非零偏VSP波場分離的量化質控

摘 要： 保幅的波場分離是VSP后續屬性研究的關鍵步驟，也是VSP準確成像的基礎處理流程。文章引用參數反演的方法對非零偏VSP的波場進行分離，其中反演出的入射角和視慢度參數在波場傳播過程中具有實際物理意義，利用方法本身的可逆性，將分離出的單純波場對原始波場進行重構，再用重構波場與原始波場進行比較，從而達到對波場分離的保幅效果進行量化質控的目的。應用該方法對實際資料進行了波場分離測試，并對原始資料進行了重構，驗證了保幅的效果，實現了量化質控的振幅保真的單純波場分離。

關鍵詞： VSP 三分量 波場分離 量化質控

一、引言

在地震數據處理中，分離相互干擾的不同波場是一個很關鍵的問題，而VSP觀測系統同時記錄了地面激發產生的下行波和上行波，尤其在有偏移距的VSP觀測系統下，能同時觀測到下行P波、下行P-S波、上行反射P-P波和上行反射P-S波。用于VSP波場分離方法很多，如f-k濾波、Radon變換和中值濾波等，都屬于標量波場分離方法。非零偏VSP波場以一定角度傳播到井中水平和垂直三分量檢波器，這個角度隨著偏移距離和傳播時間的變化而變化，需要引入矢量波場分離方法對其進行分離。

Esmersoy在1988年將反演的方法引入到兩分量VSP的矢量波場分離中來，他通過最優化的方法估算出下行P波和SV波的視慢度和極化角參數，然后將參數代入方程求解波場。隨后這種技術被擴展到能同時分離上行P波和SV波并于下一年發表（Leaney和Esmersoy，1989）。本文引用該反演方法，通過射線追蹤正演約束反演參數，使反演方法更為穩定，參數更快收斂，提高程序運行效率，并著重利用參數反演方法本身的可逆性對分離出下行和上行P波和SV波對原始波場進行重構，與原始輸入波場進行相減，驗證保幅效果。

二、原理

參數反演波場分離方法假設各級井中三分量檢波器接收到的波都是平面波，不同平面波場在時間域的時移，表現在頻率域中就是線性的相位移動：

然后再對這些頻率成分進行逆Fourier變換到時間域，就可以分離出假設的各個波場。

檢波器1到檢波器M是以參考檢波器為中心的，左邊的矩陣可以被看做是旋轉矩陣，為了使解唯一，檢波器級數應該大于假設的波場數N。

將求解方程7得到的單純波場帶入3式，便可以用分離出的單純波場對原始波場進行重構，用原始波場與重構波場想減，以量化的方法對波場分離的保幅效果進行評價。

三、實際數據

野外實際數據來自某井的有偏移距VSP實際觀測資料。震源離井口的偏移距為2000m，取所觀測井段的2720m到3700m，共50級，檢波器級之間的距離20m。對原始數據進行水平分量旋轉處理后，得到水平徑向分量和垂直Z分量記錄如圖1（a）（b）所示，（a）為水平徑向分量，51到100道為垂直Z分量，下行直達P波、下行轉換P-SV波、上行反射P-P波和上行反射轉換P-SV波在圖中清晰可見，然后對這些數據進行振幅保真的波場分離測試。分離出的下行直達P波、下行轉換P-SV波、上行反射P-P波和上行反射轉換P-SV波4種波場如圖1（c）到圖1（f）所示，很好地實現了4種單純波場的保幅分離。

為了檢驗反演出的波場振幅保真程度，用反演出的4種波場對原始數據的水平徑向分量和垂直Z分量進行了重構（如圖4a），結果顯示2張剖面非常吻合，重構波場能量相當于原始波場能量的98.41%，主要區別在于重構的數據在層介質的邊界處與原始輸入數據差異明顯，這種現象主要是由于數據的有限頻帶范圍和參與計算的有限檢波器級數造成的，并且在參與計算的檢波器級之間的地層被假設成了局部各向同性介質。圖8b顯示原始波場與重構波場相減得到的剩余波場，由圖所示層介質的邊界處的速度突變，使在這一深度的反演誤差較大，剩下的能量只是噪聲的水平，與原始輸入數據相比，剩下能量平均只相當于原始數據的1.58%。剩下一些波場的損失一部分可能是由于參數估計誤差引起的，另一部分可能是P-S-P轉換波或其他波場。由反演出的波場對輸入的水平徑向分量和垂直Z分量進行重構，這對波場分離的量化的質量控制是一個非常有力的工具。

四、結語

本文提出引用參數反演波場分離方法對有偏移距VSP資料進行波場分離，通過基于零偏移距建立初始速度模型，射線追蹤正演得到各級檢波器的極化角度，來約束反演參數，使反演效率得以提高，反演結果更加精確。精確的振幅保真能力及算法本身的可逆性使參數反演波場分離方法成為對有偏移距VSP資料波場分離效果進行量化質控的有利工具。參數反演波場分離方法在實際應用方面有很多優勢，它非常適合于非零偏或變偏移距三分量VSP資料波場分離，不受空間采樣率的限制，僅需要很少的檢波器級數，就可以分離出有用的單純波場，降低了生產成本。該方法的保幅效果使其成為VSP資料AVO分析的有利工具，估算出的單純波場的極化角信息可用于研究裂縫方向，地層傾角估算等。