高阶交错网格有限差分VSP模拟及数据处理

发布时间：2020-11-04 22:12

　　 垂直地震法(VSP:Vertical Seismic Profile)是一种地面激发,井中接收的地震勘探技术。该技术具有干扰少、精度高、信息丰富、拥有明显的运动学和动力学特征等优点,在地震勘探领域获得了广泛应用。文章从波动方程出发,实现了波场数值模拟,并在此基础上获得高精度模拟VSP数据,再利用各种数据处理方法对VSP数据进行处理,达到了预期结果。整个过程包括理论学习及公式推导、程序编制、模拟VSP数据获取、VSP数据处理及解释应用等主要步骤,基本完成了 VSP方法从理论到实践应用的所有环节,对垂直地震有了直观和深刻的理解。文章首先从一阶速度-应力声波方程出发,推导了基于交错网格的高阶有限差分格式,并加入完全匹配层作为吸收人工反射的边界条件。通过编程实现声波的数值传播过程,并深入分析探讨了网格间距、时间步长、差分精度、子波主频、速度大小等因素对波场稳定性及精度的影响。在得到高精度波场模拟结果的基础上,通过将检波器安置在模型内部并在地表激发的方式得到了模拟VSP记录。得到VSP记录还必须进行各种数据处理才能真正使用。VSP数据处理是一项系统工程,且无固定模式,针对不同数据和目的,处理流程不尽相同,但一般都离不开几个核心步骤。本文主要研究核心算法在VSP处理中的作用,主要包括初至提取、上下行波排齐、波场分离、走廊叠加等。初至提取是VSP处理中十分重要的步骤,其准确性对最终结果有决定性作用。文章利用互相关方法来获取初至,得到了理想的结果。利用该方法获取初至要求道与道之间的相似性较高,同时标准道的初至起跳点的获取要尽量精确。得到初至时间后,将VSP数据减去初至时间实现下行波排齐,加上2倍初至时间实现上行波排齐。波场分离是VSP数据处理必不可少的步骤,本文主要实现了奇异值分解(SVD)、频率-波数域方法(f-k)、中值滤波法三种方法的波场分离,并详细分析了三种方法的优劣及适用情况。总的来说三种方法都能实现波场分离,但处理结果受数据特征和方法本身的影响,结果又不尽相同。奇异值分解法要求上下行波严格排齐,这就要求初至提取非常准确。频率-波数域方法由于利用傅里叶变换作为核心,容易引入新的噪声。中值滤波法在使用过程中应以排齐后的上行波或者下行波作为输入,否则结果受到影响,且窗口长度的选择对结果也有很大影响。在处理实际数据时,应根据数据特征来选择最合适的波场分离方法。文章最后叙述了 VSP资料的解释与应用,并对部分应用附图以详细说明其作用。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.4
【部分图文】：

同时沿地面测线布置检波器进行观测，检波器安置在地表，因此被称??为水平地震；而ＶＳＰ测线沿井壁铺设，检波器安置于井中，整个观测装置与地表??基本呈垂直状态，因此被称为垂直地震法。图１．?１展示了常规地震和ＶＳＰ地震的??之间的差别。??（ａ）常规地震观测?（ｂ）?ＶＳＰ地恶观测??图１．１常规地震和ＶＳＰ地震观测示意图??因ＶＳＰ法的检波器被安置在井中，故其接收点分布在被测介质内部，因此，??它对垂直方向的地质构造变化有更直接的反馈，而水平地震是通过地表检波器接??收到的数据来间接研究地质构造的垂向变化的。可见，ＶＳＰ方法能更精确地揭示??波在待研究对象中传播的运动学和动力学特征。ＶＳＰ方法将检波器直接安置于目??标地层中间或者附近，因此，一方面检波器可以直接接收从震源传播至目标点的??２??

