CN110398777B - 一种井中检波器定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井中检波器定位方法，包括以下步骤：S1.在地面或井中激发震源，由井下的多道检波器接收，得到三分量VSP地震数据，所述三分量VSP地震数据包括垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量的地震数据；S2.确定垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量三个分量上的符号函数；S3.获取新的三分量记录Z′、X′和Y′：S4.利用新的三分量记录Z′、X′和Y′，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP地震数据进行旋转。本发明提供了一种井中检波器定位方法，利用井中三分量地震数据的下行直达波振幅属性，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP资料进行旋转，具有波场效果好，计算效率高，精度高等优势。

Description

一种井中检波器定位方法
技术领域
本发明涉及地震勘探数据处理技术，特别是涉及一种井中检波器定位方法。
背景技术
井中地震资料采集都采用地面或井中激发，井下采用电缆连接多级三分量(一般为垂直Z分量和水平X分量及Y分量)检波器接收，无论纵波还是横波在三分量上都会有矢量投影。同一炮(或不同炮)激发时，不同深度处的检波器的水平X分量与Y分量方位角未知。
在井中地震资料处理时，我们需将三分量检波器中来自同一目的层的波场进行矢量合成，从而最终得到一个标量波场。因此，首先需要将各级检波器的X分量和Y分量通过极化旋转(或方位校正)，从而得到下行直达波在水平方向上的投影H和与之垂直的方向V；然后需要将各级检波器的Z分量和H分量通过垂直方向矢量旋转，从而得到下行直达波的方向P和与之垂直的方向R；此时P分量主要包括下行P波和上行PSV波，R分量主要包括上行P波和下行PSV波，V分量主要为PSH波。其核心思想是求水平X分量与下行直达波水平能量最强方向(即H)间的夹角α与垂直方向极化角β。
目前的检波器方位校正方法，主要有偏振分析法，矢端图法，能量准则法，能量加权的瞬时方位直方图法和协方差矩阵特征向量法，但都没有基于初至直达波在三个分量上的极性一致的原则。因此在很多情况下，检波器的初始方位校正结果就不准确，从而影响了后期地震数据的处理和解释效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种井中检波器定位方法，利用井中三分量地震数据的下行直达波振幅属性，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP资料进行旋转，具有波场效果好，计算效率高，精度高等优势。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种井中检波器定位方法，包括以下步骤：
S1.在地面或井中激发震源，由井下的多道检波器接收，得到三分量VSP地震数据，所述三分量VSP地震数据包括垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量的地震数据；
S2.确定垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量三个分量上的符号函数；
S3.获取新的三分量新的三分量记录Z′、X′和Y′：
利用Z、X和Y三个分量的符号函数SZ、SX和SY，得到水平X分量与下行直达波水平投影H之间角α的大致范围，按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，确定需要旋转的角度γ，对检波器进行极性的调整和信号的相应的互换，从而得到新的三分量记录Z′、X′和Y′，使得X′分量与下行直达波水平投影H间夹角α′在0～90°范围内；
S4.利用新的三分量记录Z′、X′和Y′，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP地震数据进行旋转。
所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.在三分量记录中的Z分量上，拾取每道下行直达波的初至，并将其对应的时间设置为时间tj，j表示第j道记录；如果震源类型为可控震源，则时间tj对应下行直达波的振幅的最大值点；如果震源类型为可控震源外的其他类型震源，则时间tj对应下行直达波的起跳点；其中j＝1,2,3,…,N，N表示每个分量地震记录的总道数，在Z、X和Y三个分量上地震记录的总道数相同；
S202.从三分量记录中Z分量的第j道记录上，时间tj往后50毫秒内，寻找振幅绝对值的最大值Zj,max：
如果Zj,max≥0，则符号函数SZj为1；
如果Zj,max＜0，则符号函数SZj为-1；
并将Zj,max对应的时间记为时间t′j；
S203.从三分量记录中，与该深度Zj记录对应的Xj记录上，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure BDA0002173630360000021
如果
Figure BDA0002173630360000022
则符号函数SXj为1；
如果
Figure BDA0002173630360000023
则符号函数SXj为-1；
S204.从三分量记录中，与该深度Zj记录对应的Yj记录上，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure BDA0002173630360000024
