Vsp记录的波场分离方法综述

VSP (Vertical Seismic Profiling) 即垂直地震剖面法, 该方法是在地表激发地震波, 再在沿井孔不同深度布置的多级多分量的检波器上进行观测。由于检波器通过井置于地层内部, 所以它不仅能接收到自下而上传播的上行纵波和上行转换波, 也能接收到自上而下传播的下行纵波及下行转换波, 甚至能接收到横波, 本文主要介绍三种不同的波场分离方法及试验效果对比。

1 常规非零井源距VSP数据的波场分离步骤

(1) 将水平分量X和Y旋转定向后得到相互正交的两个分量, 选取X Y分量确定平面内偏振的H P分量。

(2) 将H P分量与Z分量定向处理后得到两个分量, 一个是沿P波直达波方向的径向分量, 另一个是与该方向垂直的切向分量。

(3) 在径向分量上, 直达P波和上行P-S V波近似在同一偏振平面内, 其视速度方向相反。

(4) 在切向分量上, P波上行反射波和下行转换波近似在同一偏振面内, 且具有相反的视速度方向。

(5) 根据各分量视速度方向上的差异利用F-K等方法将上述4种波场进行分离, 得到上行P波和上行P-S V波。

2 基于纵横波偏振特性的VSP记录纵横波分离方法

尧德中等提出了将频率波数域中用体变系数表示的纵波 (或用协变系数表示的横波) , 在排斥横波 (或纵波) 的情况下, 用已知的位移场表示出来, 从而得到分离的纵波与横波。具体算法如下。

根据波场的线性性质和纵横波定义可知:

可见s只与横波u有关, 因而可用它来表示横波。

同样:

可见Q只与纵波有关, 因而可用它表示纵波。

对于以时空域方式给出的地震记录, 其中有一个空间坐标方向的导数是无法直接计算的, 为此, 需将式 (1) 、式 (2) 变换到波数域中。于是, 有:

式中:

显然, 式 (3) , 式 (4) 实际上反映了位移场每个傅氏频谱分量与纵波、横波每个频谱分量的关系, 而每个傅氏频谱分量又具有色散关系:

式中表示波的传播速度。式 (5) 可表示为:

其中可直接由对自变量Z作傅氏变换而得到。而可表示为

式中+、-号表示波的传播方向。若待分离的波是沿x的正向传播, 式 (7) 取负号, 反之取正号。将式 (6) 代入式 (3) 、式 (4) , 即得谱域的分离公式:

3 基于拉冬变换和偏振分析的联合波场分离方法

严又生等提出了用双曲拉冬变换 (H R T) , 再根据各种波型的r和P值, 即可将不同波型分离出来;由于常规拉冬变换不能很好地处理离散化和截断效应的影响, 因此在时间域采用最小平方反演的算法实现拉冬变换。

假定地震数据为d (x, t) , 其拉冬变换为m (p, τ) , 则它们之间有如下的关系:

为了方便, 将式 (1 1) 记为矩阵形式

称L为拉冬变换算子。为了克服离散化和截断效应对拉冬变换的影响, 可用最小平方反演算法求取双曲拉冬变换, 即建立目标函数:

其中:第二项为正则化, W为一权约束矩阵, 通常是一对角线矩阵, 为小量。要使目标函数达到最小, 通过求导可得方程组:

鉴于迭代加权最小平方算法 (IRLS) 具有良好的收敛特性, 因而可用此法来求解式 (14) 。

4 结语

(1) 从上述结果可以看出三维v s p数据波场分离方法效果明显。

(2) 波场分离仍是三维VSP数据处理的关键和重点, 它直接影响最终成果的可靠性和效果, 许多波场分离方法仍是套用常规V S P的处理方法, 而且多数处理工作实际上只使用了Z分量数据, 多分量的信息没有得到充分利用。

(3) 尽管VSP技术有诸多优点, 但占用井场时间长, 经费开支大, 接收器组合级数少, 叠加次数低, 而且处理流程不完善, 三维VSP技术尚未成为常规的勘探技术方法。进一步提高资料采集效率, 降低成本, 开发新的资料处理解释技术, 挖掘资料所蕴涵的实用价值, 是VSP技术常规化的基础和前提。

摘要：本文主要从波场分离出发总结了几种比较有效的处理方法, 针对VSP资料研究其处理方法, 形成合理处理流程, 对于提高VSP资料处理效果至关重要。

关键词：垂直地震剖面,上行波,下行波,波场分离,高分辨率

参考文献

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