一種三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種利用地面多分量地震數(shù)據(jù)的偏振特性三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法。拾取初至時間，計算每一道三分量地震記錄給定初至時窗的協(xié)方差矩陣，找出絕對值最大的非對角線元素，確定的旋轉角度，構造一次旋轉矩陣，對協(xié)方差矩陣的三個特征值按照從大到小的順序進行排序，循環(huán)計算每一道的主特征向量在XY平面內的投影與X軸的夾角以及主特征向量與Z軸的夾角、方位角，計算檢波器偏離角度，根據(jù)偏離角度對采集的三分量地震數(shù)據(jù)進行校正。本發(fā)明有很高的精度，有效地減小了隨機誤差，提高了計算結果的可靠性和校正的計算效率。
【專利說明】一種三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于石油物探地震資料處理過程中提高信噪比的技術，是一種利用地面多分量地震數(shù)據(jù)的偏振特性三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法。
【背景技術】
[0002]隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，常規(guī)地震勘探技術難以解決某些巖性油氣藏、裂縫性油氣藏等復雜油氣藏的勘探問題，于是勘探工作者紛紛把目光投向多分量地震勘探技術。多分量地震勘探是指用縱/橫波震源激發(fā)，用三分量檢波器記錄地震縱波、橫波(包括快、慢橫波)和轉換波，從而使野外記錄的地震數(shù)據(jù)信息更為豐富，為地質構造成像、裂隙和孔道確定、儲層巖性解釋等提供特定的信息。
[0003]根據(jù)彈性波理論，在各向同性介質中，在空間的任意方向上存在著3種不同類型的波，分別為P波、SV波和SH波，其中P波引起的質點振動在炮檢連線所在的垂向平面內，質點振動方向與地震波的傳播方向一致，SV波引起的質點振動也在炮檢連線所在的垂向平面內，但質點振動方向垂直地震波的傳播方向，SH波引起的質點振動垂直炮檢連線所在的垂向平面內。由于不同類型的波有不同的質點振動方向，所以在多分量地震數(shù)據(jù)的采集過程中，需要嚴格控制三分量檢波器的埋置質量，也就是利用三分量檢波器上的方向標記和調平水泡將三分量檢波器的垂直分量調整到垂直狀態(tài)，將三分量檢波器的X分量平行觀測系統(tǒng)設計的測線方向，只有在這樣的前提下，通過對兩個水平分量數(shù)據(jù)做旋轉，才能將多分量地震勘探中所要得到的SV波的能量集中在以炮檢連線的徑向分量上，將SH波能量集中在垂直炮檢連線方向的切向分量上，垂直分量上則主要是P波能量。但是，在實際多分量數(shù)據(jù)采集過程中，由于野外地質施工條件的復雜性，很難保證每個三分量檢波器都完全按照要求統(tǒng)一埋置，埋置的三分量檢波器調平水泡未調平，方向標記未對準規(guī)定的方向或接收道極性反轉的情況很難完全避免。這樣就會使不同類型的地震波在三個分量上都有能量投影，也就是在接收的多分量數(shù)據(jù)中，Z分量的記錄中含有橫波成分，X分量的記錄中含有縱波和SH波的能量，Y分量的記錄中含有縱波的和SV波的成分。
[0004]針對這一問題，現(xiàn)有的文獻大都是根據(jù)多波數(shù)據(jù)的偏振特征，利用多分量數(shù)據(jù)的初至能量對兩個水平分量數(shù)據(jù)進行旋轉，將多分量地震勘探中所要得到的SV波的能量集中在以炮檢連線的徑向分量上，將SH波能量集中在垂直炮檢連線方向的切向分量上，但是這種做法只能解決三分量檢波器的X分量與炮檢連線方向不完全一致所帶來的問題，由Z分量不垂直所造成的垂直分量和水平分量上的能量互相投影所帶來的問題并沒有解決。
[0005]常用的地震數(shù)據(jù)處理方法是利用多分量地震數(shù)據(jù)初至能量掃描的方法對三分量檢波器進行重定向，其實現(xiàn)過程為:對于任意兩個分量的地震記錄，給定不同的旋轉角，對這兩個分量的地震記錄進行旋轉并計算給定初至時窗內的能量，通過角度掃描得到極小能量對應的角度，將該角度當作三分量檢波器需要校正的角度。該方法原理簡單，易于操作。但是，由于該方法是利用能量極小的規(guī)則掃描檢波器三個分量的偏離角度，在O至360度的范圍內存在兩個相等的極值，這需要利用水聽器記錄分量的初至來判斷偏離角度的極性，如果沒有水聽器分量，該方法的使用會受到限制。并且角度離散掃描的計算方法難以兼顧效率和精度。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種使用不受到限制，兼顧效率和精度的三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法。
[0007]本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn):
[0008]I)利用正交三分量檢波器米集三分量地震記錄；
[0009]2)拾取地震記錄初至時間；
[0010]步驟2)所述的初至時間拾取是在Z分量或水平分量坐標旋轉后的X分量地震記錄上拾取每一道地震記錄的初至時間fbt(i)，i是地震數(shù)據(jù)道順序號，i =
I,2,…，Ntrace, Ntrace是每一個分量地震記錄的總道數(shù)；
[0011]3)計算每一道三分量地震記錄給定初至時窗的協(xié)方差矩陣；
[0012]步驟3)所述的三分量地震數(shù)據(jù)給定初至時窗的協(xié)方差矩陣產(chǎn)的計算公式為:
[0013]
【權利要求】
