一种三维垂直地震剖面反射波拉伸校正方法

摘要

本发明公开了一种三维垂直地震剖面反射波拉伸校正方法，根据零偏移距（或近偏移距）与远偏移距垂直地震剖面反射波速度确定零偏移距道（近偏移距）与远偏移距道反射点的对应关系，选取一定的时窗，采用最小平方法，进行最佳逼近，求取反算子，并将反算子应用到相应的远偏移距垂直地震剖面道上，消除拉伸畸变对反射波成像的影响。本发明可以使得浅层以及远偏移距拉伸较大的同相轴得到校正，有效改善成像的分辨率，提高三维垂直地震剖面反射成像的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及地球勘探技术，属于地震资料处理过程中反射波校正的技术 领域，具体涉及一种三维垂直地震剖面反射波拉伸校正方法。

背景技术

垂直地震剖面(VSP)是一种井中地震观测技术。与地面地震相比，垂直 地震剖面资料的信噪比高，分辨率高，波的运动学和动力学特征明显。垂直 地震剖面技术提供了地下地层结构同地面测量参数之间最直接的对应关系， 可以为地面地震资料处理解释提供精确的时深转换及速度模型，为零相位子 波分析提供支持。

国内外石油工业界从20世纪80年代就开始了对VSP技术的大量研究开 发工作，在井旁精细构造成像、井旁断层识别、井旁地层岩性描述、地震波 衰减、速度各向异性以及孔隙压力预测和孔隙度估算等方面取得了许多实际 的应用效果。进入90年代，VSP数据采集方式明显增多，为适应不同的地 质目的，设计出了各种各样的观测系统，从零偏VSP到非零偏VSP，再到多 方位VSP、多偏移距VSP和变偏VSP，直至三维垂直地震剖面(3DVSP)。这 些新的观测方式，为储层预测和描述（精细构造特征、岩性、孔隙度、各向 异性、地层弹性参数等研究）提供了有利的支持。

对于三维垂直地震剖面（3DVSP）观测资料，由于地震子波在不同偏移 距、不同深度存在较大差异，导致地下任何点的反射在利用共检波点道集成 像过程中在时间方向都存在着拉伸畸变，降低了三维垂直地震剖面反射波成 像的分辨率。目前，由于缺少针对三维垂直地震剖面资料有效的子波校正手 段，在进行三维垂直地震剖面资料处理时，对于拉伸严重的浅层远偏三维垂 直地震剖面资料常常采用切除的方式进行处理。

发明内容

本发明的目的是，提供一种三维垂直地震剖面反射波拉伸校正方法，以 消除地震子波对反射波的拉伸畸变影响，特别是解决拉伸畸变效应造成的远 偏移距资料频率大大降低的问题。

本发明根据三维垂直地震剖面数据中零偏移距（或近偏移距）与远偏移 距反射波的速度确定零偏移距道（或近偏移距道）与远偏移距道的反射点的 对应关系，选取一定的时窗，采用最小平方法，进行最佳逼近，求取反算 子，并将反算子应用到相应的远偏移距垂直地震剖面（VSP）道上，消除拉 伸畸变对反射波成像的影响。

本发明具体技术方案是，一种三维垂直地震剖面反射波拉伸校正方法， 其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，数据选择

对三维垂直地震剖面观测资料中的共检波点道集资料进行分析，如果存 在零偏移距道，选出零偏移距垂直地震剖面反射波的速度资料，如果不存在 零偏移距道，选出近偏移距垂直地震剖面反射波的速度资料代替零偏移距垂 直地震剖面反射波的速度资料；

步骤2，确定反射点对应关系

如果步骤1中选取的是零偏移距垂直地震剖面的反射波速度资料，利用 选中的零偏移距垂直地震剖面的反射波速度资料与共检波点道集上的远偏移 距垂直地震剖面的反射波速度资料，建立零偏移距道与远偏移距道反射点的 对应关系，其反射波时距曲线方程为：

$t^2=t_0^2+\frac{x^2}{v^2}---\left(1\right)$

其中，t为反射波旅行时，t₀为零偏移距反射波旅行时，v为反射波在地 面到地下某一反射层H之间的平均传播速度，x为炮点位置；

求解公式（1）可得

$t=\sqrt{t_0^2+\frac{x^2}{v^2}}---\left(2\right)$

即确立了零偏移距道与非零偏移距道反射点的对应关系；

如果步骤1中选取的是近偏移距垂直地震剖面的反射波速度资料，利用 选中的近偏移距垂直地震剖面的反射波速度资料与共检波点道集上的远偏移 距垂直地震剖面的反射波速度资料，建立近偏移距道与远偏移距道的反射点 的对应关系，其反射波时距曲线方程为：

