一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法技术

本发明专利技术公开了一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法，该方法首次实现了在地震体波中提取群速度。本方法在计算不同频率分量速度时引入多道数据群延迟时间和深度最小二乘拟合，拟合出来的关系直线，能够压制噪声，更准确地估计信号的速度，从而可以得到一个更加准确的频散曲线。相对于频散曲线提取方法，该技术更适合于频散现象较弱的地震体波信号。应用于垂直地震剖面数据资料处理中，可以更准确地表征地下介质的频散特性，辅助刻画更精细的地下结构。

【技术实现步骤摘要】
一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法
本专利技术属于地震勘探
，涉及垂直地震剖面数据频散曲线提取方法，具体涉及一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法。
技术介绍
地震勘探是常见的石油天然气勘探方法。由于地下介质的粘弹性和非均匀性，地震波在地下介质中传播时会发生频散和衰减。频散表示了频率和速度的关系，即地震波中不同频率分量的速度不一样。因为对频散的研究涉及频率，所以利用时频分析工具将地震记录转换到时频域是必不可少的步骤。频散包括相速度和群速度，目前针对群速度的研究，主要集中在地震面波中的群速度提取，而从地震体波中提取群速度却没有有效地办法。2012年，Askari和Ferguson提出了利用广义S变换从地震面波中提取频散的方法。该方法的关键步骤是从广义S变换系数中提取出脊线，比较两个站点的脊线，计算出两条脊线的时间差异随频率的变化关系。该时间差异即为不同频率分量在两个站点间的传播时间，再利用站点间距离除以时间，就可以获得不同频率分量的传播速度。但是，如果将该方法推广到从体波中提取频散曲线，则会产生问题，体波中的频散现象较为微弱，因此其测量数值更容易受到噪音的影响，也就是说从体波的广义S变换系数中提取出的脊线不够准确，不足以用来计算群速度。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法，能够更准确地计算垂直地震剖面(VSP，VerticalSeismicProfile)VSP数据中的群速度，且易于实现，可操作性强。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法，包括以下步骤：1)在井中布置检波器采集原始地震数据，然后对采集到的垂直地震剖面数据进行上下行波分离处理、多次波压制处理；处理后得到零偏VSP记录，记为Uz(t)，其中z表示检波器所在的深度，t表示时间；2)利用三参数广义S变换，将零偏VSP记录转换到时间频率域，获得对应广义S变换系数GSTz(t,f)，三参数广义S变换的特点为窗宽会随频率变化，并且有三个参数影响窗宽；变换公式为：其中，k＞0表示窗宽系数，s＞0表示窗宽随频率变化的程度系数，m≥0表示广义S变换和短时傅里叶变换之间的权衡系数；3)多个检波器的深度为zd,d＝1,2,…,D，检波器数量为D，因此可得到对应的D组广义S变换系数；4)针对不同深度的广义S变换系数，提取出群延迟时间td(f)，群延迟时间为广义S变换系数达到最大值的对应时间：群延迟时间是频率的函数；5)将频率固定为某一值，如fx，拟合出该频率下群延迟时间td和深度zd的关系直线，直线的斜率记为m1(fx)；6)m1(fx)的倒数即为对应频率的群速度，记为vg(fx):vg(fx)＝1/m1(fx)7)重复步骤5)和6)，遍历每一个频率fx，就可以得到所有频率对应的群速度vg(f)，群速度随频率变换的曲线即为本方法提取的频散曲线。优选地，步骤5)中利用最小二乘方法来拟合出群延迟和深度之间的直线：首先，固定某一频率，如fx，则可以列出该频率下，群延迟时间td和深度zd的关系：rd,d＝1,2,…,D为噪音，该关系可写为矩阵形式：T＝Zm+rm为斜率向量，该向量和频散速度相关，可用最小二乘拟合求得：m＝(ZTZ)-1ZTT最小二乘可以消除噪音，拟合出最能体现时间和深度关系的向量m。