如果
Figure BDA0002173630360000025
则符号函数SYj为1；
如果
Figure BDA0002173630360000026
则符号函数SYj为-1。
所述步骤S3包括：
S301.利用Z、X和Y三个分量的符号函数SZ、SX和SY，得到角α大致范围：
Figure BDA0002173630360000031
S302.根据α确定为需要旋转的角度γ：
Figure BDA0002173630360000032
S303.按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，进行检波器极性的调整和信号的相应的互换：
Figure BDA0002173630360000033
式中，i表示第i个时间采样点，Xi,j表示X分量第j道第i个采样点对应的数据、Yi,j表示Y分量第j道第i个采样点对应的数据、Zi,j表示Z分量第j道第i个采样点对应的数据；i＝1,2,3,...,T，T表示各分量第j道记录中的采样点总数。
所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.在新三分量第j道记录Z′j、X′j和Y′j中，从时间tj开始，往后选择一个时窗，该时窗长度刚好包含一个完整的正旁瓣和一个完整的负旁瓣，设其为M；时窗之外的三分量记录Z′k,j、X′k,j和Y′k,j的信号全部清零，
Figure BDA0002173630360000034
S402.对X′k,j和Y′k,j，k∈[tj,tj+M]进行分析得到偏振角α′j，则角αj也由得到α′j和γj得到，并且按照矢量旋转的方法原理：对X和Y进行矢量旋转，得到记录H和V；经过该方法定位后，各深度点处的H分量都在炮点和检波点连线水平方向上；各深度点处的V分量，与各深度点处的H分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线水平方位逆时针旋转90度方向；
S403.对Z′k,j和Hk,j，k∈[tj,tj+M]进行分析得到极化角βj，按照矢量旋转的方法原理：对Z′和H进行矢量旋转，得到记录P和R；经过该方法旋转后，各深度点处的P分量都在炮点和检波点连线方向上，主要包括下行P波和上行PSV波；各深度点处的R分量，与各深度点处的P分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线方向在井源所组成的平面内逆时针旋转90度方向，主要包括上行P波和下行PSV波。
所述步骤S402中，根据能量法则计算得α′：
Figure BDA0002173630360000041
再由α′计算α：
α＝α′+γ
根据坐标旋转公式得到：
Figure BDA0002173630360000042
所述步骤S403中，根据能量法则得：
Figure BDA0002173630360000043
根据坐标旋转公式得：
Figure BDA0002173630360000044
本发明的有益效果是：利用井中三分量地震数据的下行直达波振幅属性，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP资料进行旋转，具有波场效果好，计算效率高，精度高等优势。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为实施例中某井原始三分量数据示意图；
图3为实施例中两种方法计算的偏振角α示意图；
图4为实施例中两种方法计算的偏振角β示意图；
图5为实施例中常规方法得到的旋转记录示意图；
图6为实施例中按照本申请得到的旋转记录示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为充分利用下行直达波和下行转换波，我们需要将三个分量上的下行直达波(包括纵波源激发产生的下行直达纵波(P波)及下行直达转换横波(PSV波)；横波源激发产生的下行直达横波(SV波)及下行直达转换纵波(SVP波))能量进行矢量合成到一个分量上。因此，首先需要将各级检波器的X分量和Y分量进行极化旋转(方位校正)，旋转到下行直达波在水平方向能量的方向(即其水平投影方向H)和与之垂直的方向V；然后需要将各级检波器的Z分量和H分量通过垂直方向矢量旋转，从而得到下行直达波的方向P和与之垂直的方向R；此时P分量主要包括下行P波和上行PSV波，R分量主要包括上行P波和下行PSV波，V分量主要为PSH波。其核心思想是求水平X分量与下行直达波水平能量最强方向(即H)间的夹角α与垂直方向极化角β。
具体地，为提高井中地震检波器方向定位的精度主要利用井中三分量地震数据的初至下行直达波振幅属性，先基于右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，将Z、X和Y分量进行极化旋转得到Z′、X′和Y′分量，以简化水平X分量与下行直达波水平能量最强方向(即H)间夹角α的计算，提高计算精度；得到角α后，对X和Y分量旋转得到H和V分量；由Z′和H计算垂直方向极化角β，对Z′和H分量旋转得到P和R分量：
如图1所示，一种井中检波器定位方法，包括以下步骤：
S1.地面或井中震源激发，井下多道检波器接收，得到三分量VSP地震数据(垂直Z分量，水平X分量及水平Y分量地震数据)；
如图2所示，为实施例中某井下原始三分量数据，可以看到水平X分量和Y分量初至波同相轴存在明显错断，这是由于每个检波器的方位角不一致所致；
S2.确定垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量三个分量上的符号函数：
