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摘 要： 保幅的波场分离是VSP后续属性研究的关键步骤，也是VSP准确成像的基础处理流程。文章引用参数反演的方法对非零偏VSP的波场进行分离，其中反演出的入射角和视慢度参数在波场传播过程中具有实际物理意义，利用方法本身的可逆性，将分离出的单纯波场对原始波场进行重构，再用重构波场与原始波场进行比较，从而达到对波场分离的保幅效果进行量化质控的目的。应用该方法对实际资料进行了波场分离测试，并对原始资料进行了重构，验证了保幅的效果，实现了量化质控的振幅保真的单纯波场分离。
关键词： VSP 三分量 波场分离 量化质控
一、引言
在地震数据处理中，分离相互干扰的不同波场是一个很关键的问题，而VSP观测系统同时记录了地面激发产生的下行波和上行波，尤其在有偏移距的VSP观测系统下，能同时观测到下行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波场分离方法很多，如f-k滤波、Radon变换和中值滤波等，都属于标量波场分离方法。非零偏VSP波场以一定角度传播到井中水平和垂直三分量检波器，这个角度随着偏移距离和传播时间的变化而变化，需要引入矢量波场分离方法对其进行分离。
Esmersoy在1988年将反演的方法引入到两分量VSP的矢量波场分离中来，他通过最优化的方法估算出下行P波和SV波的视慢度和极化角参数，然后将参数代入方程求解波场。随后这种技术被扩展到能同时分离上行P波和SV波并于下一年发表（Leaney和Esmersoy，1989）。本文引用该反演方法，通过射线追踪正演约束反演参数，使反演方法更为稳定，参数更快收敛，提高程序运行效率，并着重利用参数反演方法本身的可逆性对分离出下行和上行P波和SV波对原始波场进行重构，与原始输入波场进行相减，验证保幅效果。
二、原理
参数反演波场分离方法假设各级井中三分量检波器接收到的波都是平面波，不同平面波场在时间域的时移，表现在频率域中就是线性的相位移动：
然后再对这些频率成分进行逆Fourier变换到时间域，就可以分离出假设的各个波场。
检波器1到检波器M是以参考检波器为中心的，左边的矩阵可以被看做是旋转矩阵，为了使解唯一，检波器级数应该大于假设的波场数N。
将求解方程7得到的单纯波场带入3式，便可以用分离出的单纯波场对原始波场进行重构，用原始波场与重构波场想减，以量化的方法对波场分离的保幅效果进行评价。
三、实际数据
野外实际数据来自某井的有偏移距VSP实际观测资料。震源离井口的偏移距为2000m，取所观测井段的2720m到3700m，共50级，检波器级之间的距离20m。对原始数据进行水平分量旋转处理后，得到水平径向分量和垂直Z分量记录如图1（a）（b）所示，（a）为水平径向分量，51到100道为垂直Z分量，下行直达P波、下行转换P-SV波、上行反射P-P波和上行反射转换P-SV波在图中清晰可见，然后对这些数据进行振幅保真的波场分离测试。分离出的下行直达P波、下行转换P-SV波、上行反射P-P波和上行反射转换P-SV波4种波场如图1（c）到图1（f）所示，很好地实现了4种单纯波场的保幅分离。
为了检验反演出的波场振幅保真程度，用反演出的4种波场对原始数据的水平径向分量和垂直Z分量进行了重构（如图4a），结果显示2张剖面非常吻合，重构波场能量相当于原始波场能量的98.41%，主要区别在于重构的数据在层介质的边界处与原始输入数据差异明显，这种现象主要是由于数据的有限频带范围和参与计算的有限检波器级数造成的，并且在参与计算的检波器级之间的地层被假设成了局部各向同性介质。图8b显示原始波场与重构波场相减得到的剩余波场，由图所示层介质的边界处的速度突变，使在这一深度的反演误差较大，剩下的能量只是噪声的水平，与原始输入数据相比，剩下能量平均只相当于原始数据的1.58%。剩下一些波場的损失一部分可能是由于参数估计误差引起的，另一部分可能是P-S-P转换波或其他波场。由反演出的波场对输入的水平径向分量和垂直Z分量进行重构，这对波场分离的量化的质量控制是一个非常有力的工具。
四、结语
本文提出引用参数反演波场分离方法对有偏移距VSP资料进行波场分离，通过基于零偏移距建立初始速度模型，射线追踪正演得到各级检波器的极化角度，来约束反演参数，使反演效率得以提高，反演结果更加精确。精确的振幅保真能力及算法本身的可逆性使参数反演波场分离方法成为对有偏移距VSP资料波场分离效果进行量化质控的有利工具。参数反演波场分离方法在实际应用方面有很多优势，它非常适合于非零偏或变偏移距三分量VSP资料波场分离，不受空间采样率的限制，仅需要很少的检波器级数，就可以分离出有用的单纯波场，降低了生产成本。该方法的保幅效果使其成为VSP资料AVO分析的有利工具，估算出的单纯波场的极化角信息可用于研究裂缝方向，地层倾角估算等。
