專利名稱：：二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及石油勘探技術(shù)，是地震數(shù)據(jù)處理中的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法。
背景技術(shù)：
：二維垂直地震剖面(Walk-awayVSP)勘探數(shù)據(jù)中，VSP資料處理通常包括初至拾取、速度反演、波場分離、成像等。由于在原始VSP數(shù)據(jù)中，不同波場相互重疊在一起，因此，將不同類型的地震波場進行分離是VSP數(shù)據(jù)處理的一項基本任務(wù)，波場分離的效果直接影響最終成果的可靠性和效果。常規(guī)VSP(零偏VSP，非零偏VSP)處理中常用的波場分離手段主要有中值濾波、F-K濾波、tau-p變換等技術(shù)，在共炮點道集中進行應(yīng)用。中值濾波是非線性多道濾波方法。應(yīng)用中值濾波進行VSP數(shù)據(jù)的波場分離，要求目標波場能夠按照波至?xí)r間進行準確排齊。排齊的精度對波場分離效果影響嚴重，這要求能夠?qū)δ繕瞬▓龅牟ㄖ習(xí)r間進行準確測定。另一方面，它也要求參與處理的各信號道的波形應(yīng)該一致。如果波形不一致，即使波至?xí)r間對準，其相位也不會相同，中值濾波同樣達不到預(yù)期的效果。F-K濾波是依據(jù)不同波場在視速度上的差異進行波場分離的多道方法。F-K濾波要求數(shù)據(jù)的空間采樣間隔足夠小，并且是等間隔采樣。若空間采樣間隔不足夠小，將產(chǎn)生假頻問題。F-K濾波還存在Rieber混合問題，即數(shù)據(jù)經(jīng)F-K濾波后的空間混合效應(yīng)?？臻g混合效應(yīng)使信號波形發(fā)生畸變，并模糊了VSP同相軸的端點位置，這為后續(xù)解釋帶來困難。不同波場間的視速度差異越小，在進行波場分離時這種空間混合效應(yīng)越嚴重。tau-p變換同樣是依據(jù)不同波場間在視速度上的差異進行波場分離的多道方法。但有限空間數(shù)據(jù)的tau-p變換結(jié)果會出現(xiàn)波場能量延伸現(xiàn)象(即所謂的端點效應(yīng))，降低了對不同波場的分辨效果，使得反變換后的不同波場相互干擾。隨著參與處理道數(shù)的減少(即數(shù)據(jù)空間的減小)，這種影響會更加嚴重。由于WalkawayVSP數(shù)據(jù)采集方式的特殊性，上述這些常規(guī)VSP處理中一般比較有效的方法并不能直接套用。這是因為一方面由于受井下接收器級數(shù)的限制，數(shù)據(jù)觀測井段小，其在共炮點道集中的道數(shù)較少，現(xiàn)有的一些波場分離方法由于邊界效應(yīng)的影響不太適用；另一方面由于WalkawayVSP是多井源距VSP，炮點到井口的距離在較大范圍內(nèi)變化，使得在共接收點道集中波阻特征變化明顯(與中值濾波關(guān)于波形一致的假設(shè)相矛盾)，并且不同波場間的視速度差異并不明顯(會加重F-K濾波的空間混合效應(yīng))，制約著這些常規(guī)波場分離手段的應(yīng)用效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種改進地震數(shù)據(jù)波場分離效果，準確提供層位、構(gòu)造等信息的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，具體實施步驟是1)沿炮線方向不同位置人工激發(fā)地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄三分量walkawayVSP地震波波場；2)在地震波波場數(shù)據(jù)上拾取不同接收點處的波場初至?xí)r間；3)采用通常的方法將波場初至?xí)r間反演層速度，建立參考層速度模型；4)依據(jù)振幅強弱，按先下行波、后上行波，先縱波，后轉(zhuǎn)換波的順序依次進行不同類型地震波場的分離，確定進行分離的波場的類型；5)在地理坐標系下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到射線坐標系統(tǒng)中；步驟5)所述的轉(zhuǎn)換是依據(jù)參考速度模型進行射線追蹤，確定目標波場的偏振方向；以上所述的目標波場是預(yù)分離出的波場。6)利用步驟5的結(jié)果，對空間窗中的數(shù)據(jù)依據(jù)下式進行從時間-深度-井源距域(t-z-x)到時間截距-垂直慢度-水平慢度域(T-p-q)的變換一00~00上式中u代表時間-深度-井源距域地震數(shù)據(jù)，v代表變換后的時間截距-垂直慢度-水平慢度域數(shù)據(jù)，t表示時間，X表示井源距，Z表示深度，T表示時間截距，P表示垂直慢度，q表示水平慢度；步驟6所述的空間窗是指水平(x)方向的有限范圍。步驟6所述變換過程是依次在水平(x)和垂直(z)兩個方向上進行兩次一維時間截距-慢度變換。7)在時間截距-垂直慢度-水平慢度域(T-p-q)域中確定垂直于時間截距軸的每個垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿時間截距t方向?qū)λ叭〉淖畲笳穹M行平滑以求取振幅門檻值；8)在時間截距-垂直慢度-水平慢度(T-p-q)域數(shù)據(jù)中提取有效波場。