各向异性VSP各向异性矢量波场分离方法研究及其应用

vsp 时间:2021-02-19 阅读:()

年月第卷增刊

·犞犛犘技术· 文章编号增刊

犞犛犘各向异性矢量波场分离方法研究及其应用

孙赞东①② 李强①② 孙文博①② 白海军①②

①中国石油大学北京地质地球物理综合研究中心北京昌平

②中国石油大学北京油气资源与探测国家重点实验室北京昌平

孙赞东李强孙文博白海军犞犛犘各向异性矢量波场分离方法研究及其应用石油地球物理勘探

增刊 

摘要本文介绍了一种基于各向异性介质假设的非零井源距三维三分量矢量波场分离方法。该方法

将经过一次旋转的共炮点数据使用非线性约束算法反演求得检波点附近的各向异性参数根

据介质的各向异性性质计算每个波场上、下行纵波和上、下行横波的传播角度、慢度和极化矢量。在频率域

使用正则化的最小广义逆算法求出每种波的傅里叶振幅分量再反变换到时间域得到分离后的各种波场。通

过对非零井源距三分量模型试算、实际资料处理以及与各向同性参数反演矢量法结果对比分析验证了该

方法的可行性和优越性。

关键词  波场分离  各向异性 参数慢度波场分离

中图分类号 文献标识码

积地层中旋回性砂泥岩薄互层、灰岩页岩薄互层和大 引言块岩石中定向排列的垂直裂隙等都会引起地震各向

异性。因此波场分离算法中考虑各向异性很有

垂直地震剖面是一种精细刻画储层的手必要。 等人提出了一种基于正演模型的各段。与地面地震资料相比原始记录具有反射向异性矢量波场分离方法充分考虑了介质各向异性

因此需要对原始波场进行波场分离。各向异性介质且不需要额外提供介质各向异性参数

高保真的波场分离是资料处理的关键。的波场分离方法。该方法首先利用慢度和极然而目前常用的波场分离方法如犳犽滤波 、中值化角反演法得到检波点附近介质的各向异性滤波 、极化滤波 、变换 、变速视慢度 参数 。在反演过程中根据先验信息施等都存在一定的局限性。 等提出了时间加约束条件使用大规模非线性约束序列二次规划域逐一波场分离提出了最优逼近逐波迭代 最优化算法提高了反演的速度和精度。然法该法需要人工拾取同相轴三维资料时工作量大。后利用各种波场的传播特性求出每种波在各向异和提出了在频率域利用性情况下的传播角、相速度和极化矢量在频率域构最小二乘法进行参数反演的矢量波场分离方法。孙建正演模型使用阻尼最小二乘算法求得每种波的文博等人在此基础上根据先验信息对反演参数傅里叶振幅分量经过傅里叶逆变换得到时间域分施加约束条件提高了该算法的效率和稳定性。但离后各种波场。最后本文分别从相位、频率、振幅是该方法是建立在检波器附近介质各向同性假设的三个角度讨论了本算法的保真性证实了该方法是基础上而各向异性是沉积岩中普遍存在的现象。沉一种优越的波场分离方法。

北京市昌平区府学路号中国石油大学北京地质地球物理综合研究中心。     

本文于年月 日收到最终修改稿于同年月 日收到。

本文研究由国家重点基础研究发展规划项目“中国西部叠合盆地深部有效碳酸盐岩储层形成机制与分布预测”与国家

油气重大专项“海相碳酸盐岩储层地震描述与油气藏有效预测技术研究”资助。

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 石油地球物理勘探 年

以介质为例若已知波传播角度θ和介质 各向异性矢量波场分离方法原理的各向异性参数如参数



接收到入射平面波波前的时间差为 

Δ狋犿犛狀 ·犡犿  其中犮 犮 犮 犮 犮 犮为各向异性弹性系数。式中Δ狋犿为第犿级中心检波器接收到波前的时间通过求解方程可得慢度为

其中ω为角频率。则中心检波器接收到的有效波犛θ犞 γθ 波和波的极化矢量为

为极化方向矢量。由式可知不同类型的波场 

犇θ槡 犮犮θ犮犮θ犮犮θθ 

式中 θ为传播角也称相角 犛θ 、犛θ 、犛θ 率ω处的数据它由垂直犣分量、水平径向分量犎分别为波、波和波的慢度 犺 犺犺 和犜分量组成。矩阵左端由犺狀ω犡犿·犛狀构建的为相应的极化矢量。 犕犕行犖列系数矩阵称为偏振控制矩阵它控

