三分量vsp资料初至时间自动拾取方法

专利名称：三分量vsp资料初至时间自动拾取方法
技术领域：
本发明涉及油气物探地震资料处理方法，特别是关于一种在地震资料处理中获得三分量VSP资料高精度初至时间的自动拾取方法。
背景技术：
在三维VSP资料处理中(VSP，垂直地震剖面)，准确的初至时间的拾取对于检波器定向、速度模型建立、静校正量求取和Q值估算都非常重要。初至时间的拾取方法主要分为手动拾取和自动拾取。手动拾取通常应用于拾取量小或信噪比较低的地震资料。由于三维 VSP资料道数很多、初至波随井源距、检波器深度变化大，手工拾取工作量很大，因此需要研究和应用自动拾取方法，来大幅度减小人工工作量、提高效率。目前初至时间自动拾取的方法主要包括相关法(Yung等，1997 ；Molyneux等， 1999)、能量比法(Coppens，1985 ；庄东海等，1999 ；左国平等，2004)、神经网络法(Murat 等，1992 ；王金峰等，2007)、分形法(Boschetti等，1996 ；韩小俊等，200 、图像边缘检测法 (Criss等，1999 ；李辉峰等，2006)等。相关法主要是利用相邻道间初至波波形的相似性，计算相邻两道之间的互相关函数，互相关函数极大值对应的相关延迟时则为相邻道间初至波时差，以此类推可以计算出所有相邻道间时差，当已知其中某一道的初至时间，则可以得出各道的初至时间。能量比法的基本思想是在初至波达到之前，检波器所记录的是能量很小的噪声，当初至波到达后，检波器所记录的能量瞬间变强，导致初至时刻前后两个时窗能量的比值出现极大值，通过计算量能量比值随时间的变化曲线，然后找到这个极大值，即可以获得初至时间。神经网络法初至拾取的主要思想是将初至拾取看作一个模式识别的过程， 以便充分利用地震记录的局部特征和整体特征。神经网络法初至拾取方法首先要选择合适的神经网络及训练方法，设置具有代表性的训练样本(初至波特征)；然后进行网络训练， 确定网络参数；最后将该网络应用于所有道的初至自动拾取中。分形法初至拾取的主要原理是初至波达到之前主要是能量较弱的随机噪声，初至波达到之后是较强的初至波与噪声的叠加，因此初至波达到前后分形维数值变化较大，分形维的突变指示了地震波初至的位置。图像边缘检测法主要是基于初至波达到之前噪声能量弱、到达之后初至波能量强的特点，地震道集中各道初至时间连线形成初至前噪声与初至波之间的边界，这个边界通常比较连续，与图形边界类似，因此可以采用图像处理中的边缘检测技术来自动检测出这个边界，即初至时间。对于信噪比较低的资料，可以对地震数据进行噪声衰减，提高初至波相对于噪声的强度，从而有效提高初至时间的拾取精度；或者先对地震数据进行小波变换，获得时频域地震信号，然后在初至波能量较强的频段内进行初至拾取。对于海上VSP资料而言，由于噪声幅度相对于地面而言更低，因而利用能量比方法能够获得更好的自动拾取效果。常规能量比方法首先确定窗长，为了得到某点的能量比， 计算该点前一个窗长内的所有样点能量，计算一个窗长后的所有样点能量，进而可以计算出能量比。由初至波特点可知，在初至波到达时刻，能量比一般表现为最大值。因此，通过自动计算能量比值，然后通过能量比最大值获得初至波时间。
但是，由于初至波通常在三个分量都会有投影，而对于同一个检波器观测到的地震记录，随着井源距的增加，投影到垂直分量上的初至波能量逐渐减小，所以联合利用三分量VSP地震记录进行自动拾取有助于提高初至自动拾取精度。现有方法主要是利用单分量地震资料数据进行自动拾取，三分量矢量波场特征没有充分应用到初至拾取中，因而影响了拾取精度。

发明内容