提取過程依據(jù)步驟7所得振幅門檻值進行，即若數(shù)據(jù)振幅大于門檻值，則認為是有效波場的振幅；步驟8所述的提取過程是依據(jù)能量的強弱關(guān)系迭代進行，先提取強能量同相軸，再提取次強能量同相軸，如此反復(fù)。9)根據(jù)步驟3的參考速度模型，進行射線追蹤模型正演，以確定待提取波場在步驟8獲得的有效波場中的位置；步驟9所述待提取波場類型由步驟4確定。10)依據(jù)步驟9所得待提取波場位置，將待提取波場從步驟8所得有效波場中濾除，得到不含有待提取波場的剩余波場；11)將步驟10中得到的剩余波場分別在水平(x)和垂直(z)兩個方向上進行兩次一維時間截距-慢度反變換，得到時間-深度-井源距域剩余波場；12)將步驟11中反變換結(jié)果從步驟5所得射線坐標系統(tǒng)下的VSP數(shù)據(jù)中減去，得到射線坐標系統(tǒng)下期望分離出的目標波場；13)沿炮線方向(x方向)滑動空間窗，重復(fù)上面的步驟4—12，以便從全部數(shù)據(jù)中分離出射線坐標系統(tǒng)下的目標波場；14)通過坐標旋轉(zhuǎn)，將步驟13所得射線坐標系統(tǒng)下的全部目標波場轉(zhuǎn)換到地理坐標系下，完成對三分量walkawayVSP數(shù)據(jù)目標波場的分離。步驟14)中的坐標旋轉(zhuǎn)是步驟5的逆過程。15)重復(fù)步驟4)至步驟14)進行其他類型地震波場的分離。本發(fā)明在二維空間tau-p變換同時利用x、z兩個方向上的數(shù)據(jù)進行處理，拓展了數(shù)據(jù)空間，有效降低波場能量延伸現(xiàn)象的影響，提高波場分離的效果。本發(fā)明的波場分離過程是通過根據(jù)能量的強弱關(guān)系迭代提取有效波場、從有效波場中得到不含有待提取波場的剩余波場、再將剩余波場從原始數(shù)據(jù)中減去以得到目標波場，可減弱用tau-p變換技術(shù)進行波場分離過程中波場能量延伸現(xiàn)象的影響。圖1為地理坐標系統(tǒng)下的三分量原始WalkawayVSP數(shù)據(jù)的垂直分量波場，橫坐標為深度(米)，縱坐標為時間(毫秒)；表1為進行波場分離時采用的層速度模型，表中的坐標代表層界面與井軌跡交點處的坐標值；圖2為下行縱波波場分離結(jié)果的垂直分量波場，橫坐標為深度(米)，縱坐標為時間(毫秒)；圖3為上行縱波波場分離結(jié)果的垂直分量波場，橫坐標為深度(米)，縱坐標為時間(毫秒)；圖4為上行PS轉(zhuǎn)換波波場分離結(jié)果的垂直分量波場，橫坐標為深度(米)，縱坐標為時間(毫秒)。具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明實施例中使用的數(shù)據(jù)是從野外實際觀測的三分量WalkawayVSP記錄中抽取的部分數(shù)據(jù)。在地表沿炮線方向不同位置處人工激發(fā)地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄VSP地震波波場(如圖1所示)。然后，在地震波波場數(shù)據(jù)上拾取不同接收點處的波場初至?xí)r間，并利用拾取的波場初至?xí)r間來反演層速度，以建立參考層速度模型(如表l所示)。首先進行下行縱波的分離，即將下行縱波作為下述波場分離過程的目標波場。依據(jù)參考速度模型進行射線追蹤以確定目標波場(預(yù)分離出的波場)的偏振方向。然后利用此偏振方向在地理坐標系下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到射線坐標系統(tǒng)中。WalkawayVSP在地表炮線方向(x方向)和井下深度方向(z方向)上共同采集數(shù)據(jù)，這為利用x、z兩個方向上的數(shù)據(jù)來提高時間截距-慢度變換波場分離的效果提供了可能。為此，將水平(x)方向的有限范圍空間窗中的數(shù)據(jù)依據(jù)下式進行從時間-深度-井源距域(t-z-x)到時間截距-垂直慢度-水平慢度域(T-p-q)的變換+00+00-OO~O0式中u代表時間-深度-井源距域地震數(shù)據(jù)，v代表變換后的時間截距-垂直慢度-水平慢度域數(shù)據(jù)，t表示時間，X表示井源距，Z表示深度，T表示時間截距，p表示垂直慢度，q表示水平慢度。上式表示以水平方向(x方向)和垂直方向(z方向)兩個慢度參數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，具體實施時采用依次沿垂直和水平方向進行兩次到一維時間截距-慢度域變換的方法進行實現(xiàn)。接下來在時間截距-垂直慢度-水平慢度域(T-p-q)域中確定垂直于時間截距軸的每個垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿時間截距t方向?qū)λ叭〉淖畲笳穹M行平滑以求取振幅門檻值。經(jīng)時間截距-慢度變換后，原(Z，t)平面中的線性同相軸在(P，T)平面中將變?yōu)橐粋€點，可以依據(jù)這一特性在時間截距-垂直慢度-水平慢度(T-p-q)域數(shù)據(jù)中提取有效波場。