一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置的制造方法
一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及地球物理勘探中垂直地震数据的处理和解释领域，特别涉及一种垂直 地震数据频率属性的提取方法及装置。
【背景技术】
[0002] 地震数据的地震属性可以指对地震数据经过数学变换得到的有关地震波的几何 形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征。利用地震数据的地震属性，可以了解地下岩 石、流体的物理特征以及地质体构造情况，对于有效挖掘隐藏于地震数据中的有关岩性和 储层物性信息具有深远而现实的意义。与地震储层预测密切相关的地震属性的优化问题也 逐渐为人们所重视。
[0003] 地震属性的提取，通常可以指在地面地震处理中，对成像前的道集数据进行数学 变换，从而可以得到道集数据中的属性信息。这些属性信息包括了大量与流体物质和断裂 方向直接有关的信息。
[0004] 与地面地震相比，垂直地震剖面（VSP，Vertical Seismic Profiling)具有反射振 幅强、信噪比高、初至波清晰、波场信息丰富的特点。利用VSP数据可以提取高精度的地震 属性。
[0005] 目前现有技术在利用VSP数据提取频率属性时，往往在对VSP数据进行动校正处 理、偏移处理或转换成像处理之后才开始进行频率属性的提取。这样的提取方法往往会导 致VSP数据拉伸、畸变的现象。由于地震数据的频率属性具有高敏感度，当VSP数据产生拉 伸、畸变后，根据VSP数据提取的频率属性也往往会遭到破坏。
[0006] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0007] 本申请实施例的目的在于提供一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，能 够保护高度敏感的频率属性，提高提取频率属性的精度。
[0008] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置是这样实现 的：
[0009] 一种垂直地震数据频率属性的提取方法，包括：
[0010] 对垂直地震VSP数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第 二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量 在空间上互为正交关系；
[0011] 根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢 量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的 切向分量数据；
[0012] 分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到反褶积运算后 的径向分量数据以及切向分量数据；
[0013] 对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场，对 所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场；
[0014] 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据 转换为频域数据；
[0015] 提取所述频域数据中的频率属性。
[0016] -种垂直地震数据频率属性的提取装置，包括：
[0017] 预处理单元，用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一 水平分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及 所述垂直分量在空间上互为正交关系；
[0018] 分量数据获取单元，用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量 以及所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于 炮点和检波点连线方向的切向分量数据；
[0019] 反褶积运算单元，用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运 算，得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据；
[0020] 波场分离单元，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上 行转换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波 场；
[0021] 频域转换单元，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数 据，并将所述时域数据转换为频域数据；
[0022] 属性提取单元，用来提取所述频域数据中的频率属性。
[0023] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，通过优化 VSP数据的处理流程，减少了数据处理过程中对频率属性的破坏。具体的，提出了一种先提 取频率属性再进行动校正或成像处理的实现方法，因为将提取频率属性的操作提到了动校 正处理、偏移处理或转换成像处理之前，从而避免了 VSP数据的拉伸或畸变对提取的频率 属性的准确性的影响，达到了有效提高频率属性的提取精度的技术效果。
【附图说明】
[0024] 图1为本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法的流程图；
[0025] 图2为本申请实施例建立的观测系统的工作原理图；
[0026] 图3是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的Z分量数据图；
[0027] 图4是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的X分量数据图；
[0028] 图5是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的Y分量数据图；
[0029] 图6是本申请实施例中利用传统方法处理得到的主频属性；
[0030] 图7是本申请实施例中利用本申请的方法处理后得到的主频属性；图8为本申请 实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取装置的功能模块图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护 的范围。
[0032] 图1为本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法的流程图。如图 1所示，所述方法包括：
[0033] S100 :对VSP数据进行预处理，获取所述VSP数据中的第一水平分量，第二水平分 量以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量在空间上互为正交关系。
[0034] 垂直地震是一种区别于地面地震的观测方法。采集观测时在地表附近的一些点上 激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点上进行观测。在垂直地震 剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以不仅能接收到自下而上传播的上行纵波和 上行转换波，也能接收到自上而下传播的下行纵波及下行转换波，甚至能接收到横波。这是 垂直地震剖面与地面地震剖面相比最重要的一个特点。垂直地震剖面即为多个检波器所记 录的数据在同一张地震剖面上并列显示。这些记录可以作为野外采集的地震数据。在利用 这些地震数据之前，往往需要对其进行预处理。
[0035] 在本申请实施例中，为了保护VSP数据的原始属性，往往通过下面三个步骤来进 行地震数据的预处理：
[0036] S101 :对采集的原始数据进行数据解编。
[0037] 在本申请实施例中，首先可以对采集到的原始数据进行数据解编。数据解编可以 指将所述采集到的原始数据转换为可读取并可用于计算的数据的过程。在进行野外采集地 震数据时，采集的原始数据往往以某一格式进行存储，然而以这种格式存储的数据往往不 能直接由计算机读取。因此，在本申请实施例中需要对野外采集的数据进行数据解编。例 如，野外采集的原始数据往往是以非ASCII码格式存储的，原因在于这样的存储方式所占 用的空间小，所需加密的数据也易于处理。然而计算器往往只能读取和处理ASCII码格式 的数据，因此需要采用本领域常规的手段，将非ASCII码的原始数据转换为ASCII码格式的 数据，以便后续利用计算机进行读取和处理。
[0038] S102 :对所述解编后的数据进行筛选处理。
[0039] 在某些实施例中，可以对解编后的数据进行筛选处理。所述筛选处理可以包括道 编辑、剔除废炮废道以及重复数据处理。在实际施工过程中，有时会因为激发问题，导致地 震数据记录中不包含地下信息，这种记录就是废炮记录；有时因为接收问题，导致该道记录 无效，这道记录就是废道记录。在某些情况下，由于激发和接收的问题，还会产生多道采集 参数完全相同的地震数据。在进行原始地震数据处理前，必须剔除这些废炮废道记录，并且 需要对重复的数据进行处理。在本申请实施例中，区别于常规的处理手段，当存在多道采集 参数完全相同的有效数据时，往往不进行通常的叠加处理，而是仅优选出其中一道，舍弃其 它数据。这样可以更好地保护VSP数据的原始属性。