1.一種三分量檢波器埋置方向高精度校正的方法，特點是采用以下步驟: 1)利用正交三分量檢波器采集三分量地震記錄； 2)拾取地震記錄初至時間； 3)計算每一道三分量地震記錄給定初至時窗的協(xié)方差矩陣； 4)在協(xié)方差矩陣廠~中找出絕對值最大的非對角線元素^，p，q是協(xié)方差矩陣的行列序號，1 < P，3，然后利用相應的矩陣元素計算出sin0和COS0 ;其中，0是由協(xié)方差矩陣元素，c$和O角定的旋轉角度，sin 0和COS0相應的計算過程變量； 5)利用步驟4)得到的sin0和cos 0以及步驟3)得到的協(xié)方差矩陣，計算一次旋轉后的協(xié)方差矩陣P )的元素，i, j=l, 2，3 ； 6)構造一次旋轉矩陣R(1)(p，q，0)； 7)計算一次旋轉后的協(xié)方差矩陣的非對角線元素的平方和E(1)(A)； 8)旋轉變換迭代計算； 9)構造協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量；10)對步驟9)得到的協(xié)方差矩陣的三個特征值按照從大到小的順序進行排序，使A2^ X3，然后，得到排序后的特征值對應的特征向量V1, V2，V3，其中,V1 = (V11V21V31)T，V2 = (V12V22V32)' V3 = (V13V23V33)' Vij是特征向量的元素,最大特征值、I對應的特征向量' 即為質點振動的主方向； 11)特征向量規(guī)則化； 12)計算特征向量W1在XY平面內的投影與X軸的夾角爐以及特征向量W1與Z軸的夾角a ; 13)循環(huán)計算每一道的主特征向量在XY平面內的投影與X軸的夾角以及主特征向量與Z軸的夾角； 14)循環(huán)計算每一道地震數(shù)據(jù)的方位角； 15)計算每一個接收點處的三分量檢波器的X分量與X坐標軸的偏尚角度； 16)計算每一個接收點處的三分量檢波器的Z分量與垂直方向的偏離角度； 17)根據(jù)由步驟15)和步驟16)計算得到的三分量檢波器的X分量與X坐標軸的偏離角度W和Z分量與垂直方向的偏離角度O，對采集的三分量地震數(shù)據(jù)進行校正。
2.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟2)所述的初至時間拾取是在Z分量或水平分量坐標旋轉后的X分量地震記錄上拾取每一道地震記錄的初至時間fbt(i)，i是地震數(shù)據(jù)道順序號，i = I, 2,..., Ntrace, Ntrace是每一個分量地震記錄的總道數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟3)所述的三分量地震數(shù)據(jù)給定初至時窗的協(xié)方差矩陣產(chǎn)"的計算公式為:
4.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟4)所述的sinΘ和C0s Θ的計算公式為:
5.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟5)所述的一次旋轉后的協(xié)方差矩陣的各個元素 的計算公式為:
6.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟6)所述的構造取一次旋轉矩陣R(1)(p，q，Θ)的過程為:利用步驟4)得到的sin0和COS0，在3X3階單位陣I的P行P列，(1行(1列的交叉位置上置入= r? =cos0 ,r? =sin0，r: = -sm0，其它對角線元素為I，其它非對角線元素為0，得到的一次旋轉矩陣為:
7.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟7)所述的一次旋轉后的協(xié)方差矩陣的非對角線元素的平方和的計算公式為:
8.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟8)所述的旋轉變換迭代計算過程為:判斷步驟7)得到的非對角線元素的平方和Εω (A)是否小于給定的閥值δ，如果不小于δ，用步驟5)計算的一次旋轉后的協(xié)方差矩陣f(1)更新步驟3)中的初始協(xié)方差矩陣重復步驟4)-7)，如此類推直到非對角線元素的平方和小于給定的閥值δ，迭代計算結束。
9.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟9)所述的協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量的構造過程為:設經(jīng)過m次旋轉變換計算后，迭代計算終止，則可得到m次旋轉后的協(xié)方差矩陣芒M)，以及每次迭代后的旋轉矩陣R(1)，R(2)，…，Rw，記變換矩陣Pw = R(1)R(2)-R(m),則可以得到協(xié)方差矩陣Ew的特征值為七=4T)是協(xié)方差矩陣f(m)的各個元素，特征值λ j對應的特征向量Pj為變換矩陣Pw的第j列的各個元素，既巧=(p{f pT/ p^f)，j=l，2，3。
10.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟11)所述的特征向量規(guī)則化所用的公式為:
11.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟12)所述的夾角φ和夾角α的計算公式為:

12.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟13)所述的循環(huán)計算過程為:設采集的地震記錄有N炮，每炮有M個接收點，每個接收點三分量接收； 按照步驟3)-步驟12)的實現(xiàn)過程，計算出第i炮，第j個接收點處的主特征向量在XY平面內的投影與X軸的夾角％以及主特征向量與Z軸的夾角aij，i = 1，…，N，j=l，…，M。
13.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟14)所述的第i炮，第j個接收點處的方位角<的計算公式為:


14.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟15)所述的每一個接收點處三分量檢波器的X分量與X坐標軸的偏尚角度Wj的計算公式為:
15.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟16)所述的每一個接收點處三分量檢波器的Z分量與垂直方向的偏離角度的計算公式為:
16.根據(jù)權利要求1的方法，特點是步驟17)所述的對三分量地震數(shù) 據(jù)進行校正的公式為:
【文檔編號】G01V1/36GK103675916SQ201210323186
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權日:2012年9月4日
【發(fā)明者】張文波, 耿偉峰, 李建峰, 侯愛源 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司