專利名稱：一種提高垂直地震剖面成像質量的方法
技術領域：
本發明涉及石油物探技術，是垂直地震剖面(VSP)數據處理方
法，具體為提高垂直地震剖面成像質量的方法。
背景技術：
常規VSP資料處理通常包括初至拾取、速度反演、波場分離、成 像等。VSP資料的成像處理一般基于水平速度模型。然而，在反射界 面存在傾角的情況下，基于水平層狀速度模型進行VSP成像會使歸
位不準確。對這一問題通常的考慮是通過傾角時差校正或迭代成像來
解決。VSP數據的傾角時差校正方法是基于地下介質為單一均勻傾斜 層的假設，并且需要先由傾角測井或VSP資料獨立地估算出反射界 面的傾角來。VSP數據的迭代成像實際上隱含著對反射界面的傾角估
計(通過不斷修改速度模型來降低反射界面傾角對成像結果的影響)。 如果能在成像前獲得反射界面的傾角信息，則可以形成一個合乎邏輯
的VSP數據處理思路，即基于速度模型(反射層的幾何形態和速度 屬性)的VSP數據處理。
VSP的波場結構與反射界面的傾角緊密相關，因此，可通過VSP 數據來估算反射界面的傾角，用以修正速度模型，來提高VSP成像質量。
Kennett、 Wyatt等曾提出利用VSP資料基于解析公式估算反射 界面傾角的方法。這一方法實際上是通過測量兩個接收深度位置之間的傾角時差來計算反射界面傾角。隨后，Malloy、 N叩onen等將以一 道或兩道傾斜時差進行反射界面傾角估計變為以多道傾斜時差進行 反射界面的傾角估計，提高了傾角估算的準確性。但這類傾斜時差法 的理論基礎實際上是基于單層傾斜平反射界面，這意味著實際估計反 射界面傾角時要使用平均速度，沒有考慮到射線偏折的影響，使得估 算的反射界面傾角存在較大誤差。
為了避免使用平均速度對反射界面傾角估算結果的影響，Lins 等提出了基于層速度模型進行反射界面傾角估算的模型比較方法。以 零傾角作為層速度模型的初始估計值，計算射線從激發點傳播到接收 點的旅行時，再比較根據模型計算的旅行時與實際觀測的旅行時之 差，不斷調整模型的傾角估計值，直到旅行時差值達到給出的精度范 圍內。
為了減少反演計算的變量個數和反演過程中的多解性，Lins采 用所謂"剝層"法，從淺層到深層逐步進行反射界面的傾角估算。但 用"剝層"法反演深層反射界面的傾角時，淺層誤差會累積進去，使 得對于深層反射界面傾角的估算結果并不理想。另一方面，相比于初 至波旅行時， 一次反射波旅行時對于界面傾角的變化敏感，使用一次 反射波旅行時進行反射界面傾角反演結果會更精確。但在Lins的模 型比較方法中，由于進行比較的是射線旅行時間，這樣，多次波的干 擾及在界面附近下行直達波的干涉就會影響到一次反射波旅行時的 準確拾取，從而影響到反射界面傾角的反演成像結果。利用VSP數據估算反射界面傾角還有一類偏振測量法(Spencer 等)，通過對三分量VSP數據進行偏振分析估算出射線的傳播方向， 再由射線傳播方向和反射界面傾角的關系獲得反射界面的傾角。這一 方法估算反射層傾角的準確性受偏振測量誤差的影響很大。但由于波 場干涉的影響，要想準確確定波場的偏振方向并非易事。 發明目的
本發明目的是提供一種用修正速度模型，提高利用垂直地震剖面 成像質量的方法。
發明內容
本發明的具體實施步驟為
1、 在地表人工激發地震波，在井中放置地震波接收器串接收地 震波場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄VSP地震波波場；
2、 在零偏及非零偏VSP地震波波場數據上拾取不同接收點處的 下行縱波初至時間；
3、 對VSP地震波波場進行波場分離，得到實際觀測的反射波場;
4、 根據已知的聲波測井資料及零偏VSP下行縱波初至時間建立 無傾角的初始層速度模型；
步驟4)所述的建立無傾角的初始層速度模型為通過聲波測井資 料劃分層位，利用零偏VSP下行縱波初至時間反演各層速度。
5、 根據下式將非零偏VSP縱波初至時間外推至井旁點，獲得下
行波的時間場t(x，z):
/(x,= max{f(/z) - r(/z; x, z)}式中"L(h;X，Z)是用射線追蹤方法確定的下行波由深度h處接收
點到井旁點(x，z)的旅行時間，t(h)指非零偏VSP深度h處接收點下行
縱波初至時間，X指井旁點橫坐標，Z指井旁點縱坐標，h代表接收
點深度，t和T用來表示時間，max表示找到沿不同射線路徑所得一 系列t(h)與i;(h;x，z)時間差中最大者；
步驟5)所述射線追蹤過程采用的是對初始層速度模型用界面傾 角假設值cp修正后的層速度模型。
6、計算下行波時間場t(x，z)沿水平x和垂直z兩個方向上的偏導 數§和§，并根據下式來求取下行波射線角度a(x，z):
a(x，z) = arcsin
其中arcsin表示反正弦函數；
7、 利用下行波射線角度a(x，z)求取出上行波射線角度P(x，z):
風;c, z) = p + arcsm"j-^-f
式中Sin表示正弦函數。V。入射速度，Vp為反射速度；Cp為界 面傾角假設值，X、 Z分別為計算點處的水平坐標和垂直坐標。
步驟7)所述的入射速度，反射速度(Va、 Vp)是縱波(P)波
速度并且相等。
8、 利用下行波的時間場t(x，z)、上行波射線角度0(x，z)，采用射 線追蹤方法形成理論上行波場u"h，t);
9、 根據下式計算對應界面傾角cp時u"h，t)與u(h，t)的相關性度