关键词： VSP 三分量 波场分离 量化质控
一、引言
在地震数据处理中，分离相互干扰的不同波场是一个很关键的问题，而VSP观测系统同时记录了地面激发产生的下行波和上行波，尤其在有偏移距的VSP观测系统下，能同时观测到下行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波场分离方法很多，如f-k滤波、Radon变换和中值滤波等，都属于标量波场分离方法。非零偏VSP波场以一定角度传播到井中水平和垂直三分量检波器，这个角度随着偏移距离和传播时间的变化而变化，需要引入矢量波场分离方法对其进行分离。
Esmersoy在1988年将反演的方法引入到两分量VSP的矢量波场分离中来，他通过最优化的方法估算出下行P波和SV波的视慢度和极化角参数，然后将参数代入方程求解波场。随后这种技术被扩展到能同时分离上行P波和SV波并于下一年发表（Leaney和Esmersoy，1989）。本文引用该反演方法，通过射线追踪正演约束反演参数，使反演方法更为稳定，参数更快收敛，提高程序运行效率，并着重利用参数反演方法本身的可逆性对分离出下行和上行P波和SV波对原始波场进行重构，与原始输入波场进行相减，验证保幅效果。
二、原理
参数反演波场分离方法假设各级井中三分量检波器接收到的波都是平面波，不同平面波场在时间域的时移，表现在频率域中就是线性的相位移动：
然后再对这些频率成分进行逆Fourier变换到时间域，就可以分离出假设的各个波场。
检波器1到检波器M是以参考检波器为中心的，左边的矩阵可以被看做是旋转矩阵，为了使解唯一，检波器级数应该大于假设的波场数N。
将求解方程7得到的单纯波场带入3式，便可以用分离出的单纯波场对原始波场进行重构，用原始波场与重构波场想减，以量化的方法对波场分离的保幅效果进行评价。
三、实际数据
野外实际数据来自某井的有偏移距VSP实际观测资料。震源离井口的偏移距为2000m，取所观测井段的2720m到3700m，共50级，检波器级之间的距离20m。对原始数据进行水平分量旋转处理后，得到水平径向分量和垂直Z分量记录如图1（a）（b）所示，（a）为水平径向分量，51到100道为垂直Z分量，下行直达P波、下行转换P-SV波、上行反射P-P波和上行反射转换P-SV波在图中清晰可见，然后对这些数据进行振幅保真的波场分离测试。分离出的下行直达P波、下行转换P-SV波、上行反射P-P波和上行反射转换P-SV波4种波场如图1（c）到图1（f）所示，很好地实现了4种单纯波场的保幅分离。
为了检验反演出的波场振幅保真程度，用反演出的4种波场对原始数据的水平径向分量和垂直Z分量进行了重构（如图4a），结果显示2张剖面非常吻合，重构波场能量相当于原始波场能量的98.41%，主要区别在于重构的数据在层介质的边界处与原始输入数据差异明显，这种现象主要是由于数据的有限频带范围和参与计算的有限检波器级数造成的，并且在参与计算的检波器级之间的地层被假设成了局部各向同性介质。图8b显示原始波场与重构波场相减得到的剩余波场，由图所示层介质的边界处的速度突变，使在这一深度的反演误差较大，剩下的能量只是噪声的水平，与原始输入数据相比，剩下能量平均只相当于原始数据的1.58%。剩下一些波場的损失一部分可能是由于参数估计误差引起的，另一部分可能是P-S-P转换波或其他波场。由反演出的波场对输入的水平径向分量和垂直Z分量进行重构，这对波场分离的量化的质量控制是一个非常有力的工具。
四、结语
本文提出引用参数反演波场分离方法对有偏移距VSP资料进行波场分离，通过基于零偏移距建立初始速度模型，射线追踪正演得到各级检波器的极化角度，来约束反演参数，使反演效率得以提高，反演结果更加精确。精确的振幅保真能力及算法本身的可逆性使参数反演波场分离方法成为对有偏移距VSP资料波场分离效果进行量化质控的有利工具。参数反演波场分离方法在实际应用方面有很多优势，它非常适合于非零偏或变偏移距三分量VSP资料波场分离，不受空间采样率的限制，仅需要很少的检波器级数，就可以分离出有用的单纯波场，降低了生产成本。该方法的保幅效果使其成为VSP资料AVO分析的有利工具，估算出的单纯波场的极化角信息可用于研究裂缝方向，地层倾角估算等。