[0040] S103:对所述筛选处理后的数据进行道集分选，并获 取所述道集分选数据中的第 一水平分量，第二水平分量以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量 在空间上互为正交关系。
[0041] 在某些实施例中，可以对筛选处理后的数据进行道集分选。所述道集分选可以指 将符合预定要求的部分地震道数据重新排列到一起，形成新的地震数据集合。在本申请实 施例中，在进行道集分选后，可以获取所述道集分选数据中的第一水平分量，第二水平分量 以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量在空间上互为正交关系。
[0042] 具体地，图2为本申请实施例建立的观测系统的工作原理图。如图2所示，位于激 发点的炮点从地面发射直达波，该直达波穿过地层到达检波点，被位于检波点的三分量检 波器接收。三分量检波器接收到的数据包括水平分量：第一水平分量和第二水平分量，在 图2中分别对应X分量和Y分量；以及垂直分量垂直分量，在图2中对应Z分量。如图2所 示，X，Y，Z三个分量在空间中互为正交关系。X分量与Y分量决定的平面与地面平行，Z分 量垂直于X分量与Y分量决定的平面。激发点到检波点的直达波在X分量与Y分量决定的 平面中的投影为H方向。
[0043] 图3,图4和图5是本申请的一个实施例采集到的VSP三分量原始数据图，分别对 应着Z分量，X分量和Y分量。如图3,图4和图5所不，横坐标为测量深度，单位为米；纵坐 标为记录时间，单位为毫秒。
[0044] S200:根据预设规则对所述获取的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量进 行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方 向的切向分量数据。
[0045] 在某些实施例中，在获取到VSP数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直 分量后，可以根据预设规则对这三个分量进行矢量旋转，得到径向分量数据以及切向分量 数据。在本申请实施例中，具体可以分为以下两个步骤来完成：
[0046] S201 :根据能量最大化准则，对第一水平分量和第二水平分量进行同步旋转，得到 径向水平分量。
[0047] 上述三分量检波器接收数据的方向往往是固定的。三分量检波器接收到的每个激 发点对应的数据分量需要经过一个共同的标准进行重新定位，才能进一步地被后续步骤使 用。在本申请实施例中，可以根据能量最大化准则，首先对第一水平分量和第二水平分量进 行同步旋转，得到径向水平分量。如图2所示，激发点至检波点的连线方向可以称为径向方 向。在该径向方向的数据分量便可以称为步骤S200中所述的径向分量数据。该径向分量 数据在X分量和Y分量决定的水平平面内的投影便可以称为径向水平分量。该径向水平分 量的方向便可以为图2中所示的H方向。
[0048] 本申请实施例可以将三分量检波器接收到的X分量和Y分量进行水平同步旋转， 确定出定位角度0。如图2所示，实线标出的X分量和Y分量为三分量检波器接收到的原 始分量，虚线标出的X分量和Y分量为水平同步旋转定向后的分量。经过水平旋转后的X 分量与H方向的夹角就可以为上述的定位角度0。该定向角度0的求取过程如下所述：
[0049] 将水平分量X分量和Y分量在H方向上进行投影，得到径向水平分量H(t)为：
[0050] H(t) = X (t) cos 0+Y (t) sin 0
[0051] 其中，X(t)为三分量检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记录的Y分 量数据，H(t)为径向水平分量数据，t为记录时间，0为水平定向角度。
[0052] 根据能量最大化准则，随着0的不同，径向水平分量的能量也会不同，当能量达 到最大值时取得的0就是定向角度。根据能量表达式为：
[0054] 其中，0为水平定向角度，E(f3)为定向角度为0时径向水平分量的能量值，NS 参与统计的时窗长度，j为时间采样点，其取值范围从时窗N的起点到终点，X(t)为三分量 检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记录的Y分量数据，t为记录时间。
[0055] 当E(|3)达到最大值时，
[0057]求得定位角度0值为：
[0059] 其中，0为水平定向角度，N为参与统计的时窗长度，j为时间采样点，其取值范围 从时窗N的起点到终点，X(t)为三分量检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记 录的Y分量数据，t为记录时间。
[0060]将求得的定位角度0代入径向水平分量H(t)=X(t) cos |3+Y(t) sin |3中，便可 以得到径向水平分量。
[0061] S202:根据能量最大化准则，对所述径向水平分量和垂直分量进行同步旋转，得到 径向分量数据以及切向分量数据。
[0062] 在本申请实施例中，与径向方向垂直的方向可以称为切向方向，在切向方向上的 分量数据便可以称为切向分量数据。在某些实施例中，在获取到径向水平分量数据后，可以 根据步骤S201中相同的方法，将径向水平分量和垂直分量进行垂直同步旋转，便可以得到 径向分量数据和切向分量数据。具体地，假设垂直同步旋转后的垂直定向角度为0，那么将 上述径向切向分量和垂直分量经过垂直定向旋转后，分别在径向方向和切向方向的投影可 以表示为：
[0064] 其中，H(t)为径向水平分量，Z(t)为三分量检波器记录的Z分量数据，P(t)为径 向分量数据，R(t)为切向分量数据，t为记录时间，0为垂直定向角度。
[0065] 根据能量最大化准则，当径向分量数据的能量值达到最大时取得的0就是垂直 定向角度，具体可以根据步骤S201中的求解方法，得到垂直定向角度可以表示为：
[0067] 其中，0为垂直定向角度，M为参与统计的时窗长度，i为时间采样点，其取值范围 从时窗M的起点到终点，H(t)为径向水平分量数据，Z(t)为三分量检波器记录的Z分量数 据，t为记录时间。
[0068] 将求得的定位角度0代入径向分量数据和切向分量数据的表达式中，便可以得 到径向分量数据和切向分量数据。
[0069] S300:分别对所述得到的径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到 反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据。
[0070] 在某些实施例中，当得到径向分量数据以及切向分量数据后，会对这两个数据分 别进行反褶积运算。如果将野外采集到的地震数据看成是反射系数序列与地震子波的褶 积，那么反褶积就是要消除这种褶积过程，从采集到的地震数据中得到反射系数序列。反褶 积可以通过改造地震激发子波，进而消除地震激发子波在传播过程中所受的虚反射、层间 多次反射和大地滤波等影响。在申请实施例中，首先可以利用步骤S200中得到的径向分量 数据提取反褶积算子，然而再分别对步骤S200中所得到的径向分量数据和切向分量数据 进行反褶积处理，得到反褶积后的径向分量数据以及切向分量数据。
[0071] 为了实现上述的反褶积算子的提取，可以对径向分量数据通过波场分离得到下行 纵波的波场，以该下行纵波的波场中的每一个地震道数据作为反褶积算子Pd(t)。
[0072] 提取到所述反褶积算子后，便可以利用该反褶积算子，分别对各个地震道中的径 向分量数据和切向分量数据按照下式进行反褶积运算：
[0074]式中，P(t)为径向分量数据，R(t)为切向分量数据，P' (t)为反褶积后的径向分 量数据，R' (t)为反褶积后的切向分量数据，Pd(t)为反褶积算子，t为记录时间。
[0075] S400:对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波 场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场。
[0076] 在某些实施例中，对径向分量数据和切向分量数据进行反褶积运算后，可以对该 反褶积运算后的径向分量数据和切向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场以及 上行纵波波场。在地震探勘中，多种地震波信号可以携带丰富的地下信息，然而在多波数据 中，纵、横波波场信息相互混杂，若要有效地分析地层结构，则需要对多种地震波信号进行 波场分离。本申请实施例可以对步骤S300中所得到的反褶积运算后的径向分量数据和切 向分量数据进行波场分离处理，分别得到上行转换横波波场和上行纵波波场。
[0077] 具体地，所述波场分离的处理可以包括下行纵波去除、下行横波和转换横波去除， 以及径向分量数据中上行纵波去除、切向分量数据中上行转换横波去除这几个过程。
[0078] 本申请实施例可以采用减法中值滤波方法进行波场分离，该方法已被证明对地震 数据破坏较小，有益于本申请中对地震频率属性的保护。
[0079] S500:提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时 域数据转换为频域数据。
[0080] 在某些实施例中，得到上行转换横波波场以及上行纵波波场后，可以将所述上行 转换横波波场以及上行纵波波场的时域数据转换为频域数据。具体地，本申请实施例可以 通过下述四个步骤实现时域数据到频域数据的转换：
[0081] S501 :提取所述上行转换横波波场以及上行纵波 波场中的数据部分。
[0082] 所述数据部分可以指地震数据去掉卷头、文本头、二进制文件头以及数据道头后 的道数据，该数据部分可以是一个以采样数为行、道数为列的数字矩阵。
[0083] S502:确定数据扫描时窗。
[0084] 频率扫描往往需要一定长度的数据，该数据需要结合地震数据的实际频率确 定，通常VSP地震数据主频在20-50HZ之间，以两个波长计算，扫描时窗的长度一般为 40_100ms。