量K(h，Cp)值式中利用了理論上行波場U"h，t)和實際觀測的反射波場 U(h，t)，其中h表深度，t為時間，(p為界面傾角，W表示3維實空間。
步驟9)所述的K(h，cp)是在近井范圍內沿依賴于u"h，t)的射線 路徑對上行波場u(h，t)求和。
10、 改變界面傾角的值cp，重復步驟5到步驟9，以獲取一系列
的對應不同界面傾角Cp的K(h，Cp)值；
11、 在一系列的K(h，(p)值中拾取最大，其所對應的界面傾角為 所要求取的井旁反射界面傾角；
12、 用井旁反射界面傾角值對步驟4中所得初始層速度模型進行 修正，利用修改后的帶有界面傾角信息的層速度模型進行垂直地震剖 面成像。
本發明通過外推下行縱波(P)波初至時間以獲得接收點附近上 行P波時間場的方法，可有效降低上覆地層對反射界面傾角估計結果 的影響和一次反射波旅行時拾取誤差對反射界面傾角估計結果的影 響，提高了利用垂直地震剖面成像質量。
圖1為用來產生理論VSP數據的二維構造模型。 圖2為根據圖1給出的模型所產生的理論三分量VSP上行波場。 圖3為傾角掃描結果。其中a為傾角掃描圖譜，b為根據振幅最 大準則在圖譜中所拾取的各反射層傾角值。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明。
在地表人工激發地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波
場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄VSP地震波波場。激發位置
包括零偏和非零偏兩種方式。
本發明實施例中使用的數據來自于一個二維構造模型。圖1給出
了該構造模型，圖2是根據這一模型所產生的理論三分量VSP上行 波場數據，炮點到井口的距離為IOOO米。
分別在所記錄的零偏和非零偏兩種數據中拾取下行縱波初至。然 后，通過聲波測井資料劃分層位，利用零偏VSP下行縱波初至時間 反演各層速度，建立無傾角信息的初始層速度模型，進行傾角掃描時 所采用的層速度模型數據如下表1所示；
序號X坐標 (m)Y坐標 (m)z坐標 (m)P波速 度(m/s)s波速 度(m/s)界面傾 角(° )
10.00.00.01750.00712.7300.0
20.00.0300.01800.00717.420.0
30.00.0700.02200.001044.800.0
40,00.01200.01900.00882.850.0
50.00.01800.02600.00914.150.0
60.00.02100.03000.00953.880.0
70.00.02400.03400.001024.560.0
表中的坐標代表層界面與井軌跡交點處的坐標值。
對非零偏VSP數據進行波場分離，以得到實際觀測的反射波場， 如圖2所示，根據圖1給出的模型所產生的理論三分量VSP上行波 場中的X、 Z分量。縱坐標為深度(米)，橫坐標為時間(毫秒)。
給出界面傾角的假設值cp，根據下式將所拾取的非零偏VSP初至時間外推至井旁點(x， z)處，以獲得下行波的時間場t(x，z): f (x， z) = max{/(/z) - x， z)}
式中x指井旁點橫坐標，z指井旁點縱坐標，h代表接收點深度，t 和t用來表示時間。"c(h;x，z)是用射線追蹤方法確定的下行波由深度h 處接收點到井旁點(x， z)的旅行時間，射線追蹤過程采用的是對初始 層速度模型用界面傾角假設值cp修正后的層速度模型；t(h)指非零偏 VSP深度h處接收點下行波初至時間；max表示找到沿不同射線路徑 所得一系列t(h)與T(h;x，z)時間差中最大者。
計算下行波時間場t(x，z)沿水平x和垂直z兩個方向上的偏導數 ^和^，并根據下式來求取下行波射線角度a(x，z):
or(;c,z) = arcsin
其中arcsin表示反正弦函數。
然后，依據Snell定律，利用下行波射線角度a(x，z)求取出上行波 射線角度P(x，z):
sin[p + "(x，z)]1 "(x， z) = p + arcsin〗~^-^-^
這里sin表示正弦函數。V。入射速度，Vp為反射速度；cp為界面傾角 假設值，x、 z分別為計算點處的水平坐標和垂直坐標。本實施例中 采用的是縱波波場，則V。、 Vp都是縱波速度并且相等。
利用上面得到的下行波的時間場t(x，z)、上行波射線角度P (x，z)， 采用射線追蹤方法形成理論上行波場u"h，t)。射線追蹤過程采用的 是對初始層速度模型用界面傾角假設值cp修正后的層速度模型。計算對應界面傾角假設值cp時U"h，t)與實際觀測的反射波場 U(h,t)的相關性度量K(h,Cp)值
式中h表深度，t為時間，cp為界面傾角，W表示3維實空間。這里，
K(h，cp)是在近井范圍內沿依賴于u"h，t)的射線路徑對上行波場u(h，t)求和。
改變界面傾角的假設值cp,重復上面的步驟，可以獲取一系列的對應 不同界面傾角假設值cp的K(h，cp)值，這里稱之為傾角掃描譜圖，如圖 3中a所示，圖中縱坐標為深度(米)，橫坐標為角度(度)。在傾角 掃描譜圖中最大振幅值位置處對應的傾角即為井旁反射界面的傾角。
