线图；

图11a为本发明提出的600米深度处分裂后的纯快横波记录图；

图11b为本发明提出的600米深度处分裂后的纯慢横波记录图；

图12为本发明提出的600米深度处裂缝方位统计的玫瑰图；

图13为本发明提出的600米深度处裂缝密度统计图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明提出的一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，包括如下具体步骤：

步骤1，对于一个目标深度处的检波点接收的某一炮VSP数据，在R和T分量上拾取一组发生横波分裂的转换波时窗，对该时窗内的数据利用改进后的互相关算法扫描计算角度-时差谱。所述R和T分量分别是指原始的水平分量X和Y进行旋转之后的径向分量和垂向分量。

步骤1的具体步骤进一步公开如下：

步骤1-1，在R和T分量上选取一个相同的时窗，时窗大小w_n要完全包括一组发生横波分裂的转换波。

步骤1-2，扫描一个裂缝方位角θ，这里θ从-π/2开始，且-π/2≤θ＜π/2。通过公式(1)对时窗内的R和T分量数据进行快慢横波分离，计算快横波记录S1(θ,t)和慢横波记录S2(θ,t)，公式中的t为时窗内样点采样时间。

其中，k为时窗内的采样点；t_n为快慢横波时差；θ为裂缝方位角；S1(θ,t)表示裂缝方位角为θ、时间为t时的快横波记录；S2(θ,t)表示表示裂缝方位角为θ、时间为t时的慢横波记录；R(t)表示t时刻的径向分量，T(t)表示t时刻的垂向分量。

步骤1-3，扫描一个快慢横波时差t_n，其中t_n从0开始，且0≤t_n＜w_n，通过公式(2)计算扫描能量R(θ,t_n)，并保存结果。

式中R(θ,t_n)表示裂缝方位角θ、快慢横波时差为t_n时的能量；S1(θ,k)表示裂缝方位角为θ、时间为k时的快横波记录；S2(θ,k+t_n)表示裂缝方位角为θ，时间为k时的慢横波记录。

步骤1-4，令t_n＝t_n+Δt(Δt为时差扫描步长)，重复步骤1-3，直至t_n＝w_n结束。

步骤1-5，令θ＝θ+Δθ(Δθ为角度扫描步长)，重复步骤1-2～1-4，直至θ＝π/2结束。

步骤1-6，将步骤1-3计算的每个R(θ,t_n)绘制成角度-时差能量谱图。

步骤2，从角度-时差谱中拾取裂缝相对测线方位和快慢横波时差，并计算裂缝自然方位角和密度。

步骤2的具体步骤进一步公开如下：

步骤2-1，从能量谱上拾取能量最大的值，能量最大值对应的角度就是裂缝相对测线的方位角α，t_n就是快慢横波时差。

步骤2-2，计算裂缝的自然方位角β＝θ+α，其中β∈[0，π)，α∈[0，2π)为炮点和检波点连线(R分量)的方位角。为计算分析方便，以正东方向为0°，以逆时针旋转方向为方位角增加的方向。

步骤2-3，按照公式(3)计算裂缝密度

e≈γ/1.1 (3)

其中t_s1和t_s2分别为一裂缝底层界面拾取的快、慢横波的旅行时。

步骤3，对目标深度处检波点接收的其他炮的数据重复步骤1和步骤2。

步骤4，对经过步骤3后计算的某一目标深度处所有的横波分裂计算的裂缝方位和密度进行统计得到该深度处的裂缝方位和密度参数。

步骤5，对于其他目标深度处的检波点，重复步骤1～4，得到所有目标深度的裂缝方位和密度参数。

图3为发明实施例1建立的一个裂缝介质模型，模型共有四层介质，其中第二层、第四层为HTI裂缝各向异性层，模型及介质参数如图3中所示。图4为方位各向异性正演模拟采集方案示意图，以井口为中心，每隔15°为一个方位，在共24个方位上部署炮点，炮点距井口偏移距500米；接收点位于井中深度100～2000米处，每隔10米放置一个。