相邻犕个检波器接收到的犖个平面波的总制着整个正演模型是波场分离的关键用矩阵犌和在角频率为ω时的模型数据和实际观测的数据简化表示。若设犿犪 …犪犖 代表傅里叶振幅的关系可以由上述公式得到的慢度和极化矢量构分量则该正演模型可以简化为

成如下矩阵方程犌·犿犱 

 式中代表复矩阵的共轭转置 ε为正则化阻尼式中矩阵右端项犱 …犱犕为相邻犕个检波器因子它随着角频率ω和有效波的类型犖的不同而记录的实际观测数据经过傅里叶变换得到的在角频取不同的值。在整个频率域利用式可求得每个

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第卷增刊 孙赞东等各向异性矢量波场分离方法研究及其应用 

角频率上傅里叶振幅分量犿ω 然后再对这些频 φ表示上行波和上行波的极化角 φ率域的波形信息反变换到时间域得到分离后的 φ表示下行波和下行波的极化角。从图中波场。可以看出波的偏振方向不再平行于传播方向 各向异性参数的求取 波的偏振方向也不再垂直于波的传播方向

在各向异性介质中相速度和偏振矢量都是随而是存在一定的角度差。当地层的各向异性性质不着入射角变化的。图是各向异性介质波场偏振示是很微弱时这个角度不能忽略它对波场分离效果意图。图中“”代表下行波“”代表上行波θ 的影响很明显。所以在实际应用中要得到更精确θ表示下行波和下行波的传播角 φ 的波场分离结果各向异性不可忽略。

图 各向异性介质波场偏振示意图

上行波 下行波

通常情况下利用资料可以求

取地层的各向异性参数。根据旅行时关于炮检距和  模型试算

检波点沉放深度导数的交会图来构建慢度曲线从

而提取地层的各向异性参数。但这种方法局限于覆为了验证此方法的可行性本文设计了两个各

犞 犞 ρ ε δ γ

犿犞 犞 εγδ  第一层各向同性      通过迭代求取对应的传播方向解方程得到该传播方第四层各向同性      表 各向异性模型Ⅱ参数慢度和实际观测的垂直视慢度犛构建最小差值拟地层性质层厚犞 犞 ρ ε δ γ

犳犿第四层各向同性      线性寻优算法求出该离散目标泛函的最小值从而得到检波点附近介质的最佳各向异性参数。参数。

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 石油地球物理勘探 年

对模型Ⅰ 使用已知的各向异性参数对单炮进看出考虑了各向异性影响的矢量法分离出来的波行波场分离。抽取深处各向异性层场干净清晰且没有出现任何假信息而使用各向同进行对比分析图 。图左为各向异性分离的结性参数反演法分离出的各种波场由于地层各向异果图右为各向同性分离的结果。通过对比可以性的影响存在波场混叠现象。

