一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法及装置，该方法包括：对分布式光纤地震数据进行去噪处理；根据纵横波测井速度，利用频散关系估计井中检波器局部的弹性波场偏振矢量；对弹性波场偏振矢量进行傅立叶变换，获得时空域褶积滤波算子；在时间空间域，利用褶积算子对分布式光纤垂直地震剖面数据进行滤波，基于亥姆霍兹分解通过偏振方向投影对单分量分布式光纤地震数据进行纵横波分离；为提高分离精度，在共炮点与共检波点道集上分别计算相应的偏振投影滤波算子，并实施偏振投影滤波，获得最终的纵横波分离结果。与现有技术相比，本发明专利技术能够灵活、准确地分离出纵横波数据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法及装置


[0001]本专利技术涉及地震纵横波分离
，尤其是涉及一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法及装置。

技术介绍

[0002]分布式声学传感(Distributed Acoustic Sensing，DAS)是一种全新的低成本地震数据观测工具。它通常用于探测激光脉冲背向瑞雷散射的相位变化，获得光纤上轴向应变或应变速率，进而得到局部的地震波场弹性振动信号。与常规地震三分量检波器或其他类型传感器的观测方式相比，利用DAS传感器进行观测可以提供长时间、长距离的高分辨率连续测量结果，因此特别适用于实时的主动源地震观测和长期的被动源地震监测，例如水力压裂、近地表成像、碳捕获、利用和存储(Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS)监控等。此外，由于光纤的安装通常是非侵入式的，并且成本很低，近年来DAS采集系统已广泛应用于垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，VSP)等深部地震勘探中，以获得高分辨率的地下成像。
[0003]在常规井的VSP观测中，通常采用地震检波器记录三分量地震数据。由于地下介质广泛存在非均匀性，三分量VSP记录中往往包含复杂的纵波(P)与横波(S)波场。利用这些弹性波场信息，可以有效改善气云区域成像精度，提高岩性刻画成功率，估计断裂/应力特征等等。然而，这些处理往往非常依赖有效的弹性波场分离技术，只有获得振幅和相位关系准确的P/S波数据，才能便于后续进行弹性地震成像。
[0004]目前的P/S波场分离方法主要依赖于P波和S波的物理特性，例如极化方向和传播速度。根据亥姆霍兹分解理论，偏振投影方法可以将矢量弹性波场投影到P波或者S波的偏振方向，从而获得纯P波或纯S波数据。可以先估计检波点处的偏振方向，再通过极化旋转分离纵横波。但当数据信噪比较低或出现P/S相互交叉混叠时，通常很难准确估计极化方向，P/S分离仍然面临严重的振幅失真和模式泄露。另一种方式是基于纵横波的视速度差异，通过不同的数学变换，如F
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K变换、线性Radon变换、抛物线Radon变换等，在变换域中进行滤波实现波场分离。然而在实际中，纵横波数据通常在变换域中能量相互重叠，特别是当波场复杂时，难以获得令人满意的P波和S波分离数据。此外，现有技术有基于弹性波动方程采用波场延拓进行分离，但此类方法非常依赖准确的地层弹性参数，在构造复杂的区域，地层参数变化剧烈或者难以获取，P/S仍将受到模式泄露的干扰。
[0005]综上可知，现有大部分P/S分离方法都需要多分量VSP数据作为输入。在DAS
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VSP采集系统中，虽然DAS传感器可以同时记录P和S波，但其只能测量沿光纤切线方向的应变或应变率，这也意味着观测数据中只有单分量数据可用。所以，由于没有足够的信息来描述矢量弹性波场，DAS
‑
VSP数据的P/S波场分离将非常具有挑战性。针对上述问题，目前业界尚未提出有效的解决方案，因此，如何找到一种稳定可靠的DAS
‑
VSP数据弹性波场分离方法，从而获得准确的P/S波数据，是当前提高DAS
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VSP数据利用率、获得地下介质弹性成像结果亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法及装置，能够灵活、准确地分离出纵横波数据。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取DAS传感器采集的VSP记录数据，之后进行预处理、并根据轴向应变波场与位移波场之间的关系进行转换，得到轴向波场位移振动信号；
[0009]S2、获取声波测井速度信息，并转换为地震频带内的层速度，进而得到井孔内每个检波点处的纵横波速度、计算得到每一个检波器局部的波场偏振方向；
[0010]S3、针对计算得到的波场偏振方向，将其变换到时间空间域，得到时间空间域的褶积算子；
[0011]S4、利用时间空间域的褶积算子，对轴向波场位移振动信号进行时间空间域褶积，通过偏振投影滤波，得到炮域的初次纵横波分离结果；
[0012]S5、对初次纵横波分离结果进行重新分选，得到共检波点道集；