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用三参数广义S变换和最小二乘拟合相结合来提取群速度，针对地震波中不同频率分量到达检波器的时间(群延迟时间)易受噪音干扰且难以准确提取的问题，本方法利用多道数据的群延迟时间和检波器深度进行最小二乘拟合，极大压制了噪音的影响，拟合出来群延迟时间和深度关系直线的斜率即为频率分量速度的倒数。现有技术的方法只适用于面波频散曲线的提取，而本方法提取频散曲线的精度更高，可以适用于VSP体波频散曲线的提取，因而填补了体波频散曲线提取方法缺失的空白。附图说明图1为零偏VSP地震资料采集示意图；图2为某频率分量(20Hz)群延迟时间和深度拟合直线；图3为从仿真的在粘弹介质中传播的地震资料中提取出来的频散曲线；图4为从仿真的在弥散粘滞介质中传播的地震资料中提取出来的频散曲线；图5为从真实地震资料中提取出来的频散曲线。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术基于三参数广义S变换和最小二乘拟合方法，从零偏VSP地震资料中提取频散曲线，包括以下步骤：1)在井中布置检波器采集原始地震数据，然后对采集到的垂直地震剖面数据进行上下行波分离处理、多次波压制处理，处理后得到零偏VSP记录，记为Uz(t)，其中，z表示检波器所在的深度，t表示时间；2)利用三参数广义S变换，将零偏VSP记录转换到时间频率域，获得对应广义S变换系数GSTz(t,f)，三参数广义S变换的特点为窗宽会随频率变化，并且有三个参数影响窗宽；变换公式为：其中，k＞0表示窗宽系数，s＞0表示窗宽随频率变化的程度系数，m≥0表示广义S变换和短时傅里叶变换之间的权衡系数；3)多个检波器的深度为zd,d＝1,2,…,D，检波器数量为D，得到对应的D组广义S变换系数；4)针对不同深度的广义S变换系数，提取出群延迟时间td(f)，群延迟时间为广义S变换系数达到最大值的对应时间：群延迟时间是频率的函数；5)将频率固定为某一值，如fx，则可以列出该频率下，群延迟时间td和深度zd的关系：rd,d＝1,2,…,D为噪音，该关系可写为矩阵形式：T＝Zm+r(4)m为斜率向量，该向量和频散速度相关，可用最小二乘拟合求得：m＝(ZTZ)-1ZTT(5)最小二乘可以消除噪音，拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)在井中布置若干个用于采集原始地震数据的检波器，对采集到的垂直地震剖面数据进行上下行波分离处理及多次波压制处理，处理后得到零偏VSP记录，记为U

【技术特征摘要】
1.一种从垂直地震剖面数据中提取频散曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在井中布置若干个用于采集原始地震数据的检波器，对采集到的垂直地震剖面数据进行上下行波分离处理及多次波压制处理，处理后得到零偏VSP记录，记为Uz(t)，其中z表示检波器所在的深度，t表示时间；
2)利用三参数广义S变换，将零偏VSP记录转换到时间频率域，获得对应广义S变换系数GSTz(t,f)；
3)若干个检波器的深度为zd,d＝1,2,…,D，D为检波器数量，得到对应的D组广义S变换系数；
4)针对不同深度的广义S变换系数，提取出群延迟时间td(f)，群延迟时间为广义S变换系数达到最大值的对应时间，即群延迟时间是频率的函数，如下式：



5)将频率固定为某一值fx，拟合出该频率下群延迟时间td和深度zd的关系直线，直线的斜率记为m1(fx)，m1(fx)的倒数即为对应频率的群速度，记为vg(fx)，则有：vg(fx)＝1/m1(fx)；
6)重复步骤5)，遍历每一个频率fx，能够得到所有频率对应的群速度vg(f)，群速度随频率变...

【专利技术属性】
技术研发人员：高静怀，胡陟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61