转换波信号的快慢波分离方法与流程

本发明涉及地震勘探的技术领域，尤其涉及一种转换波信号的快慢波分离方法。

背景技术：

在方位各向异性介质中，当横波的偏振方向与各向异性主轴方向不一致时，会发生横波分裂现象，即平行于裂缝走向偏振的快横波与垂直于裂缝走向偏振的慢横波。因此，利用横波分裂研究裂缝显得非常重要，而快慢波分离技术是多波处理的一项关键技术，利用快横波偏振方向和快慢波时延可以预测裂缝发育方位和发育密度。传统的快慢波分离方法一般都是在时域进行，没有考虑到各向异性参数与频率的相关性。

为了研究地震资料中各向异性参数与频率的关系，通常使用分段滤波后在时域反演的传统方法，这种做法无法建立各向异性参数与频率的直观联系，而且容易导致较大的误差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种转换波信号的快慢波分离方法，以解决现有技术存在的快慢波分离时域的反演容易导致较大的误差的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种转换波信号的快慢波分离方法，包括：对第i层的转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，得到第一频率域分量与第二频率域分量，其中i为大于0的正整数；对所述第一与第二频率域分量计算，以取得实部数据与虚部数据；对所述实部虚数求取平均值，以得到快波偏振方位；对所述快波偏振方位与所述虚部数进行行计算，以取得快慢波时延；利用所述快波偏振方位与所述快慢波时延，对 所述转换波信号进行快慢波分离，以取得快波信号与慢波信号，并对所述慢波信号的时差进行补偿；对所述快波信号与慢波信号进行旋回，以取得旋回后的径向分量和切向分量。

根据本发明的技术方案，通过对转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，得到第一频率域分量与第二频率域分量，对所述第一与第二频率域分量计算，以取得实部数据与虚部数据；对所述实部虚数求取平均值，以得到快波偏振方位；对所述快波偏振方位与所述虚部数进行行计算，以取得快慢波时延；利用所述快波偏振方位与所述快慢波时延，对所述转换波信号进行快慢波分离，以取得快波信号与慢波信号，并对所述慢波信号的时差进行补偿；对所述快波信号与慢波信号进行旋回，以取得旋回后的径向分量和切向分量。如此一来，可有效地消除原始地震数据中的方位各向异性效应，以获得较为精确的结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的转换波信号的快慢波分离方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的转换波信号的快慢波分离方法的另一流程图；

图3是根据本发明实施例的转换波信号的快慢波分离方法的另一流程图；

图4a～图4f分别是根据本发明实施例的多层各向异性介质的剥层处理过程的示意图；

图5a和图5b分别根据本发明实施例的第1层偏振参数的加噪测试实验统计的示意图；

图6a～图6e分别是根据本发明实施例的多层各向异性介质的剥层处理过程的示意图；

图7a～图7c是利用本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的应用实例；

图8根据本发明实施例的不同地震道快波偏振方向随频率的变化趋势的示意图；

图9a～图9b是利用本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的应用实例。

具体实施方式

本发明的主要思想在于，基于对转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，得到第一频率域分量与第二频率域分量，对所述第一与第二频率域分量计算，以取得实部数据与虚部数据；对所述实部虚数求取平均值，以得到快波偏振方位；对所述快波偏振方位与所述虚部数进行行计算，以取得快慢波时延；利用所述快波偏振方位与所述快慢波时延，对所述转换波信号进行快慢波分离，以取得快波信号与慢波信号，并对所述慢波信号的时差进行补偿；对所述快波信号与慢波信号进行旋回，以取得旋回后的径向分量和切向分量。如此一来，可有效地消除原始地震数据中的方位各向异性效应，以获得较为精确的结果。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步地详细说明。

根据本发明的实施例，提供了一种转换波信号的快慢波分离方法。

图1是根据本发明实施例的转换波信号的快慢波分离方法的流程图。

在步骤S102中，对第i层的转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，得到第一频率域分量与第二频率域分量，其中i为大于0的正整数。举例来说，图2为转换波信号的坐标系转换关系的示意图。在图2中， 为快波偏振方位；S1-S2坐标系是裂缝走向及其垂向组成的自然坐标系，R-T坐标系是由径向与切向组成的观测坐标系，R即炮点指向检波点方向。转换波信号S在定向直立裂缝地层中传播时，分裂形成偏振方位相互垂直的快波信号S1和慢波信号S2，其可如式(1)所示：

其中，为快波偏振方位，即裂缝走向，δ是快、慢波信号的时间延迟。并且根据图2所示坐标系转换关系，可以取得检波点所接收到的转换波信号的径向分量和切向分量，其可如式(2)所示：

其中，R(t)为所述径向分量，T(t)为所述切向分量，S1(t)为所述快波信号，S2(t)为所述慢波信号，为快波偏振方位。接着，对转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，可以得到第一频率域分量与第二频率域分量，其可如式(3)所示：

