一种提高垂直地震剖面成像质量的方法

摘要

本发明是石油物探中提高垂直地震剖面成像质量的方法，在零偏及非零偏垂直地震剖面波场数据上拾取不同接收点处的下行纵波初至时间，建立无倾角的初始层速度模型，纵波初至时间外推至井旁点，获得下行波的时间场，求取下、上行波射线角度利用下行波射线角度，采用射线追踪方法形成理论上行波场，获取一系列的对应不同界面倾角值，确定最大对应的界面倾角为所要求取的井旁反射界面倾角。本发明可有效降低上覆地层对反射界面倾角估计结果的影响和一次反射波旅行时拾取误差对反射界面倾角估计结果的影响，提高利用垂直地震剖面成像质量。

说明书

技术领域

本发明涉及石油物探技术，是垂直地震剖面(VSP)数据处理方法，具体为提高垂直地震剖面成像质量的方法。

背景技术

常规VSP资料处理通常包括初至拾取、速度反演、波场分离、成像等。VSP资料的成像处理一般基于水平速度模型。然而，在反射界面存在倾角的情况下，基于水平层状速度模型进行VSP成像会使归位不准确。对这一问题通常的考虑是通过倾角时差校正或迭代成像来解决。VSP数据的倾角时差校正方法是基于地下介质为单一均匀倾斜层的假设，并且需要先由倾角测井或VSP资料独立地估算出反射界面的倾角来。VSP数据的迭代成像实际上隐含着对反射界面的倾角估计(通过不断修改速度模型来降低反射界面倾角对成像结果的影响)。如果能在成像前获得反射界面的倾角信息，则可以形成一个合乎逻辑的VSP数据处理思路，即基于速度模型(反射层的几何形态和速度属性)的VSP数据处理。

VSP的波场结构与反射界面的倾角紧密相关，因此，可通过VSP数据来估算反射界面的倾角，用以修正速度模型，来提高VSP成像质量。

Kennett、Wyatt等曾提出利用VSP资料基于解析公式估算反射界面倾角的方法。这一方法实际上是通过测量两个接收深度位置之间的倾角时差来计算反射界面倾角。随后，Malloy、Noponen等将以一道或两道倾斜时差进行反射界面倾角估计变为以多道倾斜时差进行反射界面的倾角估计，提高了倾角估算的准确性。但这类倾斜时差法的理论基础实际上是基于单层倾斜平反射界面，这意味着实际估计反射界面倾角时要使用平均速度，没有考虑到射线偏折的影响，使得估算的反射界面倾角存在较大误差。

为了避免使用平均速度对反射界面倾角估算结果的影响，Lins等提出了基于层速度模型进行反射界面倾角估算的模型比较方法。以零倾角作为层速度模型的初始估计值，计算射线从激发点传播到接收点的旅行时，再比较根据模型计算的旅行时与实际观测的旅行时之差，不断调整模型的倾角估计值，直到旅行时差值达到给出的精度范围内。

为了减少反演计算的变量个数和反演过程中的多解性，Lins采用所谓“剥层”法，从浅层到深层逐步进行反射界面的倾角估算。但用“剥层”法反演深层反射界面的倾角时，浅层误差会累积进去，使得对于深层反射界面倾角的估算结果并不理想。另一方面，相比于初至波旅行时，一次反射波旅行时对于界面倾角的变化敏感，使用一次反射波旅行时进行反射界面倾角反演结果会更精确。但在Lins的模型比较方法中，由于进行比较的是射线旅行时间，这样，多次波的干扰及在界面附近下行直达波的干涉就会影响到一次反射波旅行时的准确拾取，从而影响到反射界面倾角的反演成像结果。

利用VSP数据估算反射界面倾角还有一类偏振测量法(Spencer等)，通过对三分量VSP数据进行偏振分析估算出射线的传播方向，再由射线传播方向和反射界面倾角的关系获得反射界面的倾角。这一方法估算反射层倾角的准确性受偏振测量误差的影响很大。但由于波场干涉的影响，要想准确确定波场的偏振方向并非易事。

