一種三維vsp數據初至波拾取方法
2023-06-09 21:50:01 3
專利名稱：一種三維vsp數據初至波拾取方法
技術領域：
本發明涉及地震勘探數據處理技術，是一種三維VSP數據初至波拾取方法。
背景技術：
在地震勘探中，波場最早到達的時間為初至時間，在VSP勘探中為下行縱波的到 達時間，該時間的準確拾取對於利用初至求取速度及各向異性參數和波場分離至關重要。目前在地震波初至拾取方面有很多方法，初至拾取一般採用能量比法、分形維法、 神經網絡法、互相關法等。能量比法是利用初至前後的地震能量特徵差異來進行拾取，首先 根據實際情況選擇合適的時窗長度，並根據自己定義的時窗長度把地震道分成許多個小時 窗，每個小時窗看成一個單位；然後對每個單元內的樣點求能量和；最後將後一單元的能 量和除以前一個單元的能量和並開平方，得到本樣點時間的能量比值，所有時間的最大能 量比值對應的為初至。能量比法實現簡單，但其拾取精度很難達到VSP資料處理的要求。VSP資料往往下行波能量最強，初至更易識別拾取，同時拾取的精度要求更高(小 於採樣率)，已有初至拾取技術均未考慮VSP資料的特點，自動拾取精度很難達到VSP資料 的要求。對於三維VSP數據的初至，如何快速識別誤差較大的初至是高效拾取的關鍵。
發明內容
本發明目的在於提供一種可避開背景幹擾，拾取精度高的三維VSP數據初至波拾 取方法。本發明具體步驟包括1)用地震勘探方法取得三維三分量VSP數據集，進行觀測系統定義、去除單頻幹 擾、振幅恢復、靜校正處理；2)抽取若干炮不同井源距的VSP數據，初步拾取其初至，形成每個觀測點深度的 初至時間與井源距關係表；步驟2、所述的井源距VSP數據包括最小井源距和最大井源距數據。3)對每一道數據，利用初至井源距關係表採用三次樣條插值出此道的先導初至
tp；4)採用一個大於零的時窗At，截取(tp-At) (tp+At)時間段的數據；5)對截取的數據進行三分量合成模數道處理，公式為；二，Xi, yi、Zi表示三分量VSP數據第i個樣點振幅值，Hii表示模數道第i個樣點振幅 值；6)根據精度要求確定新的採樣率，採用三次樣條算法按新採樣率把模數道數據重 採樣；步驟6)新的採樣率為0. 01-0. 1ms。7)採用以下公式計算模數道數據每個樣點的相鄰振幅差的乘積值dm」 dm,= (IHi-Hii^1)· Ov1Ii)，HIi表示模數道第i個樣點振幅值，dm,小於零的值為波峰，並找出其中的最大波峰值A ；8)用小於1的比例因子α，計算每一個波峰與A的比值，確定比值大於α的波峰， 其中的第一個波峰是初至後的第一個波峰，這個波峰值計為B ；9)用小於1的比例因子β，計算B之前的數據與B的比值，確定比值小於β的距 離B最近的一個樣點，對應的時間為拾取初至；10)重複⑶ (9)至全部三維VSP數據拾取；11)在炮集內利用相鄰深度初至時差輔助手動拾取初至；
步驟11)手動拾取初至方法如下計算相鄰深度初至時差Cltj，公式為=Cltj= (tj-tjj/(Clj-(V1)，、表示第j道初至， Clj表示第j道深度值。對Cltj做多道中值濾波後的值計為Cltmj,計算Δ tj = I dtmj-dtj |，用 允許時差範圍Δ T1判斷，當Δ、> AT1時，對應的初至進行手動重新拾取，直到全部Atj 小於AT1為止，將四條曲線At」、Cltmj, CltmrAT1, (Itm^AT1與道集繪製在一起，手動拾取 初至時，重新計算四條曲線並繪圖。上述步驟對dtj做中值濾波的道數為3-5道，允許時差範圍AT1為0. 