CN109884709B - 一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，其特征在于，利用面波波场模式分离方法从转换波资料中分离得到高信噪比的面波波场记录，然后利用相位差法对两道转换波检波器之间的面波频散曲线进行计算，之后提取各频率成分面波的旅行时，并进行层析反演，得到各个转换波检波点的纯路径频散曲线，最后反演前述频散曲线建立横波速度结构，依据各检波点的横波速度结构完成静校正处理。本发明的有益之处在于，本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法通过走时层析的方法获得各个独立检波点的横波静校正量，解决了传统面波方法仅能得到多个检波点的平均静校正量的短板，而且大幅提高了勘探的精度。

Description

一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法

技术领域

本发明属于及石油勘探技术领域中的转换波静校正的数据处理方法和技术，具体涉及一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法。

背景技术

静校正是转换波勘探资料处理的关键步骤，静校正量的大小与横波低速带的速度结构相关，而横波低速带通常变化剧烈，传统的面波静校正处理方法以一组多道地震记录为处理单元，获得的是多道检波点的平均静校正量，难以获得各个检波点独立的静校正量，使勘探的精度受限。利用两道频散曲线提取技术，可以算出转换波资料中，任意两道之间的面波旅行时，然后对资料所在测线进行旅行时层析计算，获得各检波点处的频散曲线，最后反演频散曲线建立各检波点的横波速度结构，依据各检波点独立的横波速度结构完成静校正处理，有效提高勘探的精度。

本发明涉及到提取两道频散曲线的相位差计算方法，即两道地震记录之间的频散曲线能够通过下式计算：

其中v(f)表示频散曲线上任意频率f处的相速度，Δx为两道之间的距离，Δt为面波在两道之间传播所需的时间，

为各频率成分的面波在两道之间的相位差。通过上式可以计算出任意两道之间面波频散曲线。本发明也涉及到面波旅行时层析和频散曲线反演的阻尼最小二乘算法：

式中Δb＝b-c_R(x₀)表示观测数据和初始模型的估计数据之间的差值，b表示观测值，c_R(x₀)表示初始模型的估计数据，Δx表示初始模型的修改量，J表示m行n列Jacobian矩阵(m＞n，m为观测数据个数，n为模型参数个数)，J中的元素为估计数据c_R对模型的一阶偏导。式中||JΔx-Δb||₂表示向量的2范数，α表示阻尼因子，W为加权矩阵，该矩阵为对角矩阵，且矩阵中的元素为正，可以用对角矩阵L表示为W＝L^TL。

发明内容

本发明是基于波场分离、两道频散计算和旅行时层析反演，提出的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，可以获得转换波资料中各检波点独立的静校正量，进而提高勘探精度。

一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，利用面波波场模式分离方法从转换波资料中分离得到高信噪比的面波波场记录，然后利用相位差法对两道转换波检波器之间的面波频散曲线进行计算，之后提取各频率成分面波的旅行时，并进行层析反演，得到各个转换波检波点的纯路径频散曲线，最后反演前述频散曲线建立横波速度结构，依据各检波点的横波速度结构完成静校正量处理。

作为一种优选的方案，前述一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，包括以下步骤：

(1)转换波资料记录：将采集的转换波资料记为D(x_i，t_j)，其中xi表示各道前述转换波资料的检波点在测线上所在位置，i＝1，2，3...，n，n表示前述转换波资料中检波点的总数；t_j表示各道前述转换波资料记录的采样时间序列，j＝1，2，3，...，m，m表示前述采样时间序列的总采样长度；

(2)面波波场模式分离：利用F-K变换进行波场分离处理，从前述转换波资料D(x_i，t_j)中分离出面波波场记录，记为D_面波(x_i，t_j)，其中x_i和t_j与步骤(1)中前述x_i和t_j表示的含义一致；

(3)频散曲线计算：根据分离得到的前述面波波场记录D_面波(xi,tj)计算任意两个检波点之间的频散曲线，即从D_面波(x_i,t_j)中提取任意位置a、b处的两道转换波的检波器记录D_面波(x_a,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_b,t_1,2,3,…,m)，通过时频分析计算x_a和x_b两道检波器记录的信号在不同频率的相位差

