一种地震剖面资料处理中基于参数反演的VSP波场分离方法

摘要

本发明提供了一种基于参数反演的VSP波场分离方法，属于垂直地震剖面资料处理领域。本发明不考虑各向异性的影响，假定在深度范围内的P波和SV波的速度和入射角是恒定的，波场是由P波和SV波构成的，建立各个检波点的波场重构方程，反演出P波和SV的速度和入射角，计算出P波和SV波的波形，通过波场重构达到波场分离的目的。本发明采用参数反演的方法，通过波场重构对VSP资料进行分离，能很好地分离存在严重混波现象的VSP资料，分离结果的信噪比高、分辨率高、保真度高且波场单一。

主权项

1.一种基于参数反演的VSP波场分离方法，其特征在于，所述方法首先进行三分量垂直地震剖面资料分析，确定P波和SV波的速度和入射角范围；然后建立各个检波点的波场重构方程，再利用反演算法得出P波和SV波的速度和入射角；然后重构P波和SV波的波形，实现波场分离所述方法包括以下步骤：(1)三分量VSP资料分析：包括偏振分析和速度分析，得到P波和SV波得速度和入射角，P波的入射角即为P波偏振角；(2)水平分量旋转：根据计算的P波偏振角，将水平分量旋转到炮检和垂直于炮检的方向；(3)时移量计算：计算各个检波点相对于中心检波点在频率域的时移量；(4)建立波场重构方程：建立各个检波点波场重构方程；(5)参数反演：反演出波场参数；(6)波场重构：重构波场的P波和SV波波形所述方法在所述步骤(1)之前包括如下设定步骤：①VSP资料中每个深度点的记录是由上行P波、下行P波、上行SV波以及下行SV波波场构成，其有着各自的传播速度、入射角以及波形；②同一深度段内检波点记录的同类型波场具有相同的传播速度、入射角以及波形所述步骤(1)中，所述偏振分析包括以下步骤：(11)井下检波器的定位：在三分量VSP资料采集过程中，各个检波点的x、y 分量的方向是不固定的，设主偏振方向与x分量的夹角为也就是检波器的旋转方位角P波的振动轨迹应该在主偏振轴所处的直线上，该直线方程为：实际记录的波场信号可能偏离主偏振轴，选择单纯P波或者SV波的时窗，时窗内记录点(x_i，y_i)到主偏振轴的距离为：引入目标函数：采用最大似然估计方法，使目标函数(3)最小化，可得到如下关于主偏振主轴方位的解析表达式：通过前面对井下检波器的定位，得到检波器的旋转方位角合成出VSP的水平径向分量x_r和切线分量y_t：所述步骤(1)中的速度分析的步骤如下：拾取VSP各个波场的同相轴，两个记录点之间的相速度v_phi＝Δh/Δt，Δh为两个记录点之间的深度差，Δt为两个记录点之间的时间差，而层速度v＝v_phi*cos(ψ)，ψ为波场的偏振角；步骤(2)，将xy水平分量旋转到水平径向方向和切线方向，即炮检和垂直于炮检的方向，合成出水平径向分量x_r和切线分量y_t；所述步骤(3)时移量计算的公式为： (6)式中，Z_m为m检波点的深度，Z为中心检波点的深度，v_p为P波波速，v_s为SV波波速，ω为角频率，为第m个检波器P波波场相对于中心检波器P波波场在频率域的时移量，为第m个检波器SV波波场相对于中心检波器SV波波场在频率域的时移量，ψ_P为P波的偏振角，ψ_s为SV波的偏振角；所述步骤(4)中的波场重构方程为：(7)式中，u^*(m，ω)代表同一深度段内第m个检波器的波场，h_p为P波偏振方向，h_s为SV波偏振方向，u_p(ω)为中心检波器的P波波场，u_s(ω)为中心检波器的SV波波场；其中，所述步骤(5)包括：(51)将(7)式的波场重构方程简化为：u^*(m，ω)＝a_pu_p(ω)+a_su_s(ω)    (9)其中，公式(10)中，M₁表示的是第M₁个检波点，第M₁个检波点是位于这个深度段最上面的检波点，即在中心检波点上方有M₁个检波点；M₂表示的是第M₂个检波点，第M₂检波点是位于这个深度段最下面的检波点，即在中心检波器下方有M₂个检波点；(52)计算实际波场与重构波场的均方根误差，计算公式为：最后要得到的波场参数要使均方根误差达到最小；(53)对a_p、a_s进行正交化处理：v₁＝a_p    ||v₁||²＝L                    (12)实际波场与重构波场的均方根误差最小被看作重构波场在所有有效频率的能量最大；(54)建立目标函数：其中，u(ω)为实际波场，u^*(ω)为重构波场，v₁和v₂表示a_p和a_s的正交化向量(55)求解(13)式目标函数最大值，求得v_p、v_s、ψ_P、ψ_s；所述步骤(6)中，重构波场的P波波形为：重构波场的SV波波形为：。