[0085] 需要注意的是，采用更小的扫描时窗将计算得到更敏感的频率属性，但结果稳定 性变差；而采用更大的扫描时窗将计算得到更稳定的属性，但将影响频率属性结果的敏感 程度。
[0086] S503 :根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获取数据串。
[0087] 以步骤S501中提取的数据部分的每一个元素为中心点，在该元素所在的列上，截 取步骤S502中确定的扫描时窗长度所对应的数据串。所述元素指步骤S501中所述数字矩 阵中任意一行和任意一列交点处所对应的数值。
[0088] S504 :对所述获取的数据串进行频率转换，得到频域数据。
[0089] 本申请实施例可以对步骤S503所获取的数据串进行傅立叶变换，从而将时域数 据变换得到频域数据。具体计算方法如下：
[0091] 其中：F(U)为变换后的频域数据，f(t)为步骤S503中获取的数据串的时域数据， ?为地震波角频率，t为记录时间。
[0092] S600 :提取所述频域数据中的频率属性。
[0093] 在某些实施例中，可以从所述转换得到的频域数据中提取地震波的频率属性。地 震频率属性包含很多种，下面本申请实施例以主频属性提取为例进行阐述，其它频率属性 提取和应用均可用相类似的方法得到。
[0094] 具体地，本申请实施例可以统计步骤S504中所获得的频域数据的包络线，并对该 包络线进行平滑处理。所述平滑处理后的包络线的峰值便可以作为步骤S503中获取的数 据串的主频。所述频域数据的包络线，可以指将所述频域数据中的各个频率峰值连接形成 的曲线。该曲线满足下式：
[0096] 其中：'为频率峰值所对应的角频率，F(? ')为频率峰值。
[0097] 依照上述方法，对步骤S501中所述获取的数据部分中的每一个元素提取数据串 并进行主频计算，以计算得到的主频值替换该元素，最终便得到主频属性数据。接着再将步 骤S501中所去掉的卷头、文本头、二进制文件头以及数据道头加到该主频属性数据前面， 便可以获得地震主频属性数据。图6所示为利用传统方法处理得到的主频属性，图7所示 本申请实施例中利用本申请的方法处理后得到的主频属性，对比可知采用新方法可以很好 的避免处理过程因波形的拉伸和畸变带来的频率属性失真现象。申请实施例以主频属性提 取为例进行阐述，其它频率属性提取和应用均可用相类似的方法得到，这里不再赘述。
[0098] 在实际应用场景中，待处理的VSP地震数据往往可以分为零偏VSP地震数据和非 零偏VSP地震数据。根据不同的VSP地震数据，进行频率属性成果获得的步骤也不同，下面 将简要叙述这两种不同VSP地震数据进行频率属性成果获得的步骤：
[0099] 当步骤S100中所处理的VSP数据为零偏VSP数据时，可以通过下述三个步骤进行 频率属性成果获得：
[0100] S1 :利用步骤S100中的VSP数据，拾取零偏时距曲线；
[0101] S2:利用所述拾取的零偏时距曲线并且结合VSP观测系统的参数，计算零偏VSP均 方根速度；
[0102] S3 :利用所述拾取的零偏时距曲线和所述计算的均方根速度，对步骤S600中所提 取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
[0103] 在本领域中，步骤S3中所述的动校正处理计算方法比较成熟，可以借助现有的处 理软件实现。本申请实施例与现有技术不同的是，在进行动校正处理时，处理的数据并不是 现有技术中常用的地震波场，而是本申请中所提取的频率属性波场。
[0104] 本申请实施例通过步骤S100至步骤S600以及步骤S1至步骤S3的处理流程，可 以减少数据处理过程中对VSP地震频率属性的伤害，同时回避了零偏VSP地震波场在动校 正处理过程中产生的地震波场拉伸现象，能够有效保护零偏VSP数据的频率属性。
[0105] 当步骤S100中所处理的VSP数据为非零偏VSP数据时，可以通过下述三个步骤进 行频率属性成果获得：
[0106] S10 :利用步骤S100中的VSP数据，拾取非零偏时距曲线。
[0107] S20 :获取观测井所在位置处的地层均方根速度。
[0108] 该地层均方根速度可以由步骤S10中非零偏时距曲线、步骤S1中零偏时距曲线以 及零偏VSP速度三者计算得到。
[0109] 所述计算地层均方根速度的过程，首先可以由零偏VSP速度建立初始模型，在进 行正演非零偏旅行时，可以对比旅行时的非零偏时距曲线与步骤S10中实际的非零偏时距 曲线，并依照对比结果修正零偏VSP速度模型。本申请实施例可以通过反复修正的过程， 直至正演得到的旅行时的非零偏时距曲线与实际的非零偏时距曲线之差小于一个预定门 槛值。这样，所得修正后的速度即可以为地层均方根速度。所述的预定门槛值一般不大于 lms〇
[0110] S30 :利用步骤S10中的非零偏时距曲线和步骤S20中获取的地层均方根速度，以 及步骤S600中所得到的频率属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零偏频率 属性成果。
[0111] 所述VSP-CDP叠加处理和VSP偏移处理计算方法为本领域中成熟的技术，可借助 现有的处理软件实现。本申请实施例与现有技术不同的是，在进行VSP-CDP叠加处理和VSP 偏移处理时，处理的数据不是地震波场，而是本申请中所提取的频率属性波场。
[0112] 本申请实施例通过步骤S100至S600以及步骤S10至S30的处理流程，可以减少 数据处理过程中对VSP地震频率属性的伤害，同时回避了非零偏VSP地震波场成像处理过 程中产生的地震波场拉伸和畸变现象，保护了非零偏VSP数据的频率属性。
[0113] 本申请实施例还提供一种垂直地震数据频率属性的提取装置。图8为本申请实施 例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取装置的功能模块图。如图8所示，所述装置包 括：
[0114] 预处理单元100,用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第 一水平分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以 及所述垂直分量在空间上互为正交关系；
[0115]分量数据获取单元200,用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分 量以及所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直 于炮点和检波点连线方向的切向分量数据；
[0116] 反褶积运算单元300,用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶 积运算，得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据；
[0117] 波场分离单元400，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到 上行转换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波 场；
[0118] 频域转换单元500,用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域 数据，并将所述时域数据转换为频域数据；
[0119] 属性提取单元600,用来提取所述频域数据中的频率属性。
[0120] 在本申请一优选实施例中，所述预处理单元100具体可以包括：
[0121] 数据解编模块101，用来对采集的垂直地震原始数据进行数据解编；
[0122] 筛选处理模块102,用来对解编后的数据进行筛选处理；
[0123] 道集分选模块103,用来对筛选处理后的数据进行道集分选，并获取所述道集分选 数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量。
[0124] 在本申请另一优选实施例中，所述分量数据获取单元200具体可以包括：
[0125] 第一旋转模块201，用来根据能量最大化准则，对所述第一水平分量和所述第二水 平分量进行同步旋转，得到径向水平分量；
[0126] 第二旋转模块202,用来对所述径向水平分量和所述垂直分量进行同步旋转，得到 径向分量数据以及切向分量数据。
[0127] 在本申请另一优选实施例中，所述频域转换单元500具体可以包括：
[0128] 数据提取模块501，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的数据 部分；
[0129] 时窗确定模块502,用来确定数据扫描时窗；
[0130] 数据串获取模块503,用来根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获 取数据串；
[0131] 转换模块504,用来利用傅里叶变换，对所述获取的数据串 进行频率转换，得到频 域数据。
[0132] 在本申请另一优选实施例中，所述属性提取单元600具体可以包括：
[0133] 包络线处理模块601，用来统计所述频率转换后的频域数据的包络线，并对该包络 线进行平滑处理；
[0134] 峰值提取模块602,用来提取所述平滑处理后的包络线的峰值，并将所述峰值作为 所述频域数据的频率属性。
[0135] 在本申请一优选实施例中，所述装置除了包括上述100至600这些功能模块外，还 包括：
[0136] 零偏属性成果获取单元700,用来当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利 用所述零偏垂直地震数据，拾取零偏时距曲线；利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震 观测系统的参数，计算零偏垂直地震的均方根速度；利用所述零偏时距曲线和所述均方根 速度，对所述提取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