最后，用依據振幅最大準則在傾角掃描譜圖中所拾取的各反射界 面傾角值(如圖3中b所示)對初始層速度模型進行修正，利用修改 后的帶有界面傾角信息的層速度模型進行垂直地震剖面成像。
本發明實施例中使用的數據來自于一個二維構造模型。圖1給出 了該構造模型，圖2是根據這一模型所產生的理論三分量VSP上行 波場數據，炮點到井口的距離為1000米。本發明使用圖2中的理論 上行波場數據及表1的層速度模型數據作為輸入，對反射界面的傾角 進行掃描。傾角掃描結果如圖3所示，其中a為掃描圖譜，b為根據 振幅最大準則在圖譜中所拾取的各反射層傾角值。將圖3中b所示的 傾角拾取結果和圖1給出的理論模型中各層傾角進行對比，可知拾取 的傾角值是準確的，表明本發明是行之有效的。
權利要求
1、一種提高垂直地震剖面成像質量的方法，其特征在于具體實施步驟為1)在地表人工激發地震波，在井中放置地震波接收器串接收地震波場信號，再由電纜傳到地面記錄儀器記錄VSP地震波波場；2)在零偏及非零偏VSP地震波波場數據上拾取不同接收點處的下行縱波初至時間；3)對VSP地震波波場進行波場分離，得到實際觀測的反射波場；4)根據已知的聲波測井資料及零偏VSP下行縱波初至時間建立無傾角的初始層速度模型；5)根據下式將非零偏VSP縱波初至時間外推至井旁點，獲得下行波的時間場t(x，z)<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>t</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munder> <mi>max</mi> <mi>h</mi></munder><mo>{</mo><mi>t</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>τ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>;</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo> </mrow>]]></math></maths>式中τ(h；x，z)是用射線追蹤方法確定的下行波由深度h處接收點到井旁點(x，z)的旅行時間，t(h)指非零偏VSP深度h處接收點下行縱波初至時間，x指井旁點橫坐標，z指井旁點縱坐標，h代表接收點深度，t和τ用來表示時間，max表示找到沿不同射線路徑所得一系列t(h)與τ(h；x，z)時間差中最大者；6)計算下行波時間場t(x，z)沿水平x和垂直z兩個方向上的偏導數 id="icf0002" file="A2008101167090002C2.tif" wi="3" he="5" top= "226" left = "29" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0003" file="A2008101167090002C3.tif" wi="5" he="5" top= "226" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>并根據下式來求取下行波射線角度α(x，z)<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>α</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mo>[</mo><mfrac> <mfrac><mrow> <mo>∂</mo> <mi>t</mi></mrow><mrow> <mo>∂</mo> <mi>x</mi></mrow> </mfrac> <msqrt><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><mi>t</mi> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><mi>x</mi> </mrow></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><mi>t</mi> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><mi>z</mi> </mrow></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths>其中arcsin表示反正弦函數；7)利用下行波射線角度α(x，z)求取出上行波射線角度β(x，z)式中sin表示正弦函數。