S201.在三分量记录中的Z分量上，拾取每道下行直达波的初至，并将其对应的时间设置为时间tj，j表示第j道记录；如果震源类型为可控震源，则时间tj对应下行直达波的振幅的最大值点；如果震源类型为可控震源外的其他类型震源，则时间tj对应下行直达波的起跳点；其中j＝1,2,3,…,N，N表示每个分量地震记录的总道数，在Z、X和Y三个分量上地震记录的总道数相同；
S202.三分量记录中Z分量的第j道记录上，时间tj往后50毫秒内，寻找振幅绝对值的最大值Zj,max，如果Zj,max≥0，则符号函数SZj为1；如果Zj,max＜0，则符号函数SZj为-1；并将Zj,max对应的时间记为时间t′j；
S203.三分量记录中，与该深度Zj记录对应的Xj记录上，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure BDA0002173630360000061
如果
Figure BDA0002173630360000062
则符号函数SXj为1；如果
Figure BDA0002173630360000063
则符号函数SXj为-1。
S204.三分量记录中，与该深度Zj记录对应的Yj记录上，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure BDA0002173630360000064
如果
Figure BDA0002173630360000065
则符号函数SYj为1；如果
Figure BDA0002173630360000066
则符号函数SYj为-1。
S3.获取新的三分量新的三分量记录Z′、X′和Y′：
利用Z、X和Y三个分量的符号函数SZ、SX和SY，可得到水平X分量与下行直达波水平投影(即H)之间角α的大致范围，按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，确定需要旋转的角度γ，对检波器进行极性的调整和信号的相应的互换，从而得到新的三分量记录Z′、X′和Y′，使得X′分量与下行直达波水平投影(即H)间夹角(记为α′)在0～90°范围内，具体地：
所述的由符号函数SZ、SX和SY，角α的大致范围可由如下方法确定：
Figure BDA0002173630360000071
则需要旋转的角度γ可由α确定为：
Figure BDA0002173630360000072
并且按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，进行检波器极性的调整和信号的相应的互换,可用如下计算方法实现：
Figure BDA0002173630360000073
式中，i表示第i个时间采样点，Xi,j表示X分量第j道第i个采样点对应的数据、Yi,j表示Y分量第j道第i个采样点对应的数据、Zi,j表示Z分量第j道第i个采样点对应的数据；i＝1,2,3,...,T，T表示各分量第j道记录中的采样点总数。
S4.利用新的三分量记录Z′、X′和Y′，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP地震数据进行旋转。
S401.在新三分量第j道记录Z′j、X′j和Y′j中，从时间tj开始，往后选择一个时窗，该时窗长度刚好包含一个完整的正旁瓣和一个完整的负旁瓣，设其为M；时窗之外的三分量记录(即Z′k,j、X′k,j和Y′k,j，
Figure BDA0002173630360000074
)的信号全部清零；
S402.对X′k,j和Y′k,j，(k∈[tj,tj+M])进行分析得到偏振角α′j，则角αj也可由得到α′j和γj得到，并且按照矢量旋转的方法原理：对X和Y进行矢量旋转，得到记录H和V；经过该方法定位后，各深度点处的H分量都在炮点和检波点连线水平方向上；各深度点处的V分量，与各深度点处的H分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线水平方位逆时针旋转90度方向，具体地：
根据能量法则可得α′：
Figure BDA0002173630360000081
则α可由下式得到：
α＝α′+γ
并且根据坐标旋转公式可得：
Figure BDA0002173630360000082
如图3所示，为实施例中本发明方法与常规方法计算得到的偏振角α及两者的差，可以看出本方法得到的角α精确度更高；
S403.对Z′k,j和Hk,j，(k∈[tj,tj+M])进行分析得到极化角βj，按照矢量旋转的方法原理：对Z′和H进行矢量旋转，得到记录P和R。经过该方法旋转后，各深度点处的P分量都在炮点和检波点连线方向上，主要包括下行P波和上行PSV波；各深度点处的R分量，与各深度点处的P分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线方向在井源所组成的平面内逆时针旋转90度方向，主要包括上行P波和下行PSV波。
具体地，根据能量法则可得：
Figure BDA0002173630360000091
根据坐标旋转公式可得：
Figure BDA0002173630360000092
如图4所示，为实施例中本发明方法与常规方法计算得到的极化角β及两者的差；可以看出本方法得到的β精确度更高，如图5所示，为实施例中常规方法旋转得到的P、R和V分量，如图6所示为本发明方法旋转得到的P、R和V分量，对比两图，可以看出本方法旋转的效果更好。
需要说明的是，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种井中检波器定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.在地面或井中激发震源，由井下的多道检波器接收，得到三分量VSP地震数据，所述三分量VSP地震数据包括垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量的地震数据；
