7-转换波共转换点的选排方法分析

转换波共转换点道集的选排方法分析11.前言1.1转换波共转换点道集选排方法研究的意义转换波地震勘探技术正越来越多地受到人们的关注，尤其随着近几年来多分量海底电缆（OBC）技术的实用化使转换波的处理逐渐由研究领域向常规生产领域发展。P-SV转换波处理的常规流程中共转换点（CCP）道集的抽取及叠加是一个很关键的处理步骤，也是转换波处理与常规P波处理的一个最主要的差别之一。人们对转换波，无论是折射的，还是反射的都非常的重视，对PS型的波尤为重视，为此还研究并大量推广了特殊的非对称抽道叠加的共深度点方法。转换波共转换点的选排共转换点（CCP）道集的抽取及叠加的必要前提，能够为更好的得到叠加剖面，也是预处理中的一个非常关键的步骤。对于共转换点道集选排的方法，前人做了大量的研究，也提出了很多方法，这些方法在不同的地质条件下和适当的处理方法下，都有着较好的效果。这些方法的效果是随着使用的地质条件变化的，究竟各种方法的适应范围是怎样的，精确度以及算法的稳定性到底是怎样的，找出这些方法的优缺点，能清楚他们的适应范围，必然会给转换波数据的处理带来更多的便捷，让数据处理精确度得到提高。1.2共转换点的选排方法发展历程及研究现状为了解决日益复杂的地质问题而必须引入横波和转换波的必要性在地震技术的发展早起就已经认识到了。在这一点上作出突出贡献的是苏联，首先由列宁格勒的科学家们总结了前任的理论研究成果，在此基础上，又系统的研究了包括横波震源在内的基本震源类型方向特性，列出了单行波和转换波的反射投射等。随后不久，苏联科学院西伯利亚分院地址和地球物理研究院也开展了这方面的研究，与苏联石油工业部密切配合下，对各方面都进行了大量的方法试验研究。70年代初，就创建了激发剪切波的各种发放，有爆炸型方法，这种方法对于普遍推广横波具有重要的意义]1[。研究成果和新的技术设备使苏联能够在60年代末至70年代初在一系列的丢展开大规模的横波和转换波的方法试验。大部分工作使用反射波法来解决沉积岩转换波共转换点道集的选排方法分析2中找石油找气的问题，在试验方法推广阶段明确了这样一点，即综合利用不同的类型的波（多波地震勘探）能够获得有关勘探目标的新信息。由于转换波上下行波传播路径的不对称性，转换点位于从中心点偏向接收点的一侧，且随深度及界面上下速度变化而变化。目前，转换叠加仍类似常规纵波处理，光抽取共转换点（CCP）而不是共中心点（CMP）道集。资料处理是P-SV转换波技术的重要研究内容,目前转换波处理领域的主要研究内容包括:波场分离、转换点位置的求取、速度分析、动校正、共转换点(CCP)道集抽取、转换波静校正、倾角时差校正与偏移成像等[2]。其中转换波速度分析、CCP道集的抽取与转换波静校正是转换波资料处理中的关键技术。近年来,国内外许多学者在这方面开展了一系列的研究工作,并取得了一些成果,这些成果有力地推动了转换波资料处理技术的发展。关于转换波共转换点数据选排的问题，已有多位学者使用不同的方法对此进行了研究。到目前为止，至少己提出了渐近逼近道分类法]3[、直射线路径近似道分类法]4[、分层CCL选排方法]65[、DMO方法]7[、依赖深度的映射法]8[和基于模型的共转换点道集选排]9[等六种方法。slohtoom和setwart(1989)首先使用依赖深度的映射法来处理转换波叠加的问题。Eatno、Solhtoom、Stewart和Lawtno(l990)等人对该方法继续研究，提出了一种逐样点计算共反射面元的映射方法。在频率一波数域有Alafraj(1993)和耿建华等(1995)的算法，他们的算法都是将Hale(1984)纵波DMO算法在转换波的推广[7]。从总的来说，这六种转换波道集处理方法可分为两大类[10]:第一类包括转换点渐近逼近道分类法、直射线路径近似道分类法和分层CCL选法，在该类方法中都引入一个与CMP道集概念相对应的CCP概念，并抽取CCP道集。