Vα入射速度，Vβ為反射速度； id="icf0006" file="A2008101167090003C2.tif" wi="3" he="3" top= "70" left = "161" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為界面傾角假設值，x、z分別為計算點處的水平坐標和垂直坐標；8)利用下行波的時間場t(x，z)、上行波射線角度β(x，z)，采用射線追蹤方法形成理論上行波場 id="icf0007" file="A2008101167090003C3.tif" wi="17" he="5" top= "102" left = "93" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>9)根據下式計算對應界面傾角 id="icf0008" file="A2008101167090003C4.tif" wi="3" he="3" top= "114" left = "104" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>時 id="icf0009" file="A2008101167090003C5.tif" wi="14" he="5" top= "113" left = "114" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>與u(h，t)的相關性度量 id="icf0010" file="A2008101167090003C6.tif" wi="14" he="5" top= "124" left = "33" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>值式中理論上行波場 id="icf0012" file="A2008101167090003C8.tif" wi="14" he="5" top= "146" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和實際觀測的反射波場u(h，t)，其中h表深度，t為時間， id="icf0013" file="A2008101167090003C9.tif" wi="3" he="3" top= "159" left = "80" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為界面傾角，R3表示3維實空間；10)改變界面傾角的值 id="icf0014" file="A2008101167090003C10.tif" wi="4" he="3" top= "170" left = "87" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>重復步驟5到步驟9，以獲取一系列的對應不同界面傾角 id="icf0015" file="A2008101167090003C11.tif" wi="3" he="3" top= "181" left = "72" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的 id="icf0016" file="A2008101167090003C12.tif" wi="14" he="5" top= "179" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>值；11)在一系列的 id="icf0017" file="A2008101167090003C13.tif" wi="14" he="5" top= "190" left = "74" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>值中拾取最大，其所對應的界面傾角為所要求取的井旁反射界面傾角；12)用井旁反射界面傾角值對步驟4中所得初始層速度模型進行修正，利用修改后的帶有界面傾角信息的層速度模型進行垂直地震剖面成像。
2. 根據權利要求1所述的提高垂直地震剖面成像質量的方法， 其特征在于步驟4)所述的建立無傾角的初始層速度模型為通過聲波 測井資料劃分層位，利用零偏VSP下行縱波初至時間反演各層速度。根據權利要求1所述的提高垂直地震剖面成像質量的方法，其特征在于步驟5)所述射線追蹤過程采用的是對初始層速度模型用界面傾角假設值(P修正后的層速度模型。根據權利要求1所述的提高垂直地震剖面成像質量的方法，其特征在于步驟7)所述的入射速度，反射速度(V。、 Vp)是縱波(P) 波速度并且相等。根據權利要求1所述的提高垂直地震剖面成像質量的方法，其特 征在于步驟9)所述的K(h，cp)是在近井范圍內沿依賴于u"h,t)的射 線路徑對上行波場u(h，t)求和。
全文摘要
本發明是石油物探中提高垂直地震剖面成像質量的方法，在零偏及非零偏垂直地震剖面波場數據上拾取不同接收點處的下行縱波初至時間，建立無傾角的初始層速度模型，縱波初至時間外推至井旁點，獲得下行波的時間場，求取下、上行波射線角度利用下行波射線角度，采用射線追蹤方法形成理論上行波場，獲取一系列的對應不同界面傾角值，確定最大對應的界面傾角為所要求取的井旁反射界面傾角。本發明可有效降低上覆地層對反射界面傾角估計結果的影響和一次反射波旅行時拾取誤差對反射界面傾角估計結果的影響，提高利用垂直地震剖面成像質量。
文檔編號G01V1/28GK101630016SQ200810116709
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月16日 優先權日2008年7月16日
發明者侯愛源, 王寶彬 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