[0137] 在本申请另一优选实施例中，所述装置除了包括上述100至600这些功能模块外， 还包括：
[0138] 非零偏属性成果获取单元800,用来利用所述VSP数据，拾取非零偏时距曲线；获 取观测井所在位置处的地层均方根速度；利用所述拾取的非零偏时距曲线和所述获取的地 层均方根速度以及所述提取的频率属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零 偏频率属性成果。
[0139] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，通过优化 VSP数据的处理流程，减少数据处理过程中对频率属性的破坏。同时提出了一种全新的先提 取频率属性再进行动校正或成像处理的方法，在该过程中固化了地震波频率信息，从而回 避了在VSP观测方式下动校正处理、偏移处理或转换成像处理过程中出现的VSP数据拉伸、 畸变现象，保护高敏感度的VSP频率属性特征，提高了提取频率属性的精度。
[0140] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质 上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。该计算机软件产品 可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些 部分所述的方法。
【主权项】
1. 一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，包括： 对垂直地震VSP数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第二水 平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量在空 间上互为正交关系； 根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢量旋 转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的切向 分量数据； 分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到反褶积运算后的径 向分量数据以及切向分量数据； 对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场，对所述 反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场； 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据转换 为频域数据； 提取所述频域数据中的频率属性。2. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述对 垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第二水平分量以及 垂直分量具体包括： 对采集的垂直地震原始数据进行数据解编； 对解编后的数据进行筛选处理； 对筛选处理后的数据进行道集分选，并获取所述道集分选数据中的第一水平分量，第 二水平分量以及垂直分量。3. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述根 据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢量旋转，得 到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的切向分量 数据具体包括： 根据能量最大化准则，对所述第一水平分量和所述第二水平分量进行同步旋转，得到 径向水平分量； 根据能量最大化准则，对所述径向水平分量和所述垂直分量进行同步旋转，得到径向 分量数据以及切向分量数据。4. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述反 褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据具体表示为：其中，P(t)为径向分量数据，R(t)为切向分量数据，Pd(t)为反褶积算子，P' (t)为反 褶积运算后的径向分量数据，W (t)为反褶积运算后的切向分量数据。5. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述提 取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据转换为频域 数据具体包括： 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的数据部分； 确定数据扫描时窗； 根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获取数据串； 利用傅里叶变换，对所述获取的数据串进行频率转换，得到频域数据。6. 如权利要求5所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述提 取频域数据中的频率属性具体包括： 统计所述频率转换后的频域数据的包络线，并对该包络线进行平滑处理； 提取所述平滑处理后的包络线的峰值，并将所述峰值作为所述频域数据的频率属性。7. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，在所述 提取频域数据中的频率属性的步骤之后，所述方法还包括： 当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利用所述零偏垂直地震数据，拾取零偏 时距曲线； 利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震观测系统的参数，计算零偏垂直地震的均方 根速度； 利用所述零偏时距曲线和所述均方根速度，对所述提取的频率属性进行动校正处理， 得到零偏频率属性成果。8. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，在所述 提取频域数据中的频率属性的步骤之后，所述方法还包括： 当所述垂直地震数据为非零偏垂直地震数据时，利用所述非零偏垂直地震数据，拾取 非零偏时距曲线； 获取观测井所在位置处的地层均方根速度； 利用所述拾取的非零偏时距曲线和所述获取的地层均方根速度以及所述提取的频率 属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零偏频率属性成果。9. 一种垂直地震数据频率属性的提取装置，其特征在于，包括： 预处理单元，用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平 分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述 垂直分量在空间上互为正交关系； 分量数据获取单元，用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及 所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点 和检波点连线方向的切向分量数据； 反褶积运算单元，用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算， 得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据； 波场分离单元，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转 换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场； 频域转换单元，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并 将所述时域数据转换为频域数据； 属性提取单元，用来提取所述频域数据中的频率属性。10. 如权利要求9所述的一种垂直地震数据频率属性的提取装置，其特征在于，其特征 在于，所述装置还包括： 零偏属性成果获取单元，用来当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利用所述 零偏垂直地震数据，拾取零偏时距曲线；利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震观测系 统的参数，计算零偏垂直地震的均方根速度；利用所述零偏时距曲线和所述均方根速度，对 所述提取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
【专利摘要】本申请提供一种垂直地震数据频率属性提取方法及装置。所述方法包括：对VSP数据进行预处理，获取所述VSP数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量；对所述获取的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量进行定向旋转，得到径向分量数据以及切向分量数据；分别对所述得到的径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算；分别对所述反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场以及上行纵波波场；将所述上行转换横波波场以及上行纵波波场的时域数据转换为频域数据；提取所述频域数据中的频率属性。本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法及装置，能够保护高度敏感的频率属性，提高提取频率属性的精度。