该类算法的过程都是先计算出目标反射层上转换点的坐标，然后再把转换点落在反射界面上某一反射点上或该反射点附近的所有记录道选排在一起，组成一个共转换点道集。该类方法的共同特点就是只对某一深度最为正确，都是能在目标层聚焦成像，但在所选反射层的上面或下面，反射界面的叠后成像可能会变得模糊。分层CCL选排方法能够使不同深度的转换波均能达到较好的聚焦效果，但需要在不同层之间进行道集的拼接，实际操作起来也有一些问题。转换波共转换点道集的选排方法分析3第二类包括DMO方法、依赖深度的映射法和基于模型的共转换点道集选排方法，该类方法都没有采用传统的抽取CCP道集的做法，而是通过对记录到的数据进行直接处理，消除正常时差及转换点的侧向位移，以达到实现正确成像的目的。1.3本课题的研究思路及主要内容本课题的内容主要讨论第一类的道集选排方法，即是都引入一个与CMP道集概念相对应的CCP概念，并抽取CCP道集，先计算出来转换点的位置，把落在某一个区间的所有道组合成一个共转换点道集。在这类方法中，最关键的难点就是转换点位置的计算，自从转换波勘探被提出以来，就有很多人在这方面做了大量的研究，提出了很多实用、精确、稳定性好算法简单的方法。主要内容：（1）对前人提出的多种共转换点道集的选排方法的理论知识进行深入的学习。（2）其中有深度变化、炮检距的变化、纵横波速度比的变化等模型条件，然后通过matlab编程，用以上的几种算法进行共转换点位置的计算,把它们与精确的解析解进行对比，指出这些方法的在特定模型下的误差范围及变化趋势。（3）对正演模型数据进行选排方法的分析，用到以上分析的结果，并据此指出各种方法的适应范围和优缺点。主要内容如下流程图：转换波共转换点道集的选排方法分析4分析理解转换点定位的各种算法理论知识↓假定模型（确定变量）↓编程实现算法↓画出转换点变化曲线、各种算法的误差曲线↓对比分析处理效果↓对正演模型数据进行选排分析↓结论转换波共转换点道集的选排方法分析52转换波共转换点道集选排方法的原理2.1转换波的几何特征2.1.1非对称性转换波的运动学特征可用图2-1说明。图1-1是单层均匀介质条件下转换波的射线传播路径图，cx和mx分别为转换点的水平坐标和炮检距的中点，h表示这层的深度，X表示炮检距，S、R分别表示激发点和接收点，由于横波速度Vs小于纵波速度Vp，所以转换波的入射角大于出射角，其射线路径是不对称的，转换点向接收点方向偏离，且其偏离程度与纵横波的速度比值、反射界面以及炮检距等诸多因素有关系。当炮检距X=500m，纵横波速度比值=2.5时，采用迭代法求出来的转换点位置随反射界面埋深的变化情况，可见，当纵横波比固定时，同一个地震道中不同时间采样点所对应的转换点位置是不同的，反射界面越浅，转换点向接收点方向的偏离量越大。2.1.2非可逆性就均匀各向同性介质中水平界面上的反射波而言，P-P波震源和接收点互换后射线的路径是不变的，反射双程旅行时不变，这叫做源检可逆。在原接受点发射P波，可以在原震源点接收到S波，双程旅行时一致，可是路径却是不一样的，原来的P-S就变成了，S-P波。2.1.3非双曲型P-P反射时距曲线是双曲线，而P-S不是双曲线。对于转换波P-S，有：图2-1单层均匀介质转换波射线转换波共转换点道集的选排方法分析6)coscos1(coscos112222pspssppspcvHvHvHXHvXHvttt（2-1）入射P波旅行时pt和出射S波旅行时st可以分别展开成泰勒级数，两者相加，然后求取各个系数就行了，如果我们只展开前三项就可以知道它不是双曲线型的了，因为其中已经有了4x项了。