$\left(\begin{array}{c}{t}_1^2=t_0^2+\frac{x_1^2}{{v_1}^2}\\ t_n^2=t_0^2+\frac{x_n^2}{{v_n}^2}\end{array}\right)---\left(3\right)$

其中，t₁为近偏移距反射波旅行时，x₁为其相对应炮点位置，v₁为近偏移 距的平均速度；t_n为第n道非零偏移距反射波旅行时，x_n为其相对应炮点位 置，v_n为第n道非零偏移距的平均速度。

由上式，可得

$t_1^2-\frac{x_1^2}{v_1^2}=t_n^2-\frac{x_n^2}{v_n^2}---\left(4\right)$

由于垂直地震剖面(VSP)成像范围较小，在垂直地震剖面(VSP)成像范围 内（即最大井源距范围的一半），针对地下某一反射界面，可忽略成像范围 内的速度横向变化，则

v₁=v_n               （5）

由公式（2）、（4）可得

$t_n=\sqrt{t_1^2+\frac{x_n^2-x_1^2}{v_1^2}}---\left(6\right)$

即确立了近偏移距道与非零偏移距道反射点的对应关系；

步骤3，反算子计算

根据步骤2确立的零偏移距道或近偏移距道与非零偏移距道反射点的对 应关系，选取一定的时窗范围，采用最小平方法，计算反算子，具体方法 是：

设计反算子f(t)，使实际和期望输出之间的最小平方误差最小，定义误 差L为

$L=\underset{t}{\Sigma }{(d_t-y_t)}^2---\left(7\right)$

其中d_t为期望输出，y_t为实际输出；t为每道记录的时间；

实际输出是反算子与输入的褶积，即有

y_t=∑f_τx_t-τ           （8）

将式（8）带入式（7），得

$L=\underset{t}{\Sigma }{(d_t-\underset{\tau }{\Sigma }{f}_{\tau }{x}_{t-\tau })}^2---\left(9\right)$

取其偏导数，令其为零，得到方程

$\frac{\partial L}{{\partial f}_i}=-2\underset{t}{\Sigma }{d}_t{x}_{t-i}+2\underset{t}{\Sigma }\left(\underset{\tau }{\Sigma }{f}_{\tau }{x}_{t-\tau }\right)x_{t-i}=0---\left(10\right)$

其中，i为1,2,3,…,n；

利用Levinson递归算法解上述方程，可得到反算子f(t)；

步骤4，远偏移距VSP道校正

按照公式

y′_t=f^-1(t)*y_t            （11）

计算出修正后的输出y′_t，用修正后输出y′_t代替实际输出y_t，即完成了远 偏移距VSP道的校正。

进一步，所述近偏移距是指，偏移距在100米范围之内的道集。

进一步，所述远偏移距是指，偏移距在100米到最大井源距的一半范围 内的道集。

进一步，所述近浅层是指，根据拉伸率计算公式 $\rho =\frac{{\mathrm{dt}}_0}{\mathrm{dt}}=\frac{\sqrt{{(2H-z_v)}^2+{(x_s-x_w)}^2+{(y_s-y_w)}^2}}{2H-z_v},$当拉伸率大于1.3时对应的深度。

本发明的有益效果是：利用三维垂直地震剖面中的零偏移距（或近偏移 距）资料对远偏移距的反射波进行校正，可以使得浅层以及远偏移距拉伸较 大的同相轴得到校正，有效改善成像的分辨率，提高三维垂直地震剖面反射 成像的质量。有效地消除地震子波对反射波的拉伸畸变影响，特别是解决拉 伸畸变效应造成的远偏移距资料频率大大降低的问题。本发明有效利用零偏 移距道（或近偏移距道）资料的高精度的特点，并用其校正远偏移距道的资 料，相比现有技术中采用切除的方式进行处理，无论成像精度和资料信噪比 都得到了大大提高。

附图说明

图1是本发明的技术流程图；

图2是垂直地震剖面反射波传播示意图；

图3a为原始共检波点道集数据图；

图3b为校正后的共检波点道集数据图；

图4a为图3a的A部分的局部放大图；

图4b为图3b的A’部分的局部放大图；

图5a为图3a的B部分的局部放大图；

图5b为图3b的B’部分的局部放大图；

图6a是反射子波校正前垂直地震剖面水平叠加（VSPCDP）的效果图；

图6b是反射子波校正后垂直地震剖面水平叠加（VSPCDP）的效果图。

其中：O-井口，X-炮点位置，h-检波点位置，H-地下某一反射层，R-反 射点位置。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明。