【IPC分类】G01V1/28
【公开号】CN104898163
【申请号】CN201510257181
【发明人】蔡志东, 王艳华, 范桦, 邓晶晶, 张天仓
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
【技术领域】
[0001] 本申请涉及地球物理勘探中垂直地震数据的处理和解释领域，特别涉及一种垂直 地震数据频率属性的提取方法及装置。
【背景技术】
[0002] 地震数据的地震属性可以指对地震数据经过数学变换得到的有关地震波的几何 形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征。利用地震数据的地震属性，可以了解地下岩 石、流体的物理特征以及地质体构造情况，对于有效挖掘隐藏于地震数据中的有关岩性和 储层物性信息具有深远而现实的意义。与地震储层预测密切相关的地震属性的优化问题也 逐渐为人们所重视。
[0003] 地震属性的提取，通常可以指在地面地震处理中，对成像前的道集数据进行数学 变换，从而可以得到道集数据中的属性信息。这些属性信息包括了大量与流体物质和断裂 方向直接有关的信息。
[0004] 与地面地震相比，垂直地震剖面（VSP，Vertical Seismic Profiling)具有反射振 幅强、信噪比高、初至波清晰、波场信息丰富的特点。利用VSP数据可以提取高精度的地震 属性。
[0005] 目前现有技术在利用VSP数据提取频率属性时，往往在对VSP数据进行动校正处 理、偏移处理或转换成像处理之后才开始进行频率属性的提取。这样的提取方法往往会导 致VSP数据拉伸、畸变的现象。由于地震数据的频率属性具有高敏感度，当VSP数据产生拉 伸、畸变后，根据VSP数据提取的频率属性也往往会遭到破坏。
[0006] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0007] 本申请实施例的目的在于提供一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，能 够保护高度敏感的频率属性，提高提取频率属性的精度。
[0008] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置是这样实现 的：
[0009] 一种垂直地震数据频率属性的提取方法，包括：
[0010] 对垂直地震VSP数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第 二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量 在空间上互为正交关系；
[0011] 根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢 量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的 切向分量数据；
[0012] 分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到反褶积运算后 的径向分量数据以及切向分量数据；
[0013] 对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场，对 所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场；
[0014] 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据 转换为频域数据；
[0015] 提取所述频域数据中的频率属性。
[0016] -种垂直地震数据频率属性的提取装置，包括：
[0017] 预处理单元，用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一 水平分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及 所述垂直分量在空间上互为正交关系；
[0018] 分量数据获取单元，用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量 以及所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于 炮点和检波点连线方向的切向分量数据；
[0019] 反褶积运算单元，用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运 算，得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据；
[0020] 波场分离单元，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上 行转换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波 场；
[0021] 频域转换单元，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数 据，并将所述时域数据转换为频域数据；
[0022] 属性提取单元，用来提取所述频域数据中的频率属性。
[0023] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，通过优化 VSP数据的处理流程，减少了数据处理过程中对频率属性的破坏。具体的，提出了一种先提 取频率属性再进行动校正或成像处理的实现方法，因为将提取频率属性的操作提到了动校 正处理、偏移处理或转换成像处理之前，从而避免了 VSP数据的拉伸或畸变对提取的频率 属性的准确性的影响，达到了有效提高频率属性的提取精度的技术效果。
【附图说明】
[0024] 图1为本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法的流程图；
[0025] 图2为本申请实施例建立的观测系统的工作原理图；
[0026] 图3是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的Z分量数据图；
[0027] 图4是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的X分量数据图；
[0028] 图5是本申请实施例采集到的VSP三分量原始数据图中的Y分量数据图；
[0029] 图6是本申请实施例中利用传统方法处理得到的主频属性；
[0030] 图7是本申请实施例中利用本申请的方法处理后得到的主频属性；图8为本申请 实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取装置的功能模块图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护 的范围。
[0032] 图1为本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法的流程图。如图 1所示，所述方法包括：
[0033] S100 :对VSP数据进行预处理，获取所述VSP数据中的第一水平分量，第二水平分 量以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量在空间上互为正交关系。
[0034] 垂直地震是一种区别于地面地震的观测方法。采集观测时在地表附近的一些点上 激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点上进行观测。在垂直地震 剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以不仅能接收到自下而上传播的上行纵波和 上行转换波，也能接收到自上而下传播的下行纵波及下行转换波，甚至能接收到横波。这是 垂直地震剖面与地面地震剖面相比最重要的一个特点。垂直地震剖面即为多个检波器所记 录的数据在同一张地震剖面上并列显示。这些记录可以作为野外采集的地震数据。在利用 这些地震数据之前，往往需要对其进行预处理。
[0035] 在本申请实施例中，为了保护VSP数据的原始属性，往往通过下面三个步骤来进 行地震数据的预处理：
[0036] S101 :对采集的原始数据进行数据解编。
[0037] 在本申请实施例中，首先可以对采集到的原始数据进行数据解编。数据解编可以 指将所述采集到的原始数据转换为可读取并可用于计算的数据的过程。在进行野外采集地 震数据时，采集的原始数据往往以某一格式进行存储，然而以这种格式存储的数据往往不 能直接由计算机读取。因此，在本申请实施例中需要对野外采集的数据进行数据解编。例 如，野外采集的原始数据往往是以非ASCII码格式存储的，原因在于这样的存储方式所占 用的空间小，所需加密的数据也易于处理。然而计算器往往只能读取和处理ASCII码格式 的数据，因此需要采用本领域常规的手段，将非ASCII码的原始数据转换为ASCII码格式的 数据，以便后续利用计算机进行读取和处理。
[0038] S102 :对所述解编后的数据进行筛选处理。
[0039] 在某些实施例中，可以对解编后的数据进行筛选处理。所述筛选处理可以包括道 编辑、剔除废炮废道以及重复数据处理。在实际施工过程中，有时会因为激发问题，导致地 震数据记录中不包含地下信息，这种记录就是废炮记录；有时因为接收问题，导致该道记录 无效，这道记录就是废道记录。在某些情况下，由于激发和接收的问题，还会产生多道采集 参数完全相同的地震数据。在进行原始地震数据处理前，必须剔除这些废炮废道记录，并且 需要对重复的数据进行处理。在本申请实施例中，区别于常规的处理手段，当存在多道采集 参数完全相同的有效数据时，往往不进行通常的叠加处理，而是仅优选出其中一道，舍弃其 它数据。这样可以更好地保护VSP数据的原始属性。
