本发明属于地震数据的处理，具体涉及一种井下垂直地震剖面数据采集系统及其数据三分量转换方法。
背景技术：
1、垂直地震剖面(vertical seismic profile)，即vsp，是一种地震观测方法。垂直剖面是相等于地面地震剖面而言的，该方法是在井中观测地震波场，将三分量地震检波器置于井中不同深度来记录地面震源所产生的地震信号。
2、垂直地震剖面(vsp)是一种地震观测方法，它是与通常地面观测的地震剖面相对应的。地面观测的地震剖面是在地表附近的一些点上激发地震波，同时在沿地面测线布置的一些检波点上进行观测；垂直地震剖面也是在地表附近的一些点上激发地震波，但它是在沿井口不同深度布置的一些检波点上进行观测。
3、前者检波器放在地表，测线沿地面布置，所以又称水平(或地面)地震剖面；后者检波器放在井中，测线沿井孔垂向布置，所以称为垂直地震剖面。在水平地震剖面中，因为检波器置于地面，所以除沿地表传播的直达波和面波外，只能接受到来自地下的上行波；在垂直地震剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以既能接受到自下而上传播的上行波，也能接受到自上而下传播的下行波，这或许是垂直地震剖面与水平地震剖面相比最重要的一个特点。
4、垂直地震剖面实际上也是一种井中观测方法，它是早已广泛使用的地震测井(又称速度检验放炮)方法的变革和发展。地震测井和垂直地震剖面的不同在于：前者只利用记录的初至波，后者不仅利用记录上的初至波，也要利用记录上的续至波；前者的观测点距通常较大，后者的观测点距很小；前者只利用震源在井口附近的零偏移距观测系统，后者还利用震源偏离井口的偏移距观测系统和多偏移距观测系统；前者的目的主要是测定波速，后者主要是研究井旁地层剖面及在实际地质介质中研究波的形成和传播的规律.除此之外，垂直地震剖面在其发展过程中已经研制了专门的仪器系统，试验了成套的野外工作方法，并发展了解释的理论基础.所以它已远远超出地震测井原来的范围，而发展成为一套完整的，独立的，新的观测方法。
5、垂直地震剖面通过观测由地表面激发、井中不同深度上三分量地震检波器(一种特制的三分量检波器)接收地震信号的方法探测井附近地质结构及地层特性的过程。此法既可以接收到上行波，也可接收到下行波；既可以接收地震纵波，也可以接收地震横波。由于此法的地震检波器是安置在井下的地层界面附近，因此可以记录到与介质有关的比较纯的地震子波波形。通过在地层界面附近出现的上、下行波，可以对地震波的方向特征进行研究。此外利用观测质点运动的偏振特性可以研究地层的性质。
6、垂直地震剖面法数据处理分为常规处理及特殊处理两类：前者主要是零井源距(即震源在井口附近激发)vsp数据处理，包括同深度叠加、初至拾取、静态时移和排齐、震源子波整形、带通滤波、振幅处理、分离上行波和下行波、反褶积和垂直叠加等；后者主要是有井源距vsp数据处理、斜井vsp数据处理、三分量vsp数据处理和逆vsp数据处理等。
7、垂直地震剖面方法的应用领域有：(1)利用vsp获得的纯子波改善地面地震记录反褶积的效果，提高分辨率；(2)利用vsp的纵波和横波参数区分地层岩性及研究速度各向异性等，进而划分岩相及估算孔隙度；(3)利用井内管波探测地层裂缝。三维vsp在油气田开发中的应用日益受到重视。
8、分布式光纤声波传感系统(distributedacoustic sensing，简称das)是近年发展出并在迅速发展中的高密度、低成本的地震观测技术.该系统通过提取光纤内不同时刻的背向瑞雷散射光信号之间的相位差，计算光纤各位置沿轴向的形变，从而实现光纤上各个位置的震动波场观测.由于das系统光纤展布灵活，观测采样密集，同时成本较低，而且耐受恶劣环境，数据实时传输便利，因此在诸如地下构造的面波成像、微地震监测、vsp及地面反射地震、油井生产监测等众多领域迅速展开应用，显示出巨大潜力.
