斜井三维VSP方位校正_波场分离处理方法及应用

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󰀁

斜井三维VSP方位校正、波场分离处理方法及应用

王立娟,赵俊省,黄志煌

(成都理工大学,油气藏地质及开发工程国家重点实验室,地球探测与信息技术教育部重点实验室,四川成都　610059)

　　摘　要:有效地分离上行波和下行波是VSP资料处理的一项基本任务,为了得到径向R分量和切向T分量的波场还要首先要对水平分量记录进行坐标旋转。本文介绍了三维VSP坐标旋转理论和中值滤波方法,并用该方法对理论模型及实际数据进行上下行波波场分离处理,得到的较好的分离效果表明选择正确方法的重要性。

关键词:斜井三维VSP;上下行波场分离;坐标旋转;中值滤波

　　中图分类号:P315.73　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2010)01—0001—03　　垂直地震剖面(VSP)资料所包含的信息十分丰富,几乎可以观测到地震勘探中的各种波。在地面地震中,检波器置于地面,除沿地表传播的直达波和面波外,只能接收到来自地下的上行波;在垂直地震剖面中,检波器置于井的内部,能同时接收到上行波和下行波,同时由于地震反射波传播少经过一次地表低降速带,而且传播距离短,能量衰减少,在井旁一定范围内有更高的空间分辨率。VSP资料中包含的上行波和下行波互相重叠在一起,因此有效地分离上行波和下行波是VSP资料处理的一项基本任务。

在三维地震勘探中,由三分量检波器分别接收Z、X、Y三分量资料。其中Z分量为为纵波,X和Y分量为转换波。在井中进行VSP三分量资料采集时,若井为直井,检波器的的垂直分量为铅垂向下;若井为斜井,则检波器的垂直分量沿着井的轨迹方向,两个水平方向无法事先获知,因此要得到斜井VSP地震记录的真正垂直、径向和切向三分量,使转换波的能量达到最强,不管三维多分量地震勘探采用何种作业方式,在室内处理中,就要首先对水平分量检波器方位进行确定,然后进行方位校正处理。

本文通过计算水平分量方位角对检波器进行方位定向,再对三个水平分量同时进行坐标旋转进行旋转校正,将采集到的地震数据处理为垂向、径向和切向三分量记录,最后对旋转之后的数据进行中值滤波处理,分离出上下行波场。1　坐标旋转

1.1　基本方法原理

在海上多分量地震勘探中,作为接收点检波器的的水平分量方位是随机的,其相对于径向方向(炮点至检波点连线方向)间的夹角在360°范围内变化,由于水平分量方位角的存在,同样的地下反射波场

󰀁

所接收到的记录会在振幅和相位上出现差别很大的非一致性随机变化,因此要对水平分量检波器方位进行确定,进而进行方位校正处理。1.2　直井VSP坐标旋转原理

在直井VSP资料采集时,检波器垂直方向一般为铅垂向下,通常利用两个水平分量计算水平分量方位角并实现水平分量旋转。

图1　水平分量检波器方位旋转校正示意图

如图所示:点S和R分别为炮点和检波点;X,Y代表检波器X,Y分量位置;x',y'表示径向(炮点连线方向)和切向方向;󰀁为检波器水平X分量与x轴夹角;󰀂为径向x'与y轴夹角。根据以上关系可得:

-ycos󰀂(1)x'=xsin󰀂

(2)y'=xcos󰀂+ysin󰀂

将　x=Xcos󰀁-Ysin󰀁(3)

+Ycos󰀁(4)y=-Xsin󰀁

带入(1)(2)得:

]+Y[sin󰀂sin󰀁-x'=X[sin󰀂cos󰀁+cos󰀂sin󰀁

](5)cos󰀂cos󰀁

收稿日期:2009-08-14

作者简介:王立娟(1983-),女,吉林长春人,汉族,硕士,主要从事多波波场分离,斜井三维VSP上下行波场分离方面

的研究。2

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2010年第1期　

ct=xsin󰀂-ycos󰀂cv=-z

(18)(19)

-sin󰀂sin󰀁]+Y[cos󰀂y'=X[cos󰀂cos󰀁sin󰀁+

](6)sin󰀂cos󰀁

由和差公式得:

)-Ycos(󰀂+󰀁)(7)x'=Xsin(󰀂+󰀁

)-Ysin(󰀂+󰀁)(8)y'=Xcos(󰀂+󰀁

公式中󰀂可由炮点坐标和检波点坐标求得,󰀁则需根据径向和切向分量波场能量分配来求。设ux,uy,ur,ut分别为检波器X,Y分量及旋转后径向和切向分量波场,有

)-uycos(󰀂+󰀁)(9)ur=uxsin(󰀂+󰀁

)-uysin(󰀂+󰀁)(10)ut=uxcos(󰀂+󰀁

在方位旋转后,切向分量上的直达波能量将达

󰀁u2t

到最小值,故󰀁󰀁,可求得水平分量方位角󰀁。最后由公式(5)(6)完成坐标旋转转换关系。2.3　斜井VSP坐标旋转

在斜井中进行VSP三分量资料采集时,检波器的垂直方向一般沿井迹的方向,此时计算水平分量方位角需要利用X、Y、Z三个分量,要获得地震记录的垂直、径向和切向三个分量也必须对检波器的三个分量同时进行坐标旋转。