[0040] S103:对所述筛选处理后的数据进行道集分选，并获 取所述道集分选数据中的第 一水平分量，第二水平分量以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量 在空间上互为正交关系。
[0041] 在某些实施例中，可以对筛选处理后的数据进行道集分选。所述道集分选可以指 将符合预定要求的部分地震道数据重新排列到一起，形成新的地震数据集合。在本申请实 施例中，在进行道集分选后，可以获取所述道集分选数据中的第一水平分量，第二水平分量 以及垂直分量，所述第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量在空间上互为正交关系。
[0042] 具体地，图2为本申请实施例建立的观测系统的工作原理图。如图2所示，位于激 发点的炮点从地面发射直达波，该直达波穿过地层到达检波点，被位于检波点的三分量检 波器接收。三分量检波器接收到的数据包括水平分量：第一水平分量和第二水平分量，在 图2中分别对应X分量和Y分量；以及垂直分量垂直分量，在图2中对应Z分量。如图2所 示，X，Y，Z三个分量在空间中互为正交关系。X分量与Y分量决定的平面与地面平行，Z分 量垂直于X分量与Y分量决定的平面。激发点到检波点的直达波在X分量与Y分量决定的 平面中的投影为H方向。
[0043] 图3,图4和图5是本申请的一个实施例采集到的VSP三分量原始数据图，分别对 应着Z分量，X分量和Y分量。如图3,图4和图5所不，横坐标为测量深度，单位为米；纵坐 标为记录时间，单位为毫秒。
[0044] S200:根据预设规则对所述获取的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量进 行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方 向的切向分量数据。
[0045] 在某些实施例中，在获取到VSP数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直 分量后，可以根据预设规则对这三个分量进行矢量旋转，得到径向分量数据以及切向分量 数据。在本申请实施例中，具体可以分为以下两个步骤来完成：
[0046] S201 :根据能量最大化准则，对第一水平分量和第二水平分量进行同步旋转，得到 径向水平分量。
[0047] 上述三分量检波器接收数据的方向往往是固定的。三分量检波器接收到的每个激 发点对应的数据分量需要经过一个共同的标准进行重新定位，才能进一步地被后续步骤使 用。在本申请实施例中，可以根据能量最大化准则，首先对第一水平分量和第二水平分量进 行同步旋转，得到径向水平分量。如图2所示，激发点至检波点的连线方向可以称为径向方 向。在该径向方向的数据分量便可以称为步骤S200中所述的径向分量数据。该径向分量 数据在X分量和Y分量决定的水平平面内的投影便可以称为径向水平分量。该径向水平分 量的方向便可以为图2中所示的H方向。
[0048] 本申请实施例可以将三分量检波器接收到的X分量和Y分量进行水平同步旋转， 确定出定位角度0。如图2所示，实线标出的X分量和Y分量为三分量检波器接收到的原 始分量，虚线标出的X分量和Y分量为水平同步旋转定向后的分量。经过水平旋转后的X 分量与H方向的夹角就可以为上述的定位角度0。该定向角度0的求取过程如下所述：
[0049] 将水平分量X分量和Y分量在H方向上进行投影，得到径向水平分量H(t)为：
[0050] H(t) = X (t) cos 0+Y (t) sin 0
[0051] 其中，X(t)为三分量检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记录的Y分 量数据，H(t)为径向水平分量数据，t为记录时间，0为水平定向角度。
[0052] 根据能量最大化准则，随着0的不同，径向水平分量的能量也会不同，当能量达 到最大值时取得的0就是定向角度。根据能量表达式为：
[0054] 其中，0为水平定向角度，E(f3)为定向角度为0时径向水平分量的能量值，NS 参与统计的时窗长度，j为时间采样点，其取值范围从时窗N的起点到终点，X(t)为三分量 检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记录的Y分量数据，t为记录时间。
[0055] 当E(|3)达到最大值时，
[0057]求得定位角度0值为：
[0059] 其中，0为水平定向角度，N为参与统计的时窗长度，j为时间采样点，其取值范围 从时窗N的起点到终点，X(t)为三分量检波器记录的X分量数据，Y(t)为三分量检波器记 录的Y分量数据，t为记录时间。
[0060]将求得的定位角度0代入径向水平分量H(t)=X(t) cos |3+Y(t) sin |3中，便可 以得到径向水平分量。
[0061] S202:根据能量最大化准则，对所述径向水平分量和垂直分量进行同步旋转，得到 径向分量数据以及切向分量数据。
[0062] 在本申请实施例中，与径向方向垂直的方向可以称为切向方向，在切向方向上的 分量数据便可以称为切向分量数据。在某些实施例中，在获取到径向水平分量数据后，可以 根据步骤S201中相同的方法，将径向水平分量和垂直分量进行垂直同步旋转，便可以得到 径向分量数据和切向分量数据。具体地，假设垂直同步旋转后的垂直定向角度为0，那么将 上述径向切向分量和垂直分量经过垂直定向旋转后，分别在径向方向和切向方向的投影可 以表示为：
[0064] 其中，H(t)为径向水平分量，Z(t)为三分量检波器记录的Z分量数据，P(t)为径 向分量数据，R(t)为切向分量数据，t为记录时间，0为垂直定向角度。
[0065] 根据能量最大化准则，当径向分量数据的能量值达到最大时取得的0就是垂直 定向角度，具体可以根据步骤S201中的求解方法，得到垂直定向角度可以表示为：
[0067] 其中，0为垂直定向角度，M为参与统计的时窗长度，i为时间采样点，其取值范围 从时窗M的起点到终点，H(t)为径向水平分量数据，Z(t)为三分量检波器记录的Z分量数 据，t为记录时间。
[0068] 将求得的定位角度0代入径向分量数据和切向分量数据的表达式中，便可以得 到径向分量数据和切向分量数据。
[0069] S300:分别对所述得到的径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到 反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据。
[0070] 在某些实施例中，当得到径向分量数据以及切向分量数据后，会对这两个数据分 别进行反褶积运算。如果将野外采集到的地震数据看成是反射系数序列与地震子波的褶 积，那么反褶积就是要消除这种褶积过程，从采集到的地震数据中得到反射系数序列。反褶 积可以通过改造地震激发子波，进而消除地震激发子波在传播过程中所受的虚反射、层间 多次反射和大地滤波等影响。在申请实施例中，首先可以利用步骤S200中得到的径向分量 数据提取反褶积算子，然而再分别对步骤S200中所得到的径向分量数据和切向分量数据 进行反褶积处理，得到反褶积后的径向分量数据以及切向分量数据。
[0071] 为了实现上述的反褶积算子的提取，可以对径向分量数据通过波场分离得到下行 纵波的波场，以该下行纵波的波场中的每一个地震道数据作为反褶积算子Pd(t)。
[0072] 提取到所述反褶积算子后，便可以利用该反褶积算子，分别对各个地震道中的径 向分量数据和切向分量数据按照下式进行反褶积运算：
[0074]式中，P(t)为径向分量数据，R(t)为切向分量数据，P' (t)为反褶积后的径向分 量数据，R' (t)为反褶积后的切向分量数据，Pd(t)为反褶积算子，t为记录时间。
[0075] S400:对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波 场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场。
[0076] 在某些实施例中，对径向分量数据和切向分量数据进行反褶积运算后，可以对该 反褶积运算后的径向分量数据和切向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场以及 上行纵波波场。在地震探勘中，多种地震波信号可以携带丰富的地下信息，然而在多波数据 中，纵、横波波场信息相互混杂，若要有效地分析地层结构，则需要对多种地震波信号进行 波场分离。本申请实施例可以对步骤S300中所得到的反褶积运算后的径向分量数据和切 向分量数据进行波场分离处理，分别得到上行转换横波波场和上行纵波波场。
[0077] 具体地，所述波场分离的处理可以包括下行纵波去除、下行横波和转换横波去除， 以及径向分量数据中上行纵波去除、切向分量数据中上行转换横波去除这几个过程。
[0078] 本申请实施例可以采用减法中值滤波方法进行波场分离，该方法已被证明对地震 数据破坏较小，有益于本申请中对地震频率属性的保护。
[0079] S500:提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时 域数据转换为频域数据。
[0080] 在某些实施例中，得到上行转换横波波场以及上行纵波波场后，可以将所述上行 转换横波波场以及上行纵波波场的时域数据转换为频域数据。具体地，本申请实施例可以 通过下述四个步骤实现时域数据到频域数据的转换：
[0081] S501 :提取所述上行转换横波波场以及上行纵波 波场中的数据部分。
[0082] 所述数据部分可以指地震数据去掉卷头、文本头、二进制文件头以及数据道头后 的道数据，该数据部分可以是一个以采样数为行、道数为列的数字矩阵。