图 各向异性与各向同性方法分离效果对比图

 、原始犣分量  、原始犡分量  、 、 、依次为各向异性矢量法分离出的下行纵波、上行纵波、下行横

波、上行横波  、 、 、依次为各向同性参数反演矢量法分离出的下行纵波、上行纵波、下行横波、上行横波

前文中用已知的各向异性参数作为输入进行各由图可以看出使用慢度和极化矢量反演算向异性矢量波场分离下面先反演各向异性参数再法反演出的模型各向异性参数基本分布在模型实利用反演出的各向异性参数对模型Ⅱ资料进行波场际各向异性参数值的附近为后续的各向异性波场分离并与各向同性参数反演法进行对比用以验证分离奠定了基础。图为抽取井源距为的本文使用的各向异性参数反演算法的正确性也为单炮反演的相速度、相角、极化角示意图。如图证明各向异性矢量波场分离方法的优越性。对于模为波和波相角即入射角图为极化角。型Ⅱ利用弹性波波动方程正演出三分从图、图相应曲线坐标对比可以看出曲线基量采集数据。该测线长以间隔本趋势大致相同但是仔细对比会看出实际坐标并放炮共放炮最大井源距为每炮 相等。如图中的四个箭头两个蓝色、两个红色 每道接收检波器间隔沉放深度为 个箭头在图和图指示的位置一样但是旁边记录长度采样率。图为使用慢度和极化的曲线却有差别说明曲线的坐标并不一样。图矢量反演的各向异性参数与模型Ⅱ实际各向异性参红线为波入射角图红线为极化角减去数对比图。 ° 两曲线在相同的深度对应的角度并不一样。这

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说明波极化角减去°并不等于入射角。同理 的单炮记录图为各向异性分离结果图图中蓝线为波入射角图中蓝线为波极为各向同性分离结果。可以看出考虑了各向异性化角两曲线在同一深度点角度也有差别有的相差影响的矢量波场分离方法分离的波场干净、清晰几度有的相差甚至十几度。各向同性介质中没有引入假信号图 。由表可知地层分界深度图、图中对应曲线应该完全一样但各向异性分别为、、这和波场分离结果中转介质中会有差别差别越大各向异性越明显。通过换波发生位置非常符合。各向同性参数反演矢量波对比可以发现在地层深度波的极化场分离由于没有考虑到地层各向异性对波场传播角并不等于波的入射角波的极化角减去° 及偏振的影响在各向异性明显的层段虽然上、下并不等于波的入射角这说明在这个深度存在行波基本分离干净但纵波和横波的分离效果欠佳各向异性与实际情况相符。图为井源距为存在一定的混叠现象。

图 模型Ⅱ反演各向异性参数对比图

犞为反演速度 δ γ ε

图 井源距为单炮相速度、相角和极化角变化示意图

波和波相速度 波和波相角 波和波极化角

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图 模型Ⅱ井源距的原始单炮记录

原始犣分量 原始犡分量

图 各向同性参数反演矢量法分离结果

下行波 上行波 下行波 上行波

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为输入分离前进行了球面扩散补偿。图为一 实际资料应用条过井的线反演的各向异性参数图为

输入的某一原始单炮记录图为各向异性参数

利用该方法对油田野外采集的三维三分量反演矢量法分离结果图为各向同性矢量波场资料进行处理并将其与各向同性参数反演分离结果。对比可见各向异性矢量波场分离的结果进行对比进一步验证该方法的可行性和优结果显示更加理想在分离后的每个波场中没有越性。用水平旋转后的犎分量和犣分量数据作混入其他杂波。

图 三维三分量资料线反演的各向异性参数图

图 水平旋转后的单炮输入记录并没有出现低频化的现象。说明该方法较好地保持

犣分量 犎分量了资料的频宽。

图为使用波场分离后的下行纵波、上行纵 算法保真性验证波、下行转换波和上行转换波重构的水平分量和垂

直分量与原始输入水平分量和垂直分量的对比图。

为了进一步证明该方法的可靠性分别从相位、其中原始输入记录做了球面扩散补偿。可以看出频率、振幅三个方面对比分析波场分离前后的情况。通过反向极化合成得到的两个分量基本上与原始分图为原始输入水平分量和垂直分量数据图 量波形分布一致。求合成的波场与原始波场的差

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图 各向异性矢量波场分离结果

下行波 上行波 下行波 上行波

图 各向同性参数反演法波场分离结果

下行波 上行波 下行波 上行波