图3　旋转后,三分量坐标示意图

图2　检波器三分量与坐标转换示意图

如图2所示:c1、c2、c3为检波器接收到的三个分量,其中c1、c2为两个水平分量(方向任意);c3为垂直分量(方向沿井迹方向)。,u1、u1与c1的夹角为󰀁u2与c1、c2在同一个平面内,u3与c3同方向。根据图中三角关系建立c1、c2、c3和u1、u2、u3之间的关系得:

u1=c1cos󰀁+c2sin󰀁(11)u2=-c1sin󰀁+c2cos󰀁(12)

(13)u1=c3

设u1、u2、u3的方向余弦为(k1,k2,k3),(l1,l2,l3),(n1,n2,n3),则u1、u2、u3和x,y,z轴之间的关系为:

(14)x=k1u1+k2u2+k3u3

(15)y=l1u1+l2u2+l3u3

(16)z=n1u1+n2u2+n3u3

如图3所示:点S和R分别为炮点和检波点,,分别表示径向(炮点连线方向)和切向方向,为x轴与轴夹角,根据图中三角关系有:

cr=xcos󰀂+ysin󰀂(17)将(11)(12)(13)(14)(15)(16)式代入(17)

(18)(19)式,最后得到cr,ct,cv同c1,c2,c3的关系,公式中󰀂可由炮点坐标和检波点坐标求得,只有水平分量󰀁未知。设u1,u2,u3,ur,ut,uv分别为检波器X,

切向和垂向分量波场,按Y,Z分量及旋转后径向、

照以上推导公式可建立类似的u1,u2,u3,ur,ut,uv之间的能量关系。根据斜井三分量直达波能量分配关系:零偏移距VSP中直达波能量主要其中在垂向分

2󰀁vv

量上,有,求出󰀁;非零偏移距VSP资料中,直达波

󰀁󰀁在径向分量和切向分量上的能量差达到极大值,有

2

󰀁(v2r-vt

。󰀁󰀁,可求出󰀁

3　中值滤波

3.1　基本方法原理

中值滤波是一种非线性滤波,在地震资料处理中特别适用于噪声特性不很了解或者噪声与信号频谱范围重叠的情况。同时它不需要变换坐标系,其波场信息的畸变程度不大,在VSP地震资料处理中可以发挥其自身的优点。

中值滤波的数学过程如下:󰀁输入(xj-(n-1)/2,…,xj,…,xj+(n-1)/2,即以xj为中心的n个数值;󰀂求取中值(xj-1,…,xj+(n-1)/2,…,xj,即输入的n个样值按大小重新排序; 输出xj+(n-1)/2,即找到重新排序后中间位置的数。

中值滤波在地震资料处理中有多种应用,用于分离VSP上下行波过程如图4所示。

第一步:静态时移与排齐。将初始数据按照使初至时间校正到相等原则进行时移,使下行波按照时间方向排齐。

第二步:沿时间方向进行中值滤波。这时排齐的下行波得到增强,而倾斜方向的上行波大大削弱。

第三步:将中值滤波的结果按原来的时移时间反向时移。

第四步:从初始数据中减去下行波,得到上行波,完成VSP上下行波波场分离。波场分离处理方法及应用　2010年第1期　　　王立娟等　斜井三维VSP方位校正、

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图4　中值滤波步骤示意图

图5　理论模型进行中值滤波

3.2　理论模型处理业出版社,1988.

本文用射线追踪方法模拟六层水平VSP地震[3]　傅旦丹,刘一峰.等海上多分量地震勘探水平记录,并对其用中值滤波方法进行波场分离,得到了分量方位校正[J].石油物探,2003,42(4):460较好的分离效果。～468.4　结束语[4]　刘洋,魏修成,等.斜井VSP三分量检波器定

本文针对斜井VSP三维地震资料的方位校正向方法[J].石油地球物理勘探,2008,43(1):和上下行波波场分离问题,介绍了相应的方法原理,34～40.并运用该方法原理对理论模型和实际地震资料进行[5]　严又生,等.三维三分量VSP数据处理方法及处理,获得了较好的校正和波场分离效果,为后面的效果[J].石油地球物理勘探,2005,40(1):18动校正及速度分析等一系列处理奠定了良好基础。～24.

[参考文献][6]　ZhuX,AltanS,LiJ.Recentadvancesin

[1]　李录明,李正文.地震勘探原理、方法及解释multi2componentprocessing[J].The

[M].成都理工大学出版社,2005.LeadingEdge,1999,18(11):1283～1288.[2]　朱光明.垂直地震剖面方法[M].北京:石油工

TheProcessingMethodsandApplicationofOrientationCorrectionand

WavefieldSeparationinDeviated3D-VSP

WANGLi-juan,ZHAOJun-sheng,HUANGZhi-huang

(CollegeofInformationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,StateKeyLab.ofOilandGasReservoirGeologyandExploration,KeyLab.ofEarthExplorationandInformationTechnology,Chengdu,610059)

Abstract:Theseparationofupanddown-goingwaveisabasictaskinVSPdataprocession.ItisnecessarytoorientationdeterminationandcorrectionofhorizontalcomponentforgettingradialdirectionRandtangentialdirectionT.Thearticleintroducesthetheoryofcoordinaterotationandthemethodsofmedianfilter,andfinallytheauthorprocessesthetheoreticalrecordandactualdatausingthem.Thebetterprocessingresultshasverifiedthevalidityandimportanceofselectingcorrectcoordinaterotationtheoryandwavefieldseparationmethod.

Keywords:Deviated3D-VSP;UpandDown-goingWavefieldSeparation;CoordinateRotation;MedianFilter