[0083] S502:确定数据扫描时窗。
[0084] 频率扫描往往需要一定长度的数据，该数据需要结合地震数据的实际频率确 定，通常VSP地震数据主频在20-50HZ之间，以两个波长计算，扫描时窗的长度一般为 40_100ms。
[0085] 需要注意的是，采用更小的扫描时窗将计算得到更敏感的频率属性，但结果稳定 性变差；而采用更大的扫描时窗将计算得到更稳定的属性，但将影响频率属性结果的敏感 程度。
[0086] S503 :根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获取数据串。
[0087] 以步骤S501中提取的数据部分的每一个元素为中心点，在该元素所在的列上，截 取步骤S502中确定的扫描时窗长度所对应的数据串。所述元素指步骤S501中所述数字矩 阵中任意一行和任意一列交点处所对应的数值。
[0088] S504 :对所述获取的数据串进行频率转换，得到频域数据。
[0089] 本申请实施例可以对步骤S503所获取的数据串进行傅立叶变换，从而将时域数 据变换得到频域数据。具体计算方法如下：
[0091] 其中：F(U)为变换后的频域数据，f(t)为步骤S503中获取的数据串的时域数据， ?为地震波角频率，t为记录时间。
[0092] S600 :提取所述频域数据中的频率属性。
[0093] 在某些实施例中，可以从所述转换得到的频域数据中提取地震波的频率属性。地 震频率属性包含很多种，下面本申请实施例以主频属性提取为例进行阐述，其它频率属性 提取和应用均可用相类似的方法得到。
[0094] 具体地，本申请实施例可以统计步骤S504中所获得的频域数据的包络线，并对该 包络线进行平滑处理。所述平滑处理后的包络线的峰值便可以作为步骤S503中获取的数 据串的主频。所述频域数据的包络线，可以指将所述频域数据中的各个频率峰值连接形成 的曲线。该曲线满足下式：
[0096] 其中：'为频率峰值所对应的角频率，F(? ')为频率峰值。
[0097] 依照上述方法，对步骤S501中所述获取的数据部分中的每一个元素提取数据串 并进行主频计算，以计算得到的主频值替换该元素，最终便得到主频属性数据。接着再将步 骤S501中所去掉的卷头、文本头、二进制文件头以及数据道头加到该主频属性数据前面， 便可以获得地震主频属性数据。图6所示为利用传统方法处理得到的主频属性，图7所示 本申请实施例中利用本申请的方法处理后得到的主频属性，对比可知采用新方法可以很好 的避免处理过程因波形的拉伸和畸变带来的频率属性失真现象。申请实施例以主频属性提 取为例进行阐述，其它频率属性提取和应用均可用相类似的方法得到，这里不再赘述。
[0098] 在实际应用场景中，待处理的VSP地震数据往往可以分为零偏VSP地震数据和非 零偏VSP地震数据。根据不同的VSP地震数据，进行频率属性成果获得的步骤也不同，下面 将简要叙述这两种不同VSP地震数据进行频率属性成果获得的步骤：
[0099] 当步骤S100中所处理的VSP数据为零偏VSP数据时，可以通过下述三个步骤进行 频率属性成果获得：
[0100] S1 :利用步骤S100中的VSP数据，拾取零偏时距曲线；
[0101] S2:利用所述拾取的零偏时距曲线并且结合VSP观测系统的参数，计算零偏VSP均 方根速度；
[0102] S3 :利用所述拾取的零偏时距曲线和所述计算的均方根速度，对步骤S600中所提 取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
[0103] 在本领域中，步骤S3中所述的动校正处理计算方法比较成熟，可以借助现有的处 理软件实现。本申请实施例与现有技术不同的是，在进行动校正处理时，处理的数据并不是 现有技术中常用的地震波场，而是本申请中所提取的频率属性波场。
[0104] 本申请实施例通过步骤S100至步骤S600以及步骤S1至步骤S3的处理流程，可 以减少数据处理过程中对VSP地震频率属性的伤害，同时回避了零偏VSP地震波场在动校 正处理过程中产生的地震波场拉伸现象，能够有效保护零偏VSP数据的频率属性。
[0105] 当步骤S100中所处理的VSP数据为非零偏VSP数据时，可以通过下述三个步骤进 行频率属性成果获得：
[0106] S10 :利用步骤S100中的VSP数据，拾取非零偏时距曲线。
[0107] S20 :获取观测井所在位置处的地层均方根速度。
[0108] 该地层均方根速度可以由步骤S10中非零偏时距曲线、步骤S1中零偏时距曲线以 及零偏VSP速度三者计算得到。
[0109] 所述计算地层均方根速度的过程，首先可以由零偏VSP速度建立初始模型，在进 行正演非零偏旅行时，可以对比旅行时的非零偏时距曲线与步骤S10中实际的非零偏时距 曲线，并依照对比结果修正零偏VSP速度模型。本申请实施例可以通过反复修正的过程， 直至正演得到的旅行时的非零偏时距曲线与实际的非零偏时距曲线之差小于一个预定门 槛值。这样，所得修正后的速度即可以为地层均方根速度。所述的预定门槛值一般不大于 lms〇
[0110] S30 :利用步骤S10中的非零偏时距曲线和步骤S20中获取的地层均方根速度，以 及步骤S600中所得到的频率属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零偏频率 属性成果。
[0111] 所述VSP-CDP叠加处理和VSP偏移处理计算方法为本领域中成熟的技术，可借助 现有的处理软件实现。本申请实施例与现有技术不同的是，在进行VSP-CDP叠加处理和VSP 偏移处理时，处理的数据不是地震波场，而是本申请中所提取的频率属性波场。
[0112] 本申请实施例通过步骤S100至S600以及步骤S10至S30的处理流程，可以减少 数据处理过程中对VSP地震频率属性的伤害，同时回避了非零偏VSP地震波场成像处理过 程中产生的地震波场拉伸和畸变现象，保护了非零偏VSP数据的频率属性。
[0113] 本申请实施例还提供一种垂直地震数据频率属性的提取装置。图8为本申请实施 例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取装置的功能模块图。如图8所示，所述装置包 括：
[0114] 预处理单元100,用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第 一水平分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以 及所述垂直分量在空间上互为正交关系；
[0115]分量数据获取单元200,用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分 量以及所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直 于炮点和检波点连线方向的切向分量数据；
[0116] 反褶积运算单元300,用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶 积运算，得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据；
[0117] 波场分离单元400，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到 上行转换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波 场；
[0118] 频域转换单元500,用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域 数据，并将所述时域数据转换为频域数据；
[0119] 属性提取单元600,用来提取所述频域数据中的频率属性。
[0120] 在本申请一优选实施例中，所述预处理单元100具体可以包括：
[0121] 数据解编模块101，用来对采集的垂直地震原始数据进行数据解编；
[0122] 筛选处理模块102,用来对解编后的数据进行筛选处理；
[0123] 道集分选模块103,用来对筛选处理后的数据进行道集分选，并获取所述道集分选 数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量。
[0124] 在本申请另一优选实施例中，所述分量数据获取单元200具体可以包括：
[0125] 第一旋转模块201，用来根据能量最大化准则，对所述第一水平分量和所述第二水 平分量进行同步旋转，得到径向水平分量；
[0126] 第二旋转模块202,用来对所述径向水平分量和所述垂直分量进行同步旋转，得到 径向分量数据以及切向分量数据。
[0127] 在本申请另一优选实施例中，所述频域转换单元500具体可以包括：
[0128] 数据提取模块501，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的数据 部分；
[0129] 时窗确定模块502,用来确定数据扫描时窗；
[0130] 数据串获取模块503,用来根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获 取数据串；
[0131] 转换模块504,用来利用傅里叶变换，对所述获取的数据串 进行频率转换，得到频 域数据。
[0132] 在本申请另一优选实施例中，所述属性提取单元600具体可以包括：
[0133] 包络线处理模块601，用来统计所述频率转换后的频域数据的包络线，并对该包络 线进行平滑处理；
[0134] 峰值提取模块602,用来提取所述平滑处理后的包络线的峰值，并将所述峰值作为 所述频域数据的频率属性。
[0135] 在本申请一优选实施例中，所述装置除了包括上述100至600这些功能模块外，还 包括：