f表示频率，前述两道检波器之间的距离通过Δx＝|x_b-x_a|计算得到，然后利用相位差法计算出前述两道检波器之间的频散曲线v_a,b(f)，f表示频率；利用上述方法，对前述面波波场记录D_面波(x_i,t_j)中的任意两道检波器记录的信号进行处理，得到所有检波器记录信号之间的频散曲线，记为v_p,q(f)，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(4)旅行时计算：根据前述步骤(3)中计算得到的两道检波器之间的距离以及频散曲线，计算前述面波在两道检波器之间传播所需的时间，称为旅行时；对于某两道检波器记录D_面波(x_p,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_q,t_1,2,3,…,m)的旅行时t_p,q(f)＝Δx_p,q/v_p,q(f)，根据以上算法将所有两道检波器之间的旅行时进行计算，得到前述面波在任意两检波器之间传播的旅行时信息t_p,q(f)，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(5)层析：将采集的转换波资料的一维测线区域网格化，每个网格的宽度保持不变，记为d，前述网格内部视为一个地层速度结构不变的单元Node[i,v_{i_initial(f)}]，i＝1,2,3,..,h，h表示前述网格总个数，v_{i_initial(f)}表示第i个网格内的前述频散曲线；然后将前述步骤(4)所得到的前述旅行时t_p,q(f)作为观测值，利用阻尼最小二乘算法对所有网格的不同频率的相速度进行层析反演计算，得到各个频率成分的面波在各个网格内的实际传播速度v_{i_final(f)}，i＝1,2,3,..,h，h表示网格总个数，即得到了反映网格下方地层结构的频散曲线；

(6)反演：将前述地层结构划分为k层，各层横波速度记为v_s1，v_s2，v_s3,…,v_sk，作为反演的初始横波速度模型，然后为利用阻尼最小二乘算法对每个网格的频散曲线v_{i_final(f)}分别进行反演，对前述初始横波速度模型进行修正，最终得到各网格下方准确的一维横波速度结构，记为Node[i；v_{si_1}，v_{si_2}，v_{si_3},…,v_{si_k}],k为地层数，联合所有网格下方准确的一维横波速度结构，即得到测线下方地层的二维横波速度剖面；

(7)静校正：从前述测线下方地层的二维横波速度剖面中选取静校正的基准面，然后根据每个检波点的位置x_i，找到其在前述二维横波速度剖面中对应的速度结构v_s(xi)，之后根据前述速度结构v_s(xi)及前述基准面计算每个检波点x_i的静校正量Static(x_i)，最后依据各检波点的静校正量Static(x_i)对转换波资料D(x_i,t_j)进行处理。

本发明的有益之处在于，本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法通过走时层析的方法获得各个独立检波点的横波静校正量，解决了传统面波方法仅能得到多个检波点的平均静校正量的短板，在实际应用中具有以下优势：

①现有技术是利用f-k变换对多道面波进行计算，提取频散曲线；本发明是利用相移法计算任意两道检波器之间的频散曲线，反映了两道检波器之间的地层特性，具有计算灵活，能够获得任意两个检波器之间频散曲线的优点。

②现有技术是采用的是对频散曲线进行反演的方法；本发明采用的是提取不同频率成分的面波在任意两道检波器之间的旅行时，实现对不同频率成分面波在不同检波器之间传播时间的计算，然后进行旅行时层析获得任意检波点的面波频散曲线，具有处理精度高的优点。

③现有技术是采用的是选取横波基准面的方法；本发明采用的是将转换波资料测线区域网格化，然后利用面波在测线上的不同检波器之间的旅行时信息进行层析计算，得到测线上任意网格内的频散曲线，此方法极大的提高了横波速度结构的横向分辨率。

④现有技术是采用的是计算静校正量的方法；本发明采用的是对每个网格的频散曲线依次进行反演，获得每个网格下方的横波速度结构，然后联合所有横波速度结构建立横波速度剖面，解决了现有技术无法获得各个检波点独立的横波速度结构的问题；而且通过对各独立网格频散曲线的反演，实现了对各独立检波点的横波速度结构的计算。

⑤现有技术通常以24道或更多道检波器作为一组进行处理，其计算的静校正量是24道检波器覆盖范围内地层的平均静校正量；本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法能够成功的计算出转换波资料中各个检波点独立的静校正量，进而大幅提高了勘探的精度。

附图说明

图1是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的步骤流程图；

图2是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的实施例1中步骤(1)中采集的转换波资料D(x_i,t_j)；

图3是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的实施例1中步骤(2)中的面波波场记录D_面波(x_i,t_j)；

图4是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的实施例1中步骤(3)中所有检波器记录信号之间的频散曲线；

图5是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的实施例1中步骤(6)中的反演的初始横波速度模型；

图6是本发明的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法的实施例1中步骤(7)中每个检波点x_i的静校正量Static(x_i)；

图7是采集的一个包括70道记录的转换波资料；

图8是采用对比实施例1的一种面波多分量转换波静校正方法绘制的频散曲线；

图9表示采用实施例1的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法绘制的图7中转换波资料的第一道和第四道采集的地震记录；