9、分布式声学传感器调制解调单元将激光脉冲传输到光纤中。当这种光脉冲沿光纤传播时，光纤内的相互作用导致被称为反向散射的光反射，这是由光纤内的微小应变(或振动)事件决定的，这些事件又是由局部声能引起的。这种反向散射的光沿着光纤向上传播到调制解调单元，在那里以瑞利频率对其进行采样。激光脉冲所需的时间允许反向散射事件准确地映射到光纤距离–这被称为光时域反射计。当今市场上的大多数分布式声学传感系统基于称为相干光时域反射计(cotdr)或相位光时域反射计(φotdr)。
10、用井下铠装光缆采集井中或地震数据时，铠装光缆采集的是地震波沿铠装光缆传播时引起各地震波作用位置光纤内质点在光纤延伸方向上的位移，即光纤的拉伸与压缩；用井下布设三分量速度检波器记录的是地震波传播到每个速度检波器时引起检波器内部包围着磁芯的线圈随地震波波动时的上下或水平移动的速度。如果要对铠装光缆采集的光纤内质点沿光纤延伸方向随地震波波动时的位移数据和三分量地震检波器记录的线圈随地震波波动时的上下和水平移动的速度数据进行对比或联合处理，就需要对铠装光缆采集的井下的光纤质点的沿光纤延伸方向的位移数据进行三分量转换处理。
技术实现思路
1、为了对铠装光缆采集的光纤内质点沿光纤延伸方向随地震波波动时的位移数据和三分量地震检波器记录的线圈随地震波波动时的上下和水平移动的速度数据进行对比或联合处理，就需要对铠装光缆采集的井下的光纤质点的沿光纤延伸方向的位移数据进行三分量转换处理。本发明提出一种分井下垂直地震剖面数据采集系统及其数据三分量转换方法，利用井轨迹的倾角和方位角以及地面震源信号产生的下行直达波和上行反射波在井下铠装光缆接收位置的入射角和方位角信息，将井下用分布式光纤声波传感光纤采集的沿光纤延伸方向的井中垂直地震剖面数据转换成与其相对应位置的井中三分量速度检波器采集的三分量vsp数据相类似三分量das-vsp数据。经过这样转换处理后的三分量das-vsp数据就可以用常规vsp数据处理软件进行处理。
2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
3、井下垂直地震剖面数据采集系统，包括钻孔，井下铠装光缆，地面震源、调制解调仪器，所述的铠装光缆内安装的是高灵敏度抗氢损的单模光纤，所述铠装光缆尾端的光纤上安装消光器，调制解调仪器与铠装光缆内的单模光纤相连接；
4、所述地面震源按照二维震源激发线或三维震源激发网等间距逐点布设，地面震源的间距可为3.125米，或6.25米，或12.5米，或25米，或50米不等。
5、所述地面震源是炸药震源或可控震源或气枪震源或重锤震源或电火花震源中的一种。
6、所述的井下垂直地震剖面数据采集系统的数据三分量转换方法，包括以下步骤：
7、(1)把铠装光缆同步缓慢的下入完钻的钻孔里，所述铠装光缆可以固定在套管外，也可以布设在套管内，还可以固定在套管内的油气管柱上，甚至可以布设在油气管柱内；
8、(2)在井口处把铠装光缆内的单模光纤连接到调制解调仪器的das信号输入端；
9、(3)按照设计的二维震源激发线或三维震源激发网等间距逐点激发地面震源信号，调制解调仪器测量井下由地面震源激发的地震波引起的铠装光缆内单模光纤沿线的位移或应变信号；
10、(4)根据井下陀螺仪实测的井轨迹数据在每个井下垂直地震剖面数据采集位置z的方位角α和倾角β，对调制解调仪器测量的位置z(x1，y1，z1)的光纤沿线的下行直达波造成的位移或应变信号p进行井轨迹矫正处理，获得垂直于地面的每个井下数据采集位置z(x1，y1，z1)的下行直达波造成的位移或应变信号hp，hp＝p*sinα；
11、(5)根据地面震源点s0的三维坐标(x0，y0，z0)和井下进行过井轨迹矫正处理后井中垂直地震剖面数据采集位置z的三维坐标(x1，y1，z1)，利用三角函数关系式，计算出从震源位置s0(x0，y0，z0)到数据采集位置z(x1，y1，z1)的下行直达波p的入射角θ和方位角γ；