02-0. Ims/ m012)對全部數據按井源距分組，在每個井源距內計算相鄰深度初至時差Cltj，公式 為d、= (W1)/(dj-dj^)，tj表示第j道初至，dj表示第j道深度值；對每一個深度的時 差值序列按大小排序，找到中間值meddt，用允許時差範圍Δ T2判斷，找出dt >meddt+AT2 或dt < meddt-Δ T2的初至，返回到步驟11)重新拾取初至；步驟12)井源距分組組距為50-200m，允許時差範圍Δ T2為0. 05-0. 2ms/m。13)對全部數據按炮檢水平方位進行分組，在每個炮檢水平方位組內把初至按井 源距從小到大排序，對每一個深度初至計算後一炮初至與前一炮的初至差dtu，公式為 Cltij = (t^.-ta^j)，表示第j深度道第i炮初至。找出Cltij < 0的初至，返回到步驟11 重新拾取初至；步驟13)按炮檢水平方位分組的方位角範圍為5-10°。14)對全部數據按接收點深度進行分組，在每個接收點深度內有地理坐標y、χ及 初至t三列數據，利用基於三角形的線性插值算法對(y，x，t)進行二元函數曲面擬合，形成 規則網格數據(Y，X，T)，對(Y，Χ，Τ)進行多道二維中值濾波處理得到化，父，1^)，計算泔=
T-Tml，用允許時差範圍ΔΤ3判斷，找出dT> Δ T3的初至，返回到步驟11重新拾取初至。步驟14)允許時差範圍ΔΤ3為20_100ms。本發明充分利用VSP資料的特性，通過內插先導初至進行約束並利用波峰比法進 行自動拾取，利用多域初至和相鄰深度(炮)初至差變化規律進行初至質量檢測。它具有 如下特點(1)利用先導初至確定拾取時窗的位置，波峰比法自動拾取，提高了初至拾取的準 確性和抗噪能力；(2)加密採樣的模數道數據波峰比法自動拾取，提高了拾取的精度；(3)多域利用相鄰深度(炮)初至時差和初至變化規律進行質量檢測，提高了拾取 的效率，確保每一道初至拾取精確可靠。
圖1三維VSP資料中抽取的不同井源距Z分量記錄；圖2三維VSP資料中抽取的不同井源距模數道拾取初至；圖3內插的先導初至與拾取初至比較；內插的先導初至(左)與拾取初至(右)；圖4波峰比法自動拾取初至示意圖；圖5炮集模數道內利用相鄰深度初至差輔助手動拾取初至；相鄰深度初至差進行3道中值濾波處理後，圖5-1有一道拾取不準確，初至線很難 判別，相鄰深度初至差很容易識別，圖5-2時差在0. 05ms/m以內，說明此炮初至拾取已達到 精度要求。圖6共井源距組內利用相鄰深度初至差進行質量檢測；圖7共方位角組內利用相鄰炮初至差進行質量檢測；圖8共深度點內進行初至質量檢測，圖8-1為二元函數曲面擬合處理後的共深度點初至T ；圖8-2為對圖8_1初至進 行(3，；3) 二維中值濾波處理後Tm;圖8-3x為|T_Tm|大於50ms對應的炮點位置。
具體實施例方式本發明是在三維VSP資料中先拾取若干不同井源距資料的初至，根據井源距插值 出待拾取資料的初至時間作為自動拾取初至的先導初至，依據先導初至截取時窗數據，三 分量數據合成模數道並加密重採樣數據，採用波峰比法自動拾取初至，在炮集內利用相鄰 深度初至時差輔助手動拾取，分別在共井源距組、共方位角組和共接收點深度平面內進行 初至質量檢測。本發明利用先導初至有效的控制了初至拾取的位置，避開了可能的大部分背景幹 擾，並通過模數道加密採樣處理，提高了拾取的精度，多域利用相鄰深度初至時差進行質量 監控，可獲得準確的初至時間，可將拾取的初至應用波場分離或其它處理解釋過程中。即利用三維VSP數據相同井源距具有相近初至的特點，先拾取若干不同井源距資 料的初至，三次樣條插值出全部資料的初至作為先導初至，先導初至前後時窗截取三分量 VSP數據，合成模數道並三次樣條插值加密採樣數據，採用波峰比方法進行自動拾取，然後 在多域利用初至和相鄰深度初至時差的變化進行質量監控，提高拾取的效率和精度。該方 法利用簡單的插值方法獲取先導初至提高了待拾取波形信息的抗幹擾性和自動拾取的效 率，模數道加密採樣提高了拾取的精度，多域質量檢測保證拾取的準確性，對於三維VSP資 料利用初至時間求取速度和波場分離具有重要意義。三維三分量VSP資料初至拾取的方法具體實施步驟為1)用地震勘探方法取得三維三分量VSP數據集(圖1)，進行觀測系統定義、去除 單頻幹擾、振幅恢復、靜校正處理；2)抽取若干炮不同井源距的VSP數據，包括最小井源距和最大井源距數據，拾取 其初至(圖幻，形成每個觀測點深度的初至時間與井源距關係表；3)對每一道數據，利用初至井源距關係表採用三次樣條插值出此道的先導初至 tp (圖 3)；