信号图像在空间形态上具有一定的相似性，这给ＶＳＰ数据的分析处理带来了便利??性。??图１．２是实际采集的典型ＶＳＰ信号，直迖波、一次反射波、多次反射波较为??清晰，地层分界面也得到了较好的揭示。井深在１９０ｍ左右，井中检波器间距为??２米，采样间隔为０．００１ｓ，采样时间为０．?３５ｓ。距离井口最近的检波器埋置在２０ｍ??深度处。首先从波场能量的角度出发，随着深度和时间的增加能量会因为地下介??质的吸收、衰减、散射和波前扩散而逐渐衰减，表现在图像上就是越靠近左上角??ＶＳＰ信号振幅越大，越远离左上角信号振幅越小。??图中Ａ表示从震源出发直接到迗检波器的直迗波，由于波的传播是从上而下??传播的，因此也称为一次下行波。该波场成分到迗检波器所走过的路径是所有成??分中最小的

?ＩＣＫ）０？?１——＞?１——＊?＊?＊?＾?＊——＊——??图２．?１?ｌＯＯＯｍＸＩＯＯＯｍ均匀速度模型及５０Ｈｚ主频雷克子波??：ｍ＾ｍ?：ｍｓｍ??＿睡圖??ｊｅｄ?？〇?ａｃ?ｅｏｏ?？ｘｏ?＂＾￣〇?ａｏ?？ｅ?？〇?ｗ？??水丰（》＞?水（？〇?＾Ｔ８ｉ．ｋ?＜？）??＿画回??ｏ?ｘａ?？〇?ｔｏｏ?ｎ?ｎ〇Ｄ?ｃ?ｎｏ?ａｓ?ｕｏ?〇〇〇＜〇〇〇〇?？?？〇?ｃｏｄ?ｂｏ?ｈｘｂ??水?水ｆ，）ｌ５?（？）?水Ｔｉｆｔ＃?＜■＞??：＾ｊＨｉｙ?３ＫＫＢＳＭ?ＷＫＳＭ??ｊＢＢｌ??：ＩＢｈＨＩ?＝｜Ｂ８Ｉ??ｎ＞?？〇?？？?ｎｏ?？〇〇?＂＾＂ｏ?ｓｏｄ?＜〇?ｓｏｃ?？〇〇?１０００?ｘｏ?？ａ?ｔｏｏ?ｋｄ?ｋｅｏ??水Ｔｆｔ离＜■）?水平断典＜■）?水ｆ距离（■）??图２．?２不同空间差分精度不同网格间距波场快照比较??２．?６．震源函数??震源类型和加载方式都有很多种类型，本文选择常用的纵波震源，并直接加??载在应力项上。震源函数选择雷克子波，其表达式为，??／（〇?＝?［ｌ?－２＾２／〇２?（／?－／０?）２］ｅ－２／？（－？）２?（２．２１）??式中义为子波主频
【参考文献】

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1 王维红;郭雪豹;石颖;;非局部平均滤波噪声压制方法及其在VSP资料逆时偏移中的应用[J];石油物探;2015年02期

2 田鑫;洪启宇;郑需要;;多测线变偏移距VSP地震各向异性反演[J];地震学报;2015年02期

3 李瑞磊;冯晓辉;陈光宇;;松辽盆地梨树断陷SN167井三维VSP采集参数优化[J];石油物探;2014年06期

4 聂爱兰;;VSP波场分离的径向中值滤波方法[J];煤田地质与勘探;2011年05期

5 丁拼搏;李录明;邓颖华;;非零偏VSP多波波场分离方法[J];物探化探计算技术;2011年05期

6 李彦鹏;陈沅忠;徐刚;郝建波;徐正顺;;大阵列3D-VSP技术在大庆油田的应用[J];石油地球物理勘探;2011年02期

7 郭向宇;凌云;高军;郭建民;孙祥娥;;井地联合地震勘探技术研究[J];石油物探;2010年05期

8 戴华林;刘展;陈亚东;;变偏移距VSP资料处理方法研究[J];内蒙古农业大学学报(自然科学版);2010年03期

9 熊章强;唐圣松;张大洲;;瑞利面波数值模拟中的PML吸收边界条件[J];物探与化探;2009年04期

10 陈可洋;;声波完全匹配层吸收边界条件的改进算法[J];石油物探;2009年01期

本文编号：2870680