针对上述间题，本发明的目的是提供一种三分量VSP资料初至时间自动拾取方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种三分量VSP资料初至时间自动拾取方法，主要是根据三分量VSP地震数据资料，确定初至时间变化范围，根据三分量矢量波场的特征，采用能量比法，自动获得各道的初至时间，并进行初至波的合成。主要步骤为1)确定三分量VSP地震记录各道初至时间变化范围；2)读入三分量数据，根据检波点深度和井源距范围，确定搜索初至时间的范围和窗长，窗长一般为主周期的m倍，m介于0. 5至5之间；3)在搜索初至时间的范围内确定某一时刻和窗长，获取时窗内三分量地震数据；4)根据波投影到三个分量的特征，通过最小二乘法计算得到各个分量上的信号能量和三分量总信号能量；5)利用积分法计算总信号能量比；6)通过搜索能量比最大值获得初至时间。由于在计算三分量信号能量比时，扫描时间步长为数据采样间隔，因此获得的初至时间精度为一个采样间隔；同时，窗长、噪声、波形等因素也会影响初至时间自动拾取的精度。为了进一步提高初至时间精度，采用三分量初至波合成和频率域时差扫描法，通过时差扫描，对所求得的初至时间进行时差校正，得到准确的初至时间。具体方法为1)读入共炮点三分量记录和自动拾取初至时间；2)利用初至时间和子波长度截取出该共炮点记录三分量初至波；3)根据波投影到三个分量的特征，采用最小二乘法对时窗内三分量地震数据进行初至波合成，并进行极性校正和能量归一化处理，获得各道的合成初至波；4)利用快速傅立叶变化将参考初至波、各道合成初至波数据变换到频率域，参考初至波由该道及相邻若干道初至波通过最小二乘方法获得；5)按较小的时间步长(设置为时间采样间隔的l/n，n —般介于2至10之间)，通过时差扫描法计算各道合成初至波与参考初至波之间的时差对于给定的扫描时差，对各道合成初至波进行相位校正，计算与参考初至波之间的误差，从而获得误差随时差的变化关系，误差最小值所对应的时差即为时间修正量；6)将时间修正量与原初至时间相加，得到修正后的初至时间。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明方法利用三分量VSP 资料确定初至时间变化范围后，根据三分量矢量波场的特征，采用能量比法，自动获得各道的初至时间，并进行初至波的合成，提高了初至波自动拾取精度。2、在获得初至时间的基础上，通过时差扫描方法，对合成的初至波进行时差校正，得到准确的初至时间，使得结果愈加准确。3、这一方法也减小了人工工作量，提高了工作效率。


图1 (a) (d)为针对斜井三维三分量VSP资料的某一个单炮记录的常规方法与本方法自动拾取结果的对比图，其中图1(a)为常规单分量能量比法自动拾取初至时间，图 1(b)为三分量信号能量比法自动拾取初至时间，图1(c)为利用三分量记录对图1(b)初至时间进行修正后的结果，图1(d)为利用图1(c)和三分量记录合成的初至波(均将初至时间校正到0时间显示)；图2 (a) (d)为针对斜井三维三分量VSP资料的200个单炮记录的常规方法与本方法初至拾取结果对比图，其中图2(a)为常规单分量能量比法自动拾取初至时间；图2(b) 为三分量信号能量比法自动拾取初至时间；图2(c)为利用三分量记录自动计算的针对图 2(b)初至时间的修正量；图2(d)为利用三分量记录对图2(b)初至时间进行自动修正后的结果。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。本发明的整体构思是分析三分量VSP地震数据资料，确定初至时间变化范围后， 根据三分量矢量波场的特征，采用能量比法，自动获得各道的初至时间，并进行初至波的合成。主要流程为1)确定三分量VSP地震记录各道初至时间变化范围；2)读入三分量数据，根据检波点深度和井源距范围，确定搜索初至时间的范围和窗长，窗长一般为主周期的m倍，m介于0. 5至5之间；3)在搜索初至时间的范围内确定某一时刻和窗长，获取时窗内三分量地震数据；4)根据波投影到三个分量的特征，通过最小二乘法计算得到各个分量上的信号能量和三分量总信号能量；5)利用积分法计算总信号能量比；6)通过搜索能量比最大值获得初至时间。由于在计算三分量信号能量比时，扫描时间步长为数据采样间隔，因此获得的初至时间精度为一个采样间隔；同时，窗长、噪声、波形等因素也会影响初至时间自动拾取的精度。为了进一步提高初至时间精度，我们采用三分量初至波合成和频率域时差扫描法，通过时差扫描，对所求得的初至时间进行时差校正，得到准确的初至时间。具体方法为1)读入共炮点三分量记录和自动拾取初至时间；2)利用初至时间和子波长度截取出该共炮点记录三分量初至波；3)根据波投影到三个分量的特征，采用最小二乘法对时窗内三分量地震数据进行初至波合成，并进行极性校正和能量归一化处理，获得各道的合成初至波；4)利用快速傅立叶变化将参考初至波、各道合成初至波数据变换到频率域，参考初至波由该道及相邻若干道初至波通过最小二乘方法获得；