其中，F_R(f)为所述第一频率域分量，F_T(f)为所述第二频率域分量，△T是所述转换波信号所在时窗长度，单位为s。

在步骤S104中，对所述第一与第二频率域分量计算，以取得实部数据与虚部数据。也就是说，将式(3)中的第一频率域分量除以第二频率域分量，以得到式(4)，如下所示：

且式(4)可进一步运算，以得到式(5)，如下所示：

其中，当f≠k/δ(k＝1,2...)时，可由式(5)取得实部数据与虚部数据，如式(6)、式(7)所示：

其中，RE_f为所述实部数据，IM_f为所述虚部数据，δ为快慢波时延。

在步骤S106中，对所述实部虚数求取平均值，以得到快波偏振方位。也就是说，对于震源频率范围符合条件的每一个频率f，F_R(f)与F_T(f)都存在上述关系。因此，只需要该频率点f对应的的实部RE_f的数据，就可以根据式(6)求得频率f处的快波偏振方位。进一步的，如果对RE_f求取平均值可以得到有效频率区间所有f值对应的平均快波偏振方位如式(8)所示：

其中，其中，为快波偏振方位，为所述实部数据的平均值，k为任意整数。在0～π区间内，有相隔π/2的两个解，分别对应快、慢波极化方向。在快波偏振方位随频率变化不大的一般情况下，上述求均值处理可以有效地压制噪声，提高各向异性参数求取的抗噪性。

在步骤S108中，对所述快波偏振方位与所述虚部数进行行计算，以取得快慢波时延。也就是说，将快波偏振方位代回式(7)，可以得到快慢波时延，如式(9)所示：

其中，δ为所述快慢波时延。

在步骤S110中，利用所述快波偏振方位与所述快慢波时延，对所述转换波信号进行快慢波分离，以取得快波信号与慢波信号，并对所述慢波信号的时差进行补偿。其中，所述快波信号与慢波信号可如式(10)所示：

其中，S1(t)为所述快波信号，S2(t)为所述慢波信号，为快波偏振方位；

且对所述慢波信号的时差进行补偿可如式(11)所示：

S2(t)＝S2(t+δ)， (11)

其中，S2(t+δ)为所述慢波信号的补偿时差。

在步骤S112中，对所述快波信号与慢波信号进行旋回，以取得旋回后的径向分量和切向分量，可如式(2)所示。也就是说，将补偿时延后的快、 慢波信号的分量旋回径向和切向，以取得旋回后的径向分量和切向分量，就可以消除原始地震数据中的方位各向异性效应。

另外，上述实施例仅为本发明的一种实施方式，但本发明不限于此，若存在多层各向异性层，且具有不同的对称轴时，必须进行剥层处理。以下将另举一例来说明。

图3是根据本发明实施例的转换波信号的快慢波分离方法的另一流程图。在图3中，步骤S102、S104、S106、S108、S110、S112的相关说明，可以参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

在步骤S302中，将i＝i+1，并回到步骤S102。举例来说，当i＝1时，首先对第1层的转换波信号的各项参数进行计算，如进行步骤S102～S112，以求取第1层的快波偏振方位和时延δ，然后进行快慢波分离和慢波时延补偿，将第1层的方位各向异性影响去除。接着，进入步骤S302中的i＝i+1，即i＝1+1＝2。之后，对下一层(即第2层)执行相同操作(S102～S112)。接着，再进入步骤S302，依次类推，以完成各层的转换波信号的处理。

上述已说明了转换波信号的快慢波分离方法，以下将提供一些实例来验证上述方法的正确性和有效性。

首先针对多层模型进行了试算。该模型共包括4层，第1、3层为定向直立裂缝系组成的各向异性层，其裂缝走向分别是30°、75°，快慢波信号分裂时差分别是5ms、15ms；其它层为各向同性介质。图4a～图4f分别是根据本发明实施例的多层各向异性介质的剥层处理过程的示意图。其中，图4a是合成R、T分量，左为R分量，右为T分量；图4b是第1层R与T分量的振幅谱；图4c是第1层的实部数据RE_f的取值分布；图4d是第1层分离出的快、慢波，未补偿慢波时延，左为S1分量，右为S2分量；图4e是第1层被剥去；图4f是第2层被剥去。褶积合成径向分量和切向分量的两分量地震记录，如图4a所示。假设各向异性参数不随频率变化。

剥层前，首先对第1层的转换波信号进行频谱分析。由图4b可知，转换波能量集中于10Hz～90Hz频率区间，提取该层的的实部数据RE_f在频率范围10Hz～90Hz内的取值分布。由图4c，可知其值均等于ctan(2*30°)， 与理论推导一致。使用本实施例的转换波信号的快慢波分离方法进行剥层处理，首先得到了第1层准确的快波偏振方位和快慢波时延δ，并利用其进行快慢波分离(图4d)和慢波信号的时差补偿，将该层的方位各向异性影响剥除(图4e)，然后再对下一层执行相同操作，依次进行，直到全部层位的方位各向异性都被剥除(图4f)。