图10表示采用实施例1的一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法绘制的第一道和第四道检波器之间的频散曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，包括以下步骤：

(1)转换波资料记录：将采集的转换波资料记为D(x_i,t_j)，见图2，其中x_i表示各道转换波资料的检波点在测线上所在位置，i＝1,2,3…,n，n表示转换波资料中检波点的总数；t_j表示各道转换波资料记录的采样时间序列，j＝1,2,3,…,m，m表示采样时间序列的总采样长度；

(2)面波波场模式分离：利用F-K变换进行波场分离处理，从转换波资料D(x_i,t_j)中分离出面波波场记录，记为D_面波(x_i,t_j)，见图3，其中x_i和t_j与步骤(1)中x_i和t_j表示的含义一致；

(3)频散曲线计算：根据分离得到的面波波场记录D_面波(xi,tj)计算任意两个检波点之间的频散曲线，即从D_面波(x_i,t_j)中提取任意位置a、b处的两道转换波的检波器记录D_面波(x_a,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_b,t_1,2,3,…,m)，通过时频分析计算x_a和x_b两道检波器记录的信号在不同频率的相位差

f表示频率，两道检波器之间的距离通过Δx＝|x_b-xa|计算得到，然后利用相位差法计算出两道检波器之间的频散曲线v_a,b(f)，f表示频率；利用上述方法，对面波波场记录D_面波(x_i,t_j)中的任意两道检波器记录的信号进行处理，得到所有检波器记录信号之间的频散曲线，记为v_p,q(f)，见图4，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(4)旅行时计算：根据步骤(3)中计算得到的两道检波器之间的距离以及频散曲线，计算面波在两道检波器之间传播所需的时间，称为旅行时；对于某两道检波器记录D_面波(x_p,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_q,t_1,2,3,…,m)的旅行时t_p,q(f)＝Δx_p,q/v_p,q(f)，根据以上算法将所有两道检波器之间的旅行时进行计算，得到面波在任意两检波器之间传播的旅行时信息t_p,q(f)，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(5)层析：将采集的转换波资料的一维测线区域网格化，每个网格的宽度保持不变，记为d，网格内部视为一个地层速度结构不变的单元Node[i,v_{i_initial(f)}]，i＝1,2,3,..,h，h表示网格总个数，v_{i_initial(f)}表示第i个网格内的频散曲线；然后将步骤(4)所得到的旅行时t_p,q(f)作为观测值，利用阻尼最小二乘算法对所有网格的不同频率的相速度进行层析反演计算，得到各个频率成分的面波在各个网格内的实际传播速度v_{i_final(f)}，i＝1,2,3,..,h，h表示网格总个数，即得到了反映网格下方地层结构的频散曲线；

(6)反演：依据勘探地区的地质背景资料，将地层结构划分为k层，各层横波速度记为v_s1，v_s2，v_s3,…,v_sk，作为反演的初始横波速度模型，见图5；然后为利用阻尼最小二乘算法对每个网格的频散曲线v_{i_final(f)}分别进行反演，对初始横波速度模型进行修正，最终得到各网格下方准确的一维横波速度结构，记为Node[i；v_{si_}1,v_{si_2},v_{si_3},…,v_{si_k}],k为地层数，联合所有网格下方准确的一维横波速度结构，即得到测线下方地层的二维横波速度剖面；

(7)静校正：从测线下方地层的二维横波速度剖面中选取静校正的基准面，然后根据每个检波点的位置x_i，找到其在二维横波速度剖面中对应的速度结构v_s(xi)，之后根据速度结构v_s(xi)及基准面计算每个检波点x_i的静校正量Static(x_i)，见图6；最后依据各检波点的静校正量Static(x_i)对转换波资料D(x_i,t_j)进行处理。

对比实施例1

采用专利CN 101907727A的一种面波多分量转换波静校正方法作为对比实施例1的技术方案。

使用实施例1和对比实施例1的方法对一个有70道记录的转换波资料进行转换波静校正，实验结果见图7-图10。其中图7表示70道记录的转换波资料，图8表示采用对比实施例1的方法绘制的频散曲线，图9表示采用实施例1的方法绘制的从70道转换波资料中抽取的第一道和第四道的地震记录，图10表示采用实施例1的方法绘制的一条频散曲线。