发明目的

本发明目的是提供一种用修正速度模型，提高利用垂直地震剖面成像质量的方法。

发明内容

本发明的具体实施步骤为：

1、在地表人工激发地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录VSP地震波波场；

2、在零偏及非零偏VSP地震波波场数据上拾取不同接收点处的下行纵波初至时间；

3、对VSP地震波波场进行波场分离，得到实际观测的反射波场；

4、根据已知的声波测井资料及零偏VSP下行纵波初至时间建立无倾角的初始层速度模型；

步骤4)所述的建立无倾角的初始层速度模型为通过声波测井资料划分层位，利用零偏VSP下行纵波初至时间反演各层速度。

5、根据下式将非零偏VSP纵波初至时间外推至井旁点，获得下行波的时间场t(x，z)：

$t(x,z)=\underset{h}{\max }\{t\left(h\right)-\tau (h;x,z)\}$

式中：τ(h；x，z)是用射线追踪方法确定的下行波由深度h处接收点到井旁点(x，z)的旅行时间，t(h)指非零偏VSP深度h处接收点下行纵波初至时间，x指井旁点横坐标，z指井旁点纵坐标，h代表接收点深度，t和τ用来表示时间，max表示找到沿不同射线路径所得一系列t(h)与τ(h；x，z)时间差中最大者；

步骤5)所述射线追踪过程采用的是对初始层速度模型用界面倾角假设值修正后的层速度模型。

6、计算下行波时间场t(x，z)沿水平x和垂直z两个方向上的偏导数和并根据下式来求取下行波射线角度α(x，z)：

$\alpha (x,z)=\arcsin \left[\frac{\frac{\partial t}{\partial x}}{\sqrt{{\left(\frac{\partial t}{\partial x}\right)}^2+{\left(\frac{\partial t}{\partial z}\right)}^2}}\right]$

其中：arcsin表示反正弦函数；

7、利用下行波射线角度α(x，z)求取出上行波射线角度β(x，z)：

式中：sin表示正弦函数。V_α入射速度，V_β为反射速度；为界面倾角假设值，x、z分别为计算点处的水平坐标和垂直坐标。

步骤7)所述的入射速度，反射速度(V_α、V_β)是纵波(P)波速度并且相等。

8、利用下行波的时间场t(x，z)、上行波射线角度β(x，z)，采用射线追踪方法形成理论上行波场

9、根据下式计算对应界面倾角时与u(h，t)的相关性度量值：

式中：利用了理论上行波场和实际观测的反射波场u(h，t)，其中h表深度，t为时间，为界面倾角，R³表示3维实空间。

步骤9)所述的是在近井范围内沿依赖于的射线路径对上行波场u(h，t)求和。

10、改变界面倾角的值重复步骤5到步骤9，以获取一系列的对应不同界面倾角的值；

11、在一系列的值中拾取最大，其所对应的界面倾角为所要求取的井旁反射界面倾角；

12、用井旁反射界面倾角值对步骤4中所得初始层速度模型进行修正，利用修改后的带有界面倾角信息的层速度模型进行垂直地震剖面成像。

本发明通过外推下行纵波(P)波初至时间以获得接收点附近上行P波时间场的方法，可有效降低上覆地层对反射界面倾角估计结果的影响和一次反射波旅行时拾取误差对反射界面倾角估计结果的影响，提高了利用垂直地震剖面成像质量。

附图说明

图1为用来产生理论VSP数据的二维构造模型。

图2为根据图1给出的模型所产生的理论三分量VSP上行波场。

图3为倾角扫描结果。其中a为倾角扫描图谱，b为根据振幅最大准则在图谱中所拾取的各反射层倾角值。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

在地表人工激发地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到地面记录仪器记录VSP地震波波场。激发位置包括零偏和非零偏两种方式。

本发明实施例中使用的数据来自于一个二维构造模型。图1给出了该构造模型，图2是根据这一模型所产生的理论三分量VSP上行波场数据，炮点到井口的距离为1000米。

分别在所记录的零偏和非零偏两种数据中拾取下行纵波初至。然后，通过声波测井资料划分层位，利用零偏VSP下行纵波初至时间反演各层速度，建立无倾角信息的初始层速度模型，进行倾角扫描时所采用的层速度模型数据如下表1所示；