[0136] 零偏属性成果获取单元700,用来当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利 用所述零偏垂直地震数据，拾取零偏时距曲线；利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震 观测系统的参数，计算零偏垂直地震的均方根速度；利用所述零偏时距曲线和所述均方根 速度，对所述提取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
[0137] 在本申请另一优选实施例中，所述装置除了包括上述100至600这些功能模块外， 还包括：
[0138] 非零偏属性成果获取单元800,用来利用所述VSP数据，拾取非零偏时距曲线；获 取观测井所在位置处的地层均方根速度；利用所述拾取的非零偏时距曲线和所述获取的地 层均方根速度以及所述提取的频率属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零 偏频率属性成果。
[0139] 本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性的提取方法及装置，通过优化 VSP数据的处理流程，减少数据处理过程中对频率属性的破坏。同时提出了一种全新的先提 取频率属性再进行动校正或成像处理的方法，在该过程中固化了地震波频率信息，从而回 避了在VSP观测方式下动校正处理、偏移处理或转换成像处理过程中出现的VSP数据拉伸、 畸变现象，保护高敏感度的VSP频率属性特征，提高了提取频率属性的精度。
[0140] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质 上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。该计算机软件产品 可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些 部分所述的方法。
【主权项】
1. 一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，包括： 对垂直地震VSP数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第二水 平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量在空 间上互为正交关系； 根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢量旋 转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的切向 分量数据； 分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算，得到反褶积运算后的径 向分量数据以及切向分量数据； 对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场，对所述 反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场； 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据转换 为频域数据； 提取所述频域数据中的频率属性。2. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述对 垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平分量，第二水平分量以及 垂直分量具体包括： 对采集的垂直地震原始数据进行数据解编； 对解编后的数据进行筛选处理； 对筛选处理后的数据进行道集分选，并获取所述道集分选数据中的第一水平分量，第 二水平分量以及垂直分量。3. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述根 据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述垂直分量进行矢量旋转，得 到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点和检波点连线方向的切向分量 数据具体包括： 根据能量最大化准则，对所述第一水平分量和所述第二水平分量进行同步旋转，得到 径向水平分量； 根据能量最大化准则，对所述径向水平分量和所述垂直分量进行同步旋转，得到径向 分量数据以及切向分量数据。4. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述反 褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据具体表示为：其中，P(t)为径向分量数据，R(t)为切向分量数据，Pd(t)为反褶积算子，P' (t)为反 褶积运算后的径向分量数据，W (t)为反褶积运算后的切向分量数据。5. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述提 取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并将所述时域数据转换为频域 数据具体包括： 提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的数据部分； 确定数据扫描时窗； 根据所述确定的扫描时窗，从所述提取的数据部分中获取数据串； 利用傅里叶变换，对所述获取的数据串进行频率转换，得到频域数据。6. 如权利要求5所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，所述提 取频域数据中的频率属性具体包括： 统计所述频率转换后的频域数据的包络线，并对该包络线进行平滑处理； 提取所述平滑处理后的包络线的峰值，并将所述峰值作为所述频域数据的频率属性。7. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，在所述 提取频域数据中的频率属性的步骤之后，所述方法还包括： 当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利用所述零偏垂直地震数据，拾取零偏 时距曲线； 利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震观测系统的参数，计算零偏垂直地震的均方 根速度； 利用所述零偏时距曲线和所述均方根速度，对所述提取的频率属性进行动校正处理， 得到零偏频率属性成果。8. 如权利要求1所述的一种垂直地震数据频率属性的提取方法，其特征在于，在所述 提取频域数据中的频率属性的步骤之后，所述方法还包括： 当所述垂直地震数据为非零偏垂直地震数据时，利用所述非零偏垂直地震数据，拾取 非零偏时距曲线； 获取观测井所在位置处的地层均方根速度； 利用所述拾取的非零偏时距曲线和所述获取的地层均方根速度以及所述提取的频率 属性，通过VSP-CDP叠加处理或VSP偏移处理得到非零偏频率属性成果。9. 一种垂直地震数据频率属性的提取装置，其特征在于，包括： 预处理单元，用来对垂直地震数据进行预处理，获取所述垂直地震数据中的第一水平 分量，第二水平分量以及垂直分量，其中，所述第一水平分量，所述第二水平分量以及所述 垂直分量在空间上互为正交关系； 分量数据获取单元，用来根据预设规则对所述第一水平分量，所述第二水平分量以及 所述垂直分量进行矢量旋转，得到炮点和检波点连线方向的径向分量数据以及垂直于炮点 和检波点连线方向的切向分量数据； 反褶积运算单元，用来分别对所述径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算， 得到反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据； 波场分离单元，用来对所述反褶积运算后的径向分量数据进行波场分离，得到上行转 换横波波场，对所述反褶积运算后的切向分量数据进行波场分离，得到上行纵波波场； 频域转换单元，用来提取所述上行转换横波波场以及上行纵波波场中的时域数据，并 将所述时域数据转换为频域数据； 属性提取单元，用来提取所述频域数据中的频率属性。10. 如权利要求9所述的一种垂直地震数据频率属性的提取装置，其特征在于，其特征 在于，所述装置还包括： 零偏属性成果获取单元，用来当所述垂直地震数据为零偏垂直地震数据时，利用所述 零偏垂直地震数据，拾取零偏时距曲线；利用所述零偏时距曲线并且结合垂直地震观测系 统的参数，计算零偏垂直地震的均方根速度；利用所述零偏时距曲线和所述均方根速度，对 所述提取的频率属性进行动校正处理，得到零偏频率属性成果。
【专利摘要】本申请提供一种垂直地震数据频率属性提取方法及装置。所述方法包括：对VSP数据进行预处理，获取所述VSP数据中的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量；对所述获取的第一水平分量，第二水平分量以及垂直分量进行定向旋转，得到径向分量数据以及切向分量数据；分别对所述得到的径向分量数据以及切向分量数据进行反褶积运算；分别对所述反褶积运算后的径向分量数据以及切向分量数据进行波场分离，得到上行转换横波波场以及上行纵波波场；将所述上行转换横波波场以及上行纵波波场的时域数据转换为频域数据；提取所述频域数据中的频率属性。本申请实施例提供的一种垂直地震数据频率属性提取方法及装置，能够保护高度敏感的频率属性，提高提取频率属性的精度。
【IPC分类】G01V1/28
【公开号】CN104898163
【申请号】CN201510257181
【发明人】蔡志东, 王艳华, 范桦, 邓晶晶, 张天仓
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
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