[0013]S6、在共检波点道集中，根据波场互易原理，将地面的炮点视为检波点，基于频率波数域出射慢度与垂直、水平波数的频散关系，计算共检波点道集局部的波场偏振方向，之后返回执行步骤S3～S4，得到最终纵横波分离结果。
[0014]进一步地，所述步骤S1中预处理过程包括但不限于去噪、去气泡、去除耦合噪音。
[0015]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0016]S21、根据声波测井采集的声波时差数据，换算得到地层的层速度，之后将高频的测井速度转换为地震频带内的层速度，进而得到井孔内每个检波点处的纵横波速度；
[0017]S22、在共炮点道集上，将检波点处的纵横波速度视为弹性纵横波场的出射慢度，在频率波数域，通过出射慢度与垂直、水平波数的频散关系，计算每一个检波器局部的波场偏振方向。
[0018]进一步地，所述步骤S21具体是采用Backus平均处理的方式，对换算得到的地层的层速度进行光滑处理，进而得到地震频带范围内的纵横波层速度。
[0019]进一步地，所述步骤S22的具体过程为：将共炮点道集中检波点处的纵横波速度视为弹性波场的出射慢度，由于DAS
‑
VSP观测中，光纤传感器为垂直或者近似垂直排列，将通过二维快速傅立叶变换得到VSP记录的垂直波数与频率信息，之后，根据波场传播理论，通过频散关系约束，利用出射慢度与垂直波数，计算纵波与横波波场出射的水平波数信息，即k
px
与k
sx
，以此为基础，采用亥姆霍兹分解理论构建每一处检波点的纵、横波波场的偏振投影方向：
[0020][0021][0022][0023][0024]其中，表示波数域矢量位移波场，与
分别表示分离的P波与S波矢量位移波场。
[0025]进一步地，所述步骤S3的具体过程为：由于在真实地球介质中，不同检波器位置处的地层纵横波速度变化比较剧烈，频散关系中的慢度矢量需要根据空间位置进行调整，然后根据傅立叶变换原理，频率波数域的偏振投影滤波算子等价于时间空间域的褶积算子，由此将纵、横波波场的频率波数域偏振滤波器变换到时空域，获得时间空间域的褶积算子。
[0026]进一步地，所述步骤S4的具体过程为：DAS
‑
VSP数据只有弹性位移场的轴向分量，在井孔垂直或近似垂直时，可视为弹性位移场垂直分量，根据亥姆霍兹分解原理，采用以下公式获得纵波：
[0027][0028]其中，为反傅立叶变换算子，利用步骤S3得到的时间空间域的褶积算子，对DAS
‑
VSP轴向位移分量施加非稳相滤波，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取DAS传感器采集的VSP记录数据，之后进行预处理、并根据轴向应变波场与位移波场之间的关系进行转换，得到轴向波场位移振动信号；S2、获取声波测井速度信息，并转换为地震频带内的层速度，进而得到井孔内每个检波点处的纵横波速度、计算得到每一个检波器局部的波场偏振方向；S3、针对计算得到的波场偏振方向，将其变换到时间空间域，得到时间空间域的褶积算子；S4、利用时间空间域的褶积算子，对轴向波场位移振动信号进行时间空间域褶积，通过偏振投影滤波，得到炮域的初次纵横波分离结果；S5、对初次纵横波分离结果进行重新分选，得到共检波点道集；S6、在共检波点道集中，根据波场互易原理，将地面的炮点视为检波点，基于频率波数域出射慢度与垂直、水平波数的频散关系，计算共检波点道集局部的波场偏振方向，之后返回执行步骤S3～S4，得到最终纵横波分离结果。2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，其特征在于，所述步骤S1中预处理过程包括但不限于去噪、去气泡、去除耦合噪音。3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、根据声波测井采集的声波时差数据，换算得到地层的层速度，之后将高频的测井速度转换为地震频带内的层速度，进而得到井孔内每个检波点处的纵横波速度；S22、在共炮点道集上，将检波点处的纵横波速度视为弹性纵横波场的出射慢度，在频率波数域，通过出射慢度与垂直、水平波数的频散关系，计算每一个检波器局部的波场偏振方向。4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，其特征在于，所述步骤S21具体是采用Backus平均处理的方式，对换算得到的地层的层速度进行光滑处理，进而得到地震频带范围内的纵横波层速度。5.根据权利要求3所述的一种分布式光纤地震数据纵横波分离方法，其特征在于，所述步骤S22的具体过程为：将共炮点道集中检波点处的纵横波速度视为弹性波场的出射慢度，由于DAS
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VSP观测中，光纤传感器为垂直或者近似垂直排列，将通过二维快速傅立叶变换得到VSP记录的垂直波数与频率信息，之后，根据波场传播理论，通过频散关系约束，利用出射慢度与垂直波数，计算纵波与横波波场出射的水平波数信息，即k
px
与k
sx
，以此为基础，采用亥姆霍兹分解理论构建每一处检波点的纵、横波波场的偏振投影方向：亥姆霍兹分解理论构建每一处检波点的纵、横波波场的偏振投影方向：亥姆霍兹分解理论构建每一处检波点的纵、横波波场的偏振投影方向：亥姆霍兹分解理论构建每一处检波点的纵、横波波场的偏振投影方向：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾飞，程玖兵，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：