  序号  X坐标  (m)  Y坐标  (m)  Z坐标  (m)  P波速  度(m/s)  S波速  度(m/s)  界面倾  角(°)  1  0.0  0.0  0.0  1750.00  712.730  0.0  2  0.0  0.0  300.0  1800.00  717.42  0.0  3  0.0  0.0  700.0  2200.00  1044.80  0.0  4  0.0  0.0  1200.0  1900.00  882.85  0.0  5  0.0  0.0  1800.0  2600.00  914.15  0.0  6  0.0  0.0  2100.0  3000.00  953.88  0.0  7  0.0  0.0  2400.0  3400.00  1024.56  0.0

表中的坐标代表层界面与井轨迹交点处的坐标值。

对非零偏VSP数据进行波场分离，以得到实际观测的反射波场，如图2所示，根据图1给出的模型所产生的理论三分量VSP上行波场中的X、Z分量。纵坐标为深度(米)，横坐标为时间(毫秒)。

给出界面倾角的假设值根据下式将所拾取的非零偏VSP初至时间外推至井旁点(x，z)处，以获得下行波的时间场t(x，z)：

$t(x,z)=\underset{h}{\max }\{t\left(h\right)-\tau (h;x,z)\}$

式中x指井旁点横坐标，z指井旁点纵坐标，h代表接收点深度，t和τ用来表示时间。τ(h；x，z)是用射线追踪方法确定的下行波由深度h处接收点到井旁点(x，z)的旅行时间，射线追踪过程采用的是对初始层速度模型用界面倾角假设值修正后的层速度模型；t(h)指非零偏VSP深度h处接收点下行波初至时间；max表示找到沿不同射线路径所得一系列t(h)与τ(h；x，z)时间差中最大者。

计算下行波时间场t(x，z)沿水平x和垂直z两个方向上的偏导数和并根据下式来求取下行波射线角度α(x，z)：

$\alpha (x,z)=\arcsin \left[\frac{\frac{\partial t}{\partial x}}{\sqrt{{\left(\frac{\partial t}{\partial x}\right)}^2+{\left(\frac{\partial t}{\partial z}\right)}^2}}\right]$

其中arcsin表示反正弦函数。

然后，依据Snell定律，利用下行波射线角度α(x，z)求取出上行波射线角度β(x，z)：

这里sin表示正弦函数。V_α入射速度，V_β为反射速度；为界面倾角假设值，x、z分别为计算点处的水平坐标和垂直坐标。本实施例中采用的是纵波波场，则V_α、V_β都是纵波速度并且相等。

利用上面得到的下行波的时间场t(x，z)、上行波射线角度β(x，z)，采用射线追踪方法形成理论上行波场射线追踪过程采用的是对初始层速度模型用界面倾角假设值修正后的层速度模型。

计算对应界面倾角假设值时与实际观测的反射波场u(h，t)的相关性度量值：

式中h表深度，t为时间，为界面倾角，R³表示3维实空间。这里，是在近井范围内沿依赖于的射线路径对上行波场u(h，t)求和。

改变界面倾角的假设值重复上面的步骤，可以获取一系列的对应不同界面倾角假设值的值，这里称之为倾角扫描谱图，如图3中a所示，图中纵坐标为深度(米)，横坐标为角度(度)。在倾角扫描谱图中最大振幅值位置处对应的倾角即为井旁反射界面的倾角。

最后，用依据振幅最大准则在倾角扫描谱图中所拾取的各反射界面倾角值(如图3中b所示)对初始层速度模型进行修正，利用修改后的带有界面倾角信息的层速度模型进行垂直地震剖面成像。

本发明实施例中使用的数据来自于一个二维构造模型。图1给出了该构造模型，图2是根据这一模型所产生的理论三分量VSP上行波场数据，炮点到井口的距离为1000米。本发明使用图2中的理论上行波场数据及表1的层速度模型数据作为输入，对反射界面的倾角进行扫描。倾角扫描结果如图3所示，其中a为扫描图谱，b为根据振幅最大准则在图谱中所拾取的各反射层倾角值。将图3中b所示的倾角拾取结果和图1给出的理论模型中各层倾角进行对比，可知拾取的倾角值是准确的，表明本发明是行之有效的。