通过图7-图10说明，利用对比实施例1的方法对一组转换波资料进行处理只能计算一条频散曲线，反演一个平均横波速度结构，计算出的静校正量表示这一组转换波资料的综合效应；利用实施例1方法对一组转换波资料进行处理，需要先进行模式分离，获得面波信号，然后抽取其中的任意两道计算频散曲线，能够计算出所有两道之间的频散曲线和面波旅行时，再利用旅行时层析技术得到每个检波点的频散曲线，并反演得到每个检波点的横波速度结构，最终可以获得任意检波点的静校正量，提高了计算的精度。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种基于面波旅行时层析的转换波静校正方法，其特征在于，利用面波波场模式分离方法从转换波资料中分离得到高信噪比的面波波场记录，然后利用相位差法对两道转换波检波器之间的面波频散曲线进行计算，之后提取各频率成分面波的旅行时，并进行层析反演，得到各个转换波检波点的纯路径频散曲线，最后反演所述频散曲线建立横波速度结构，依据各检波点的横波速度结构完成静校正量处理；具体包括以下步骤：

(1)转换波资料记录：将采集的转换波资料记为D(x_i,t_j)，其中x_i表示各道所述转换波资料的检波点在测线上所在位置，i＝1,2,3…,n，n表示所述转换波资料中检波点的总数；t_j表示各道所述转换波资料记录的采样时间序列，j＝1,2,3,…,m，m表示所述采样时间序列的总采样长度；

(2)面波波场模式分离：利用F-K变换进行波场分离处理，从所述转换波资料D(x_i,t_j)中分离出面波波场记录，记为D_面波(x_i,t_j)，其中x_i和t_j与步骤(1)中所述x_i和t_j表示的含义一致；

(3)频散曲线计算：根据分离得到的所述面波波场记录D_面波(xi,tj)计算任意两个检波点之间的频散曲线，即从D_面波(x_i,t_j)中提取任意位置a、b处的两道转换波的检波器记录D_面波(x_a,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_b,t_1,2,3,…,m)，通过时频分析计算x_a和x_b两道检波器记录的信号在不同频率的相位差

f表示频率，所述两道检波器之间的距离通过Δx＝|x_b-x_a|计算得到，然后利用相位差法计算出所述两道检波器之间的频散曲线v_a,b(f)，f表示频率；利用上述方法，对所述面波波场记录D_面波(x_i,t_j)中的任意两道检波器记录的信号进行处理，得到所有检波器记录信号之间的频散曲线，记为v_p,q(f)，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(4)旅行时计算：根据所述步骤(3)中计算得到的两道检波器之间的距离以及频散曲线，计算所述面波在两道检波器之间传播所需的时间，称为旅行时；对于某两道检波器记录D_面波(x_p,t_1,2,3,…,m)和D_面波(x_q,t_1,2,3,…,m)的旅行时t_p,q(f)＝Δx_p,q/v_p,q(f)，根据以上算法将所有两道检波器之间的旅行时进行计算，得到所述面波在任意两检波器之间传播的旅行时信息t_p,q(f)，其中p＝1,2,3,…,n，q＝1,2,3,…,n，且p≠q；

(5)层析：将采集的转换波资料的一维测线区域网格化，每个网格的宽度保持不变，记为d，所述网格内部视为一个地层速度结构不变的单元Node[i,v_{i_initial(f)}]，i＝1,2,3,..,h，h表示所述网格总个数，v_{i_initial(f)}表示第i个网格内的所述频散曲线；然后将所述步骤(4)所得到的所述旅行时t_p,q(f)作为观测值，利用阻尼最小二乘算法对所有网格的不同频率的相速度进行层析反演计算，得到各个频率成分的面波在各个网格内的实际传播速度v_{i_final(f)}，i＝1,2,3,..,h，h表示网格总个数，即得到了反映网格下方地层结构的频散曲线；

(6)反演：将所述地层结构划分为k层，各层横波速度记为v_s1,v_s2,v_s3,…,v_sk，作为反演的初始横波速度模型，然后为利用阻尼最小二乘算法对每个网格的频散曲线v_{i_final(f)}分别进行反演，对所述初始横波速度模型进行修正，最终得到各网格下方准确的一维横波速度结构，记为Node[i；v_{si_1},v_{si_2},v_{si_3},…,v_{si_k}],k为地层数，联合所有网格下方准确的一维横波速度结构，即得到测线下方地层的二维横波速度剖面；

(7)静校正：从所述测线下方地层的二维横波速度剖面中选取静校正的基准面，然后根据每个检波点的位置x_i，找到其在所述二维横波速度剖面中对应的速度结构v_s(xi)，之后根据所述速度结构v_s(xi)及所述基准面计算每个检波点x_i的静校正量Static(x_i)，最后依据各检波点的静校正量Static(x_i)对转换波资料D(x_i,t_j)进行处理。

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