12、(6)用步骤(4)计算出的垂直于地面的每个井下数据采集位置z(x1，y1，z1)的下行直达波p造成的位移或应变信号hp和震源位置s0(x0，y0，z0)到数据采集位置z(x1，y1，z1)的下行直达波p的入射角θ，通过三角函数公式，计算出数据采集位置z(x1，y1，z1)的下行直达波p和切向分量t，＝hp/sinθ，t＝hp/tanθ；；
13、(7)利用下行直达波p的方位角γ和三角函数关系式，将下行直达波的切向分量t旋转投影到两个正交且与垂直于地面的下行直达波造成的位移或应变信号hp相垂直的xp和yp方位上去，比如南北向分量yp和东西向分量xp，yp＝t*sinγ，xp＝t*cosγ；
14、(8)利用步骤(4)和步骤(7)将井下铠装光缆上测量到的下行直达波p转换成三个相互正交的下行直达波分量hp、xp、yp；
15、(9)根据井下陀螺仪实测的井轨迹数据在每个井下垂直地震剖面数据采集位置z的方位角α和倾角β，对调制解调仪器(4)测量的位置z的光纤沿线的上行反射波造成的位移或应变信号r进行井轨迹矫正处理，获得垂直于地面的每个井下数据采集位置z的上行反射波造成的位移或应变信号hr，hr＝r*sinα；
16、(10)根据地面震源点s0的三维坐标(x0，y0，z0)和井下进行过井轨迹矫正处理后井中垂直地震剖面数据采集位置z的三维坐标(x1，y1，z1)，利用三角函数关系式，计算出从震源位置s0(x0，y0，z0)激发到达地下反射界面后向上反射到数据采集位置z(x1，y1，z1)的上行反射波r的入射角和方位角σ；
17、(11)用步骤(9)计算出的垂直于地面的每个井下数据采集位置z(x1，y1，z1)的上行反射波r造成的位移或应变信号hr和震源位置s0(x0，y0，z0)到数据采集位置z(x1，y1，z1)的光纤沿线的上行反射波r的入射角通过三角函数公式，计算出数据采集位置z(x1，y1，z1)的上行反射波r和切向分量s，
18、(12)利用上行反射波r的方位角σ和三角函数关系式，将上行反射波的切向分量s旋转投影到两个正交且与垂直于地面的位移或应变信号hr相垂直的xr和yr方位上去，比如南北向分量yr和东西向分量xr，yr＝s*sinσ，xr＝s*cosσ；；
19、(13)利用步骤(9)和步骤(12)将井下铠装光缆上测量到的上行反射波r转换成三个相互正交的上行反射波分量hr、xr、yr；
20、(14)通过步骤(8)和步骤(13)，将每个地面震源位置s0(x0，y0，z0)激发后井下铠装光缆上每个井下数据采集位置z(x1，y1，z1)上采集的沿光缆延伸方向das-vsp数据转换成每个井下数据采集位置z(x1，y1，z1)的相互正交的下行直达波分量hp、xp、yp和上行反射波分量hr、xr、yr。这些转换后相互正交的三分量das-vsp下行直达波和上行反射波数据就可以用处理常规井下三分量检波器阵列采集的三分量vsp数据的软件进行三分量das-vsp数据处理，其中包括三分量vsp数据的预处理、去噪、波场分离、球面扩散(tar)补偿、速度建模分析、偏移成像等。
21、本发明提出的井下垂直地震剖面数据采集系统及其数据三分量转换方法，利用井轨迹的倾角和方位角以及地面震源信号产生的下行直达波和上行反射波在井下铠装光缆接收位置的入射角和方位角信息，将井下用分布式光纤声波传感光纤采集的沿光纤延伸方向的井中垂直地震剖面数据转换成与其相对应位置的井中三分量速度检波器采集的三分量vsp数据相类似三分量das-vsp数据。经过这样转换处理后的三分量das-vsp数据就可以用常规vsp数据处理软件进行处理。
1.井下垂直地震剖面数据采集系统，其特征在于，包括钻孔(1)，井下铠装光缆(2)，地面震源(3)、调制解调仪器(4)；所述的铠装光缆(2)内安装有高灵敏度抗氢损的单模光纤，所述铠装光缆(2)尾端的光纤上安装有消光器(5)，调制解调仪器(4)的das信号输入端与铠装光缆(2)内的单模光纤相连接；
2.根据权利要求1所述的井下垂直地震剖面数据采集系统，其特征在于，所述地面震源(3)是炸药震源或可控震源或气枪震源或重锤震源或电火花震源中的一种。
3.权利要求1或2所述的井下垂直地震剖面数据采集系统的数据三分量转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