图5a、5b和5c分别是模拟的测线方位角为0°(正东方向，逆时针)的X、Y、Z三个分量记录。其中在X、Z分量上各个层都观察到了P波；在Y分量上，在各向同性层(第一、三层)接收不到P波，在各向异性层(第二、四)中接收到了P波。在X、Y、Z分量都观察到了震源激发的P在地层分界面上转换的S波；并且在各向异性层(第二、四层)横波发生了分裂现象；对于上行波来说，三个分量上都有反射P波和转换波投影，其中，Y分量上以上行转换波为主，Z分量上以上行P波为主。

图6a和图6b分别是分离的下行R和T分量波场，波场中包括下行P波，第二层HTI转换波，第三层各向同性层转换波，和第四层HTI层转换波，其中虚线标注的是第二层HTI层转换波，这组转换波是准备分析的横波。

为了验证本发明提出的方法的正确性，这里分别分析了第二层HTI介质600度深度点的裂缝参数。

图7a和7b分别是选取的目标深度600米处转换波所在时窗的R和T分量共检波点道集记录。图中R和T分量道集呈“正弦”变换，走时在平行裂缝时(50°和230°)最小；R分量能量在平行裂缝时最大，垂直裂缝时(140°和320°)最小；T分量在平行裂缝和垂直裂缝时极性都发生一次变化。

图8是原始R、T分量的偏振曲线图。从图中可以看到，每个偏振图有两组近乎线性偏振，且近似垂直的两个偏振方向，其中能量较大的是快横波偏振方向，能量较小的为慢横波偏振方向。

图9是最小熵法计算的角度-时差谱，谱上能量最大值对应裂缝与测线夹角方向。

图10是横波分裂后的S1、S2偏振曲线图，经过横波分裂后，快横波S1被分解到X轴方向，慢横波S2分解到Y轴方向，快慢横波的偏振方向近似正交。

图11a和11b分别是600米深度处分裂后的纯快横波和慢横波记录，可以看到，分裂后快慢波走时形态基本一致，波形也相似，同时快横波之间有明显的到时差。

图12是600米深度处裂缝方位统计的玫瑰图，玫瑰图中一致指向方位为50°，经统计裂缝方位的平均值为50.1°。这说明预测的裂缝方位是正确的，且精度很高。

图13是600米深度处裂缝密度的统计图，裂缝密度的平均值为0.16，基本接近理论计算的裂缝密度0.175。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，所述角度-时差谱的计算方法包括，

其中，t为时窗内样点采样时间；w_n为时窗大小；S1(θ,t)表示裂缝方位角为θ、时间为t时的快横波记录；S2(θ,t)表示表示裂缝方位角为θ、时间为t时的慢横波记录；R(t)表示t时刻的径向分量；T(t)表示t时刻的垂向分量；

其中，k为时窗内的采样点，t_n为快慢横波时差，θ为裂缝方位角，R(θ,t_n)表示裂缝方位角为θ、快慢横波时差为t_n时的能量；S1(θ,k)表示裂缝方位角为θ，时间为k时的快横波记录，S2(θ,k+t_n)表示裂缝方位角为θ，时间为k时的慢横波记录；

将计算的R(θ,t_n)绘制成角度-时差谱图。

3.根据权利要求2所述的基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，所述裂缝方位角θ的扫描范围从-π/2开始，且-π/2≤θ＜π/2α，α∈[0，2π)为炮点和检波点连线的方位角。

4.根据权利要求1所述的基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，所述裂缝的自然方位角的计算方法包括，

从角度-时差谱上拾取能量最大的值α，

计算裂缝的自然方位角β＝θ+α；

其中β∈[0，π)，α∈[0，2π)为炮点和检波点连线的方位角。

5.根据权利要求1所述的基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，根据公式(3)计算裂缝的密度，

e≈γ/1.1 (3)

6.根据权利要求5所述的基于互相关的横波分裂VSP裂缝预测方法，其特征在于，所述能量最大值对应的角度就是裂缝相对测线的方位角α。