实施例1。

图1出示了本发明的技术流程。

具体步骤是：

（一）确定零（近）偏移距与远偏移距的反射点关系

其方法具体是：

如图2所示VSP反射波传播示意图，O为井口，X为炮点位置，h为检波点 位置，H为地下某一反射层，R为反射点位置。设反射波旅行时为t，零偏移 距反射波旅行时为t₀，从地面到地层H的平均速度为v，则VSP反射波时距曲 线方程为

$t^2=t_0^2+\frac{x^2}{v^2}---\left(1\right)$

求解公式（1）可得

$t_n=\sqrt{t_1^2+\frac{x_n^2-x_1^2}{v_1^2}}---\left(2\right)$

但是，在实际处理过程中，常常用近偏移距道近似代替零偏移距道。

对于近偏移距道与非零偏移距道，有

$\left(\begin{array}{c}{t}_1^2=t_0^2+\frac{x_1^2}{{v_1}^2}\\ t_n^2=t_0^2+\frac{x_n^2}{{v_n}^2}\end{array}\right)---\left(3\right)$

其中，t₁为近偏移距反射波旅行时，x₁为其相对应炮点位置，v₁为近偏移 距的平均速度；t_n为第n道非零偏移距反射波旅行时，x_n为其相对应炮点位 置，v_n为第n道非零偏移距的平均速度。

由上式，可得

$t_1^2-\frac{x_1^2}{v_1^2}=t_n^2-\frac{x_n^2}{v_n^2}---\left(4\right)$

由于VSP成像范围较小，在VSP成像范围内（即最大井源距范围的一 半），针对地下某一反射界面，可忽略成像范围内的速度横向变化，则

v₁=v_n      （5）

由（3）、（4）可得

$t_n=\sqrt{t_1^2+\frac{x_n^2-x_1^2}{v_1^2}}---\left(6\right)$

即确立了近偏移距道与非零偏移距道反射点的对应关系。

（二）反算子计算

根据近偏移距道与非零偏移距道反射点的对应关系，选取一定的时窗范 围，采用最小平方法，计算反算子。

设计反算子f(t)，使实际和期望输出之间的最小平方误差最小，定义误 差L为

$L=\underset{t}{\Sigma }{(d_t-y_t)}^2---\left(7\right)$

其中d_t为期望输出，y_t为实际输出。

实际输出是反算子与输入的褶积，即有

y_t=∑f_τx_t-τ   （8）

带入式（6），得

$L=\underset{t}{\Sigma }{(d_t-\underset{\tau }{\Sigma }{f}_{\tau }{x}_{t-\tau })}^2---\left(9\right)$

取其偏导数，令其为零，得到

$\frac{\partial L}{{\partial f}_i}=-2\underset{t}{\Sigma }{d}_t{x}_{t-i}+2\underset{t}{\Sigma }\left(\underset{\tau }{\Sigma }{f}_{\tau }{x}_{t-\tau }\right)x_{t-i}=0---\left(10\right)$

利用Levinson递归算法解上述方程，可得到反算子f(t)。

（三）远偏移距VSP道校正

将计算出的反算子f(t)作用于远偏移距VSP道，即

y′_t=f^-1(t)*y_t    （11）

即完成了远偏移距VSP道的校正。

试验验证

使用本方法对大庆地区B2-1-031井的3DVSP资料进行了反射子波校正处 理，获得了较好的效果，检验了方法的正确性、有效性和稳定性。反射子波 校正前后对比如图3a、图3b，图4a、图4b，图5a、图5b、图6a、图6b所示。 从图中可以看出，反射子波校正处理后，浅层拉伸较大的同相轴得到校正。 通过3DVSP反射波拉伸校正，可以使得浅层（根据拉伸率计算公式 $\rho =\frac{{\mathrm{dt}}_0}{\mathrm{dt}}=\frac{\sqrt{{(2H-z_v)}^2+{(x_s-x_w)}^2+{(y_s-y_w)}^2}}{2H-z_v},$当拉伸率大于1.3时对应的深度都可以 作为浅层深度）以及远偏移距（最远范围不能超过最大井源距的一半）拉伸 较大的同相轴得到校正，拉伸效应得到压制，道集质量和VSPCDP成像质量 均得到改善，有效改善并提高了成像的分辨率。经过本方法处理后，拉伸率 20%以内的反射点均能够得到较好的校正。