2.1.4非连续性转换波时距曲线在极小值点处是不连续的，因为在转换点处的垂直反射时间P波和S波不相等，实际上在垂向转换波振幅是0，理论上转换波的垂直旅行时应为：)/11()/1(0000000ppspspcttttttt（2-2）因为：0000/)/()/(/psspsptttHtHvv（2-3）2.1.5非几何性转换波射线的关键是转换点C，而C点的确定不是像PP波仅靠几何概念就可以确定的中心点那样，而是要靠物理参数来确定。这是转换波射线理论的核心基础。2.2转换波共转换点特征转化点的客观规律是转换波射线理论的核心，也是转换波处理的理论基础。2.2.1转换波的横坐标cX由图1-1可知源检距（偏移距）pppcssppssppsptpvXXtpvtpvtvtvXXX222sinsin（2-4）它与X的比为：转换波共转换点道集的选排方法分析7图2-2转换点随深度的变化)/1/(1)/1/(1/222psppssctttvtvXX（2-5）2.2.2cX的规律转换点是虽深度而变的，如图2-2（纵横速度比（=2）不变，转换点随深度的变化），图2-3（给定了一个深度，而速度比在变化，这时候是转换点随着速度比的变化而变化，深度为1000米）。（1）转换点偏在接收点一边这是由snell定律决定的，因为sv总是小于pv，出射角也就总是小于入射角，出射路径总是小于入射路径。（2）反射层愈浅转换点C点靠近接收点。这也是根据公式)/1/(1)/1/(1/222sppsppsscvLvLtvtvXX（2-6）深度愈浅，psLL/愈小，XXc/愈大，即cX所占的X的量就愈大，C就愈考进接收点。转换波共转换点道集的选排方法分析8图2-3转换点随纵横波速度比变化（3）反射层愈深C点就愈靠近一条渐近线。反射层逐渐加深或者入射角减小的时候，那么00/pstt就渐进于sppsvvtt//00，这是（2-6）也就变成了：)1/()/11/(0XXXccX最终到达0cX的转换点称作“渐近转换点”。2.2.3中转距D]1[为了求取cX无法直接用上述公式求取，它们的误差都比较大，特别是浅层，因而Tessmer等推导了一个适合的公式，可以较精确的求取这个cX的值。其中用到中心点M与转换点C的水平距离D，可以称作是中转距。由图可以知：)(2/sppXXDorXXDD会随着反射层的深度H、偏移距X和纵横波的速度比而变。转换波共转换点道集的选排方法分析92.3共转换点道集选排的几种典型方法图2-1是单层均匀介质条件下转换波的射线传播路径图，Xc和Xm分别为转换点的水平坐标和炮检距的中点，h表示这层的深度，X表示炮检距，S、R分别表示激发点和接收点，D为中转距。由snell定律知道，spvv/sin/sin(3-1)DxXc2/spvv/22)2/(/)2/(sinhDxDx(2-7)22)2/(/)2/(sinhDxDx(2-8)将（4-2）（4-3）代入(4-1)，得到，2222)2/(/)2/()2/(/)2/(hDxDxhDxDx整理之后，得到一个4次的方程，)1/()1(0)4(16122222422224khxxkxDhDxhD(2-9)由此公式可以看出，转换波的转换点坐标位置是由多个参数共同确定的，转换点偏离炮点的偏离距离px随着纵横波速度的比值增大而增大（见图2-2），随着反射层的深度增大而减小，随着炮检距的增大而增大。这三个因素决定了在复杂介质中求取CCP道集的复杂性。对于水平层状介质，如果反射层深度不是特别浅，根据DIX公式，可以用总厚度相同的等效单一均匀层代替多层介质来近似求取转换点。因此，直射线路径近似的道分类法就是用总厚度相同的等效均匀层代替水平层状介质来近似求取转换点坐标的一种道集选排方法。常常在计算转换点的位置的时候，首先就要进行的是纵横波的速度分析，比如时变、速变转换波动态抽道速度分析法求取纵、横波速度比，特定的观测系统炮检距也是知道的，然后按给定的偏移距面元抽取共偏移距道集，在进行转换波的共偏移距道集的叠加，得到N个叠加剖面，即可以知道介质的深度h（剖面的深度）。这样就可以求取CCP了。转换波共转换点道集的选排方法分析10对于P-