[发明专利]一种地震剖面资料处理中基于参数反演的VSP波场分离方法

权利要求书

1.一种基于参数反演的VSP波场分离方法，其特征在于，所述方法首先进行三分量垂直地震剖面资料分析，确定P波和SV波的速度和入射角范围；然后建立各个检波点的波场重构方程，再利用反演算法得出P波和SV波的速度和入射角；然后重构P波和SV波的波形，实现波场分离。

2.根据权利要求1所述的一种基于参数反演的VSP波场分离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)三分量VSP资料分析：包括偏振分析和速度分析，确定P波和SV波的速度和入射角范围；

(2)水平分量旋转：根据计算的P波偏振角，将水平分量旋转到炮检和垂直于炮检的方向；

(3)时移量计算：计算各个检波点相对于中心检波点在频率域的时移量；

(4)建立波场重构方程：建立各个检波点波场重构方程；

(5)参数反演：反演出波场参数；

(6)波场重构：重构波场的P波和SV波波形。

3.根据权利要求2所述的一种基于参数反演的VSP波场分离方法，其特征在于，所述方法在所述步骤(1)之前包括如下设定步骤：

①VSP资料中每个深度点的记录是由上行P波、下行P波、上行SV波以及下行SV波波场构成，其有着各自的传播速度、入射角以及波形；

②同一深度段内检波点记录的同类型波场具有相同的传播速度、入射角以及波形。

4.根据权利要求2或3所述一种基于参数反演的VSP波场分离方法，其特征在于，

所述步骤(1)中，所述偏振分析包括以下步骤：

(11)井下检波器的定位：在三分量VSP资料采集过程中，各个检波点的x、y分量的方向是不固定的，设主偏振方向与x分量的夹角为P波的振动轨迹应该在主偏振轴所处的直线上，该直线方程为：

实际记录的波场信号可能偏离主偏振轴，选择单纯P波或者SV波的时窗，时窗内记录点(x_i，y_i)到主偏振轴的距离为：

引入目标函数：

采用最大似然估计方法，使目标函数(3)最小化，可得到如下关于主偏振主轴方位的解析表达式：

通过前面对井下检波器的定位，得到检波器的旋转方位角合成出VSP的水平径向分量x_r和切线分量y_t：

(12)水平径向分量与垂直分量的旋转；水平径向分量与垂直分量都在炮点、检波点以及井轨迹所处的平面下；在一个记录点的水平径向分量和垂直分量中选取单纯P波或者SV波的时窗，采用第一步的算法就可以得到P波和SV波的偏振方向，即得到它们的偏振角；

所述步骤(1)中的速度分析的步骤如下：

拾取VSP各个波场的同相轴，两个记录点之间的相速度v_phi＝Δh/Δt，Δh为两个记录点之间的深度差，Δt为两个记录点之间的时间差，而层速度v＝v_phi*cos(ψ)，ψ为波场的偏振角；

步骤(2)，将xy水平分量旋转到水平径向方向和切线方向，合成出水平径向分量x_r和切线分量y_t：水平分量包括x分量和y分量，这两个分量是相互垂直的，通过前面对井下检波器的定位，得到检波器的旋转方位角合成出VSP的水平径向分量x_r和切线分量y_t；

所述步骤(3)时移量计算的公式为：

dpm=eiω(zm-z)cosψP/vP]]>dsm=eiω(zm-z)cosψs/vs---(6)]]>

(6)式中，Z_m为m检波点的深度，Z为中心检波点的深度，v_p为P波波速，v_s为SV波波速，ω为角频率，为第m个检波器P波波场相对于中心检波器P波波场在频率域的时移量，为第m个检波器SV波波场相对于中心检波器SV波波场在频率域的时移量，ψ_P为P波的偏振角，ψ_s为SV波的偏振角；

所述步骤(4)中的波场重构方程为：

u*(m,ω)=hpdpmup(ω)+hsdsmus(ω)---(7)]]>

(7)式中，u^*(m，ω)代表同一深度段内第m个检波器的波场，h_p为P波偏振方向，h_s为SV波偏振方向，u_p(ω)为中心检波器的P波波场，u_s(ω)为中心检波器的SV波波场；其中，

hp=-sinψPcosψP]]>hs=cosψssinψs---(8)]]>

所述步骤(5)包括：

(51)将(7)式的波场重构方程简化为：

u^*(m，ω)＝a_pu_p(ω)+a_su_s(ω)(9)

其中，

ap=hpdp-M1.hp.hpdpM2]]>as=hsds-M1.hs.hsdsM2---(10)]]>

(52)计算实际波场与重构波场的均方根误差，计算公式为：

E=Σω||u(ω)-u*(ω)||2---(11)]]>

最后要得到的波场参数要使均方根误差达到最小；

(53)对a_p、a_s进行正交化处理：

v₁＝a_p    ||v₁||²＝L    (12)

v2=as-cLap]]>||v2||2=L2-|c|2L]]>

c=apTas]]>

实际波场与重构波场的均方根误差最小被看作重构波场在所有有效频率的能量最大；

(54)建立目标函数：

maxvp,vs,ψp,ψsP=Σω|V1Tu(ω)|2||V1||2+|V2Tu(ω)|2||V2||2---(13)]]>

(55)求解(13)式目标函数最大值，求得v_p、v_s、ψ_P、ψ_s；

所述步骤(6)中，重构波场的P波波形为：

up*(ω)=1L2-|c|2(LaP*-cas*)Tu(ω)---(14)]]>

重构波场的SV波波形为：

us*(ω)=1L2-|c|2(-caP*+Las*)Tu(ω)---(15)]]>