由于多波资料信噪比往往较低，有必要分析本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的抗噪性。为此，对模型数据进行加噪测试，如图5a、5b所示。图5a和图5b分别根据本发明实施例的第1层偏振参数的加噪测试实验统计的示意图。在图5a和图5b中，加噪测试200次实验统计表明：当信噪比S/N＝1时，快波偏振方位的误差小于5°，δ的误差小于1个时间采样点。测试结果表明本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的具有较强的抗噪性，鲁棒性较好。

为了规避频率值f取值k/δ(k＝1,2...)时，实部数据RE_f突变造成的误差，在实际处理求取平均值之前，需要首先舍弃突变点，选择RE_f平稳渐变的区间作为有效频率区间，分别如图6a、6b、6c、6d、6e所示。图6a～图6e分别是根据本发明实施例的多层各向异性介质的剥层处理过程的示意图。图6a是第1层的实部A_f的取值分布；图6b是合成R、T分量；图6c是第1层分离出的快、慢波，未补偿慢波时差；图6d是第1层被剥去；图6e是第2层被剥去。在图6a中，方框区域即为需要提前剔除的突变点区域。

图7a、7b、7c为利用本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的应用实例。图7a的左图是初始R分量，图7a的右图是初始T分量；图7b的左图是S1分量，图7b的右图是S2分量，未补偿时延；图7c的左图是补偿方位各向异性的R分量，图7c的右图是补偿方位各向异性的T分量；其中，处理时窗以方框标出。

图7a为经过动校正后径向分量(R分量，图7a的左图)和切向分量(T分量，图7a的右图)的CCP道集。由图7a可见，T分量剖面中存在着与R分量剖面相同强度的横波能量，该地区地层基本水平，因此R分量上能量的存在应与裂缝有关。目的层的反射波同相轴在1580ms～1800ms时间段内， 分析时也只对该时窗内的数据进行计算。图7b为分离后的快波信号S1(图7b的左图)与慢波信号S2(图7a的右图)；图7c为重新合成的、消除了各向异性影响的R分量(图7c的左图)与T分量(图7c的右图)。

图8展示了数个地震道快波偏振方位随频率的变化关系，可见由于各道地震射线的转换点和实际穿过的地层不同以及噪声的影响，快波偏振方位随频率的变化趋势也存在差别，有时会有较大波动。因此，为了探测该层段的整体各向异性特征，使用对不同频率的各向异性参数求均值的方法获得各道的平均各向异性参数。

图9a为各道目的层段裂缝方位角的反演结果，将本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的反演结果与分段滤波传统方法的反演结果进行对比，可见两者基本一致，而且本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的反演结果的连续性要好于分段滤波传统方法。工区测井资料表明，该层位裂缝主方位与测线的夹角约为30°，与地震资料反演结果一致，表明了本实施例的转换波信号的快慢波分离方法的在实际应用中的有效性。获得快慢波时延后，可以按照式(1)计算各向异性因子：

$r=\frac{V_{S1}-V_{S2}}{V_{S2}},---\left(12\right)$

其中，V_S1、V_S2分别为快、慢横波速度，各向异性因子反演结果，如图9b所示。使用该层的横波分裂参数对目的层以下地层进行快慢波旋转分离和快慢波时差补偿，结果如图7c所示，可见此时T分量目的层以下的能量基本去除，而R分量的同相轴得到明显加强，这表明该目的层是地下主要的各向异性介质，通过方位各向异性补偿，目的层以下的方位各向异性影响基本被剥除。

综上所述，根据本发明的技术方案，通过对转换波信号的径向分量和切向分量进行傅里叶变换，得到第一频率域分量与第二频率域分量，对所述第一与第二频率域分量计算，以取得实部数据与虚部数据；对所述实部虚数求取平均值，以得到快波偏振方位；对所述快波偏振方位与所述虚部数进行行计算，以取得快慢波时延；利用所述快波偏振方位与所述快慢波时延，对所述转换波信号进行快慢波分离，以取得快波信号与慢波信号，并对所述慢波 信号的时差进行补偿；对所述快波信号与慢波信号进行旋回，以取得旋回后的径向分量和切向分量。如此一来，可有效地消除原始地震数据中的方位各向异性效应，以获得较为精确的结果。另外，若存在多层各向异性层，且具有不同的对称轴时，本发明也可进一步进行剥层处理，仍可达到相同的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的转换波信号的快慢波分离方法和各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。存储装置为非易失性存储器，如：ROM/RAM、闪存、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。