4)採用一個大於零的時窗At, At在20-100ms之間，截取(tp-At) (tp+At) 時間段的數據；5)對截取的數據進行三分量合成模數道處理；6)根據精度要求確定新的採樣率，新的採樣率為0. 01-0. 1ms，採用三次樣條算法 按新採樣率把模數道數據重採樣；7)採用以下公式計算模數道數據每個樣點的相鄰振幅差的乘積值dm」 dm,= (IHi-Hii^1) · Ov1Ii)，HIi表示模數道第i個樣點振幅值，dm,小於零的值為波峰，並找出其中 的最大波峰值A ；8)用小於1的比例因子α，計算每一個波峰與A的比值，確定比值大於α的波峰， 其中的第一個波峰是初至後的第一個波峰，這個波峰值計為B ；9)用小於1的比例因子β，計算B之前的數據與B的比值，確定比值小於β的距 離B最近的一個樣點，對應的時間為拾取初至(圖4)；10)重複(3) (9)至全部三維VSP數據拾取；11)在炮集內利用相鄰深度初至時差輔助手動拾取初至(圖5)，手動拾取初至方 法如下計算相鄰深度初至時差叫，公式為d、= (W1)/(dj-dj^)，tj表示第j道初至， Clj表示第j道深度值。對Cltj做多道中值濾波後的值計為Cltmj,中值濾波道數為3-5道， 計算Atj= Idtmj-dtjl，用允許時差範圍Δ T1判斷，八1\為0. 02-0. lms/m，當Δ t」> AT1 時，對應的初至進行手動重新拾取，直到全部Atj小於AT1為止，將四條曲線Atj、dtmj, Cltmj- Δ T1, dtm, Δ T1與道集繪製在一起，手動拾取初至時，重新計算四條曲線並繪圖。12)對全部數據按井源距分組(圖6)，組距為50-200m，在每個井源距內計算相鄰 深度初至時差叫，公式為d、= (W1) / (dj-dj^)，tj表示第j道初至，dj表示第j道深 度值；對每一個深度的時差值序列按大小排序，找到中間值meddt，用允許時差範圍△[判 斷，AT2 為 0. 05-0. 2ms/m，找出 dt > meddt+ Δ T2 或 dt < meddt- Δ T2 的初至，返回到步驟 11)重新拾取初至；13)對全部數據按炮檢水平方位進行分組(圖7)，方位角範圍為5-10°，在每個 炮檢水平方位組內把初至按井源距從小到大排序，對每一個深度初至計算後一炮初至與前 一炮的初至差Cltij,公式為=Cltij = (t^.-ta^j)，表示第j深度道第i炮初至。找出Cltij Δ T3的初至，返回 到步驟11重新拾取初至。本發明實施採集三維三分量VSP資料，共4222炮，處理後得到了較好的下行波初 至，說明了方法的可行性和實用性。具體實現步驟詳述如下(1)野外採用爆炸源激發，井深12米，藥量4公斤，80級井中三分量檢波器接收， 觀測井段6m 1210m，道距15. M米，炮線距220米，炮點距20m，激發的能量足夠強，資料 信噪比足夠高，下行縱波初至清晰(圖1)，完成三維三分量VSP數據採集；