S2.确定垂直Z分量、水平X分量及水平Y分量三个分量上的符号函数；
S3.获取新的三分量记录Z′、X′和Y′：
利用Z、X和Y三个分量的符号函数SZ、SX和SY，得到水平X分量与下行直达波水平投影H之间角α的大致范围，按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，确定需要旋转的角度γ，对检波器进行极性的调整和信号的相应的互换，从而得到新的三分量记录Z′、X′和Y′，使得X′分量与下行直达波水平投影H间夹角α′在0～90°范围内；
S4.利用新的三分量记录Z′、X′和Y′，进行井中地震检波器方向定位并对三分量VSP地震数据进行旋转。
2.根据权利要求1所述的一种井中检波器定位方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.在三分量记录中的Z分量上，拾取每道下行直达波的初至，并将其对应的时间设置为时间tj，j表示第j道记录；如果震源类型为可控震源，则时间tj对应下行直达波的振幅的最大值点；如果震源类型为可控震源外的其他类型震源，则时间tj对应下行直达波的起跳点；其中j＝1,2,3,…,N，N表示每个分量地震记录的总道数，在Z、X和Y三个分量上地震记录的总道数相同；
S202.从三分量记录中Z分量的第j道记录Zj上，时间tj往后50毫秒内，寻找振幅绝对值的最大值Zj,max：
如果Zj,max≥0，则符号函数SZj为1；
如果Zj,max＜0，则符号函数SZj为-1；
并将Zj,max对应的时间记为时间t′j；
S203.在三分量记录中X分量的第j道记录Xj中，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure FDA0002715273020000011
如果
Figure FDA0002715273020000012
则符号函数SXj为1；
如果
Figure FDA0002715273020000021
则符号函数SXj为-1；
S204.在三分量记录中Y分量的第j道记录Yj中，寻找时间t′j对应的地震信号的振幅
Figure FDA0002715273020000022
如果
Figure FDA0002715273020000023
则符号函数SYj为1；
如果
Figure FDA0002715273020000024
则符号函数SYj为-1。
3.根据权利要求1所述的一种井中检波器定位方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
S301.利用Z、X和Y三个分量的符号函数SZ、SX和SY，得到角α大致范围：
Figure FDA0002715273020000025
S302.根据α确定为需要旋转的角度γ：
Figure FDA0002715273020000026
S303.按照检波器三分量满足右手法则和下行直达波在三个分量上的极性相同的原则，进行检波器极性的调整和信号的相应的互换：
Figure FDA0002715273020000027
式中，i表示第i个时间采样点，Xi,j表示X分量第j道第i个采样点对应的数据、Yi,j表示Y分量第j道第i个采样点对应的数据、Zi,j表示Z分量第j道第i个采样点对应的数据；i＝1,2,3,...,T，T表示各分量第j道记录中的采样点总数。
4.根据权利要求1所述的一种井中检波器定位方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.在新三分量第j道记录Z′j、X′j和Y′j中，从时间tj开始，往后选择一个时窗，该时窗长度刚好包含一个完整的正旁瓣和一个完整的负旁瓣，设其为M；时窗之外的三分量记录Z′k,j、X′k,j和Y′k,j的信号全部清零，
Figure FDA0002715273020000031
S402.对X′k,j和Y′k,j，k∈[tj,tj+M]进行分析得到偏振角α′j，则角αj也由α′j和γj得到，并且按照矢量旋转的方法原理：对X和Y进行矢量旋转，得到记录H和V；经过该方法定位后，各深度点处的H分量都在炮点和检波点连线水平方向上；各深度点处的V分量，与各深度点处的H分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线水平方位逆时针旋转90度方向；
S403.对Z′k,j和Hk,j，k∈[tj,tj+M]进行分析得到极化角βj，按照矢量旋转的方法原理：对Z′和H进行矢量旋转，得到记录P和R；经过该方法旋转后，各深度点处的P分量都在炮点和检波点连线方向上，主要包括下行P波和上行PSV波；各深度点处的R分量，与各深度点处的P分量相互垂直，也就是炮点和检波点连线方向在井源所组成的平面内逆时针旋转90度方向，主要包括上行P波和下行PSV波。
5.根据权利要求4所述的一种井中检波器定位方法，其特征在于：所述步骤S402中，根据能量法则计算得α′：
Figure FDA0002715273020000032
再由α′计算α：
α＝α′+γ
根据坐标旋转公式得到：
Figure FDA0002715273020000033
6.根据权利要求4所述的一种井中检波器定位方法，其特征在于：所述步骤S403中，根据能量法则得：
Figure FDA0002715273020000041
根据坐标旋转公式得：
Figure FDA0002715273020000042
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