提取過程依據(jù)所得振幅門檻值進行，即若數(shù)據(jù)振幅大于門檻值，則認為是有效波場的振幅。所述的提取過程是依據(jù)能量的強弱關(guān)系迭代進行的，即先提取強能量同相軸，再提取次強能量同相軸，如此下去。然后，根據(jù)參考速度模型進行射線追蹤模型正演，以確定待提取波場在有效波場中的位置；依據(jù)所得待提取波場位置信息，將待提取波場從有效波場中濾除，得到不含有待提取波場的剩余波場；將剩余波場依次在水平和垂直兩個方向上進行兩次一維時間截距-慢度反變換，得到時間-深度-井源距域剩余波場；將時間-深度-井源距域剩余波場從射線坐標系統(tǒng)下的VSP數(shù)據(jù)中減去，得到射線坐標系統(tǒng)下期望分離出的目標波場。沿x方向(即炮線方向)滑動空間窗，重復(fù)上面的步驟，以便從全部數(shù)據(jù)中分離出射線坐標系統(tǒng)下的目標波場。沿x方向采用滑動窗的辦法進行處理，窗的長度不宜過大。通過坐標旋轉(zhuǎn)，將射線坐標系統(tǒng)下的全部目標波場轉(zhuǎn)換到地理坐標系下，便完成了對三分量walkawayVSP數(shù)據(jù)目標波場的分離工作。附圖2是將下行縱波作為目標波場時的波場分離結(jié)果。完成下行縱波的分離后，再依次進行上行縱波、上行PS轉(zhuǎn)換波的分離工作，分離結(jié)果分別如附圖3和附圖4所示。對比附圖1所示的原始數(shù)據(jù)及附圖2、3、4所示的不同類型地震波場的分離結(jié)果，可知本發(fā)明中所描述的方法效果良好。本發(fā)明在有限數(shù)據(jù)空間中應(yīng)用tau-p變換技術(shù)，存在波場能量延伸現(xiàn)象的影響。一維空間tau-p變換僅利用z(深度)方向的數(shù)據(jù)，而二維空間tau-p變換同時利用x、z兩個方向上的數(shù)據(jù)進行處理，相當于拓展了數(shù)據(jù)空間，可以有效降低波場能量延伸現(xiàn)象的影響，提高波場分離的效果。常規(guī)tau-p變換技術(shù)是采用在tau-p域中直接進行切除來完成的。由于tau-p變換有限數(shù)據(jù)空間波場能量延伸現(xiàn)象的影響，通過切除可能達不到將不同波場完全分離的目的。而本發(fā)明的波場分離過程是通過根據(jù)能量的強弱關(guān)系迭代提取有效波場、從有效波場中得到不含有待提取波場的剩余波場、再將剩余波場從原始數(shù)據(jù)中減去以得到目標波場這一過程實現(xiàn)的。這樣的過程可以減弱用tau-p變換技術(shù)進行波場分離過程中波場能量延伸現(xiàn)象的影響。另外，使用三分量walkawayVSP數(shù)據(jù)在射線坐標系統(tǒng)下實現(xiàn)本發(fā)明的波場分離過程，可以確保在tau-p-q域中同相軸的清晰、有效聚焦，降低有限空間數(shù)據(jù)波場能量延伸現(xiàn)象的影響，從而進一步改進波場分離的效果。本發(fā)明實施實例中使用的三分量WalkawayVSP數(shù)據(jù)來自野外實際觀測。附圖1是該數(shù)據(jù)在地理坐標系統(tǒng)下的垂直分量波場；附表1為在實施波場分離時所采用的層速度模型。不同類型波場的波場分離結(jié)果分別見附圖2至圖4。波場分離結(jié)果表明了本發(fā)明的良好效果。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表l權(quán)利要求1、一種二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于采用以下步驟1)沿炮線方向不同位置人工激發(fā)地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄三分量walkawayVSP地震波波場；2)在地震波波場數(shù)據(jù)上拾取不同接收點處的波場初至?xí)r間；3)采用通常的方法將波場初至?xí)r間反演層速度，建立參考層速度模型；4)依據(jù)振幅強弱，按先下行波、后上行波，先縱波，后轉(zhuǎn)換波的順序依次進行不同類型地震波場的分離，確定進行分離的波場的類型；5)在地理坐標系下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到射線坐標系統(tǒng)中；6)利用步驟5的結(jié)果，對空間窗中的數(shù)據(jù)依據(jù)下式進行從時間-深度-井源距域(t-z-x)到時間截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)的變換<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>v</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>,</mo><mi>q</mi><mo>,</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mo>∞</mo></mrow><mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo></mrow></munderover><munderover><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mo>∞</mo></mrow><mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo></mrow></munderover><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>,</mo><mi>τ</mi><mo>+</mo><mi>qx</mi><mo>+</mo><mi>pz</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dzdx</mi></mrow>]]></math></maths>上式中u代表時間-深度-井源距域地震數(shù)據(jù)，v代表變換后的時間截距-垂直慢度-水平慢度域數(shù)據(jù)，t表示時間，x表示井源距，z表示深度，τ表示時間截距，p表示垂直慢度，q表示水平慢度；7)在時間截距-垂直慢度-水平慢度域(τ-p-q)域中確定垂直于時間截距軸的每個垂直慢度-水平慢度平面中的最大振幅，然后沿時間截距τ方向?qū)λ叭〉淖畲笳穹M行平滑以求取振幅門檻值；8)在時間截距-垂直慢度-水平慢度(τ-p-q)域數(shù)據(jù)中提取有效波場，提取過程依據(jù)步驟7所得振幅門檻值進行，即若數(shù)據(jù)振幅大于門檻值，則認為是有效波場的振幅；9)根據(jù)步驟3的參考速度模型，進行射線追蹤模型正演，以確定待提取波場在步驟8獲得的有效波場中的位置；10)依據(jù)步驟9所得待提取波場位置，將待提取波場從步驟8所得有效波場中濾除，得到不含有待提取波場的剩余波場；11)將步驟10中得到的剩余波場分別在水平(x)和垂直(z)兩個方向上進行兩次一維時間截距-慢度反變換，得到時間-深度-井源距域剩余波場；12)將步驟11中反變換結(jié)果從步驟5所得射線坐標系統(tǒng)下的VSP數(shù)據(jù)中減去，得到射線坐標系統(tǒng)下期望分離出的目標波場；13)沿炮線方向(x方向)滑動空間窗，重復(fù)上面的步驟4-12，以便從全部數(shù)據(jù)中分離出射線坐標系統(tǒng)下的目標波場；14)通過坐標旋轉(zhuǎn)，將步驟13所得射線坐標系統(tǒng)下的全部目標波場轉(zhuǎn)換到地理坐標系下，完成對三分量walkawayVSP數(shù)據(jù)目標波場的分離；15)重復(fù)步驟4)至步驟14)進行其他類型地震波場的分離。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟5)所述的轉(zhuǎn)換是依據(jù)參考速度模型進行射線追蹤，確定目標波場的偏振方向。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于所述的目標波場是預(yù)分離出的波場。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟6所述的空間窗是指水平(x)方向的有限范圍。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟6所述變換過程是依次在水平(x)和垂直(z)兩個方向上進行兩次一維時間截距-慢度變換。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟8所述的提取過程是依據(jù)能量的強弱關(guān)系迭代進行，先提取強能量同相軸，再提取次強能量同相軸，如此反復(fù)。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟9所述待提取波場類型由步驟4確定。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，其特征在于步驟14)中的坐標旋轉(zhuǎn)是步驟5的逆過程。全文摘要本發(fā)明是地震數(shù)據(jù)處理的二維垂直地震剖面不同類型地震波場分離方法，先依據(jù)振幅進行類型分離，轉(zhuǎn)換到射線坐標系做時間截距-垂直慢度-水平慢度域的變換，確定每個垂直慢度-水平慢度平面最大振幅，然后沿時間截距方向?qū)ψ畲笳穹M行平滑求取振幅門檻值，提取有效波場，進行模型正演確定有效波場位置，得到不含待提取波場的剩余波場，做反變換，從射線坐標系統(tǒng)下的VSP數(shù)據(jù)中減去，得到射線坐標系統(tǒng)下期望分離出的目標波場。本發(fā)明可減弱用tau-p變換技術(shù)進行波場分離過程中波場能量延伸現(xiàn)象的影響。文檔編號G01V1/28GK101630017SQ200810116710公開日2010年1月20日申請日期2008年7月16日優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日發(fā)明者侯愛源,王寶彬申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司