5)按较小的时间步长(设置为时间采样间隔的l/n，n —般介于2至10之间)，通过时差扫描法计算各道合成初至波与参考初至波之间的时差对于给定的扫描时差，对各道合成初至波进行相位校正，计算与参考初至波之间的误差，从而获得误差随时差的变化关系，误差最小值所对应的时差即为时间修正量；6)将时间修正量与原初至时间相加，得到修正后的初至时间。图1 (a) (d)为针对斜井三维三分量VSP资料的某一个单炮记录(为图2中 200个单炮记录中的第40个炮点)的常规方法与本方法自动拾取结果的对比实施例图；图 2(a) (d)为针对斜井三维三分量VSP资料的200个单炮记录的常规方法与本方法初至拾取结果对比图。通过两个实施例图可知，三分量信号能量比法自动拾取初至时间精度优于常规单分量能量比法，利用三分量记录初至时间进行修正后，初至时间精度得到了进一步的提高，各道初至波之间几乎没有时差，表明了本技术拾取的初至时间精度较高。
权利要求
1.一种三分量VSP资料初至时间自动拾取方法，其拾取步骤为1)确定三分量VSP地震记录各道初至时间变化范围；2)读入三分量数据，根据检波点深度和井源距范围，确定搜索初至时间的范围和窗长， 窗长一般为主周期的m倍，m取值范围为0. 5 5 ；3)在搜索初至时间的范围内确定某一时刻和窗长，获取时窗内三分量地震数据；4)根据波投影到三个分量的特征，通过最小二乘法计算得到各个分量上的信号能量和三分量总信号能量；5)利用积分法计算总信号能量比；6)通过搜索能量比最大值获得初至时间。
2.如权利要求1所述的三分量VSP资料初至时间自动拾取方法，其特征在于采用三分量初至波合成和频率域时差扫描法，对步骤6)所求得的初至时间进行时差校正，得到更准确的初至时间，具体方法为①读入共炮点三分量记录和自动拾取的初至时间；②利用初至时间和子波长度截取出该共炮点记录三分量初至波；③根据波投影到三个分量的特征，采用最小二乘法对时窗内三分量地震数据进行初至波合成，并进行极性校正和能量归一化处理，获得各道的合成初至波；④利用傅立叶变化将参考初至波、各道合成初至波数据变换到频率域，所述参考初至波由该道及相邻若干道初至波通过最小二乘方法获得；⑤按时间采样间隔的1/n的时间步长，通过时差扫描法计算各道合成初至波与参考初至波之间的时差；⑥将时差与原初至时间相加，计算得到修正后的初至时间。
3.如权利要求2所述的三分量VSP资料初至时间自动拾取方法，其特征在于时间采样间隔η取值范围为2 10。
全文摘要
本发明涉及一种三分量VSP资料初至时间自动拾取方法，其拾取步骤为1)确定三分量VSP地震记录各道初至时间变化范围；2)读入三分量数据，根据检波点深度和井源距范围，确定搜索初至时间的范围和窗长，窗长一般为主周期的m倍，m取值范围为0.5～5；3)在搜索初至时间的范围内确定某一时刻和窗长，获取时窗内三分量地震数据；4)根据波投影到三个分量的特征，通过最小二乘法计算得到各个分量上的信号能量和三分量总信号能量；5)利用积分法计算总信号能量比；6)通过搜索能量比最大值获得初至时间。对步骤6)所求得的初至时间可利用时差扫描法进行校正，得到更准确的初至时间。
文档编号G01V1/28GK102338885SQ20111016562
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者刘洋, 李绪宣, 江南森 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(北京), 中海石油研究中心