(1)採用小折射觀測方式，通過拾取初至波完成表層速度解釋，建立工區表層速度 模型；(2)根據表層速度模型及給定的基準面高程，計算得到野外靜校正量，並應用於三 維VSP數據；(3)對三維VSP數據進行預處理(包括觀測系統加載，置道頭，去除單頻幹擾，幾何 擴散補償等)；(4)抽取井源距為 20m、400m、800m、1200m、1600m,2000m,2400m,2897m 的 VSP數據， 拾取其初至(圖幻，形成初至-井源距關係表；(5)讀取一道數據，由井源距及(4)得到的初至-井源距關係表三次樣條插值出此 道的先導初至(圖幻，根據先導初至前後各截取50ms三分量數據；(6)在計算時窗內進行三分量合成模數道處理；(7)給定新的採樣率0. 1ms，採用三次樣條插值算法把模數道數據重採樣；(8)計算模數道數據每個樣點的相鄰振幅差的乘積值，負值為波峰，尋找每一個波 峰時間值，並找出其中的最大波峰值A ；(9)給定比例因子α =0.25，計算每一個波峰與A的比值，找出比值大於0.25的 波峰，其中的第一個波峰是初至後的第一個波峰，這個波峰值計為B ；(10)給定比例因子β =0.05,計算B之前的數據與B的比值，找出比值小於0. 05 的距離B最近的一個樣點，對應的時間即為拾取初至(圖4)。(11)重複(5) (10)至到全部三維VSP數據拾取完畢；(12)給定允許時差範圍值0.05ms/m，對每一炮數據，在共炮集利用相鄰深度初 至時差輔助手動拾取初至(圖5)，方法如下計算相鄰深度初至時差d、，公式為=Cltj = (W1) / (dj-dj^)，tj表示第j道初至，dj表示第j道深度值。對叫做3道中值濾波後的 值計為Cltmj,計算Δ tj = I dtmj-dtj |，當Δ tj > 0. 05時，對應的初至進行手動重新拾取，直 到全部Atj小於0.05為止；(13)對全部數據按井源距進行分組，組距100m，給定允許時差範圍值0. 05ms/m, 在每個井源距內利用相鄰深度初至差進行質量檢測(圖6)，方法如下在每個井源距內 計算相鄰深度初至時差叫，公式為d、= (W1V(C^-CV1)，tj表示第j道初至，dj表 示第j道深度值；對每一個深度的時差值序列按大小排序，找到中間值meddt，找出dt > meddt+0. 05或dt < meddt-0. 05的初至，返回到步驟12重新拾取初至；(14)對全部數據按井炮檢方位角進行分組，角距5°，在每個方位角內利用相鄰 炮初至差進行質量檢測(圖7)，方位角範圍為5-10°，在每個炮檢水平方位組內把初至按 井源距從小到大排序，對每一個深度初至計算後一炮初至與前一炮的初至差dtu，公式為 Cltij = (t^.-ta^j)，表示第j深度道第i炮初至。找出Cltij 50ms的初 至，返回到步驟12重新拾取初至。
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權利要求
1.一種三維VSP數據初至波拾取方法，其特徵在於具體步驟包括1)用地震勘探方法取得三維三分量VSP數據集，進行觀測系統定義、去除單頻幹擾、振 幅恢復、靜校正處理；2)抽取若干炮不同井源距的VSP數據，初步拾取其初至，形成每個觀測點深度的初至 時間與井源距關係表；3)對每一道數據，利用初至井源距關係表採用三次樣條插值出此道的先導初至tp；4)採用一個大於零的時窗At，截取(tp-At) (tp+At)時間段的數據；5)對截取的數據進行三分量合成模數道處理，公式為:mt=Λ]χ 2 + γ 2+ζ 2，χ」 y」 Zi表示三分量VSP數據第i個樣點振幅值，Hii表示模數道第i個樣點振幅值；6)根據精度要求確定新的採樣率，採用三次樣條算法按新採樣率把模數道數據重採樣；7)採用以下公式計算模數道數據每個樣點的相鄰振幅差的乘積值Clmi,dm,= (IHi-Hii^1) · Ov1Ii)，Hii表示模數道第i個樣點振幅值，dm,小於零的值為波峰，並找出其中 的最大波峰值A ；8)用小於1的比例因子α，計算每一個波峰與A的比值，確定比值大於α的波峰，其 中的第一個波峰是初至後的第一個波峰，這個波峰值計為B ；9)用小於1的比例因子β，計算B之前的數據與B的比值，確定比值小於β的距離B 最近的一個樣點，對應的時間為拾取初至；10)重複(3) (9)至全部三維VSP數據拾取；11)在炮集內利用相鄰深度初至時差輔助手動拾取初至；12)對全部數據按井源距分組，在每個井源距內計算相鄰深度初至時差dtp公式為 dtj =，tj表示第j道初至，dj表示第j道深度值；對每一個深度的時差 值序列按大小排序，找到中間值meddt，用允許時差範圍Δ T2判斷，找出dt > meddt+ Δ T2或 dt < meddt-Δ T2的初至，返回到步驟11)重新拾取初至；13)對全部數據按炮檢水平方位進行分組，在每個炮檢水平方位組內把初至按井源距 從小到大排序，對每一個深度初至計算後一炮初至與前一炮的初至差dtu，公式為=Cltij = (tirt (^paij表示第j深度道第i炮初至。找出Cltij Δ T3的初至，返回到步驟11重新拾取初至。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟幻所述的井源距VSP數據包括最小 井源距和最大井源距數據。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟6)新的採樣率為0.01-0. Ims0
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟11)手動拾取初至方法如下計算相鄰深度初至時差叫，公式為d、= (W1V(Cl^V1)，tj表示第j道初至，dj 表示第j道深度值。對Cltj做多道中值濾波後的值計為Cltmj,計算Δ tj = I dtmj-dtj |，用允許時差範圍Δ T1判斷，當Δ、> AT1時，對應的初至進行手動重新拾取，直到全部Atj小 於AT1為止，將四條曲線At」、Cltmj, CltmrAT1, (Itmj^AT1與道集繪製在一起，手動拾取初 至時，重新計算四條曲線並繪圖。
5.根據權利要求1或4所述的方法，其特徵在於步驟6)對d、做中值濾波的道數為 3-5道，允許時差範圍Δ T1為0. 02-0. lms/m。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟1 井源距分組組距為50-200m，允 許時差範圍Δ T2為0. 05-0. 2ms/m。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟1 按炮檢水平方位分組的方位角 範圍為5-10°。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟14)允許時差範圍AT3*20-100ms。
全文摘要
本發明涉及地震勘探數據處理中拾取精度高的三維VSP數據初至波拾取方法。初步拾取初至，形成觀測點深度的初至時間與井源距關係表，採用三次樣條插值出此道的先導初至，採用三次樣條算法按新採樣率把模數道數據重採樣，計算模數道數據每個樣點的相鄰振幅差的乘積值，確定比值大於α的波峰，第一個波峰值，用小於1的比例因子β，計算B之前的數據與B的比值，確定比值小於β的距離B最近的一個樣點，對應的時間為拾取初至。本發明提高了初至拾取的準確性和抗噪能力，提高了拾取的精度和拾取的效率，確保每一道初至拾取精確可靠。
文檔編號G01V1/28GK102081167SQ20091024139
公開日2011年6月1日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者李彥鵬, 陳沅忠 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