匹配濾波法在不同頻率檢波器接收資料處理中的探討及應(yīng)用

曾 梅

(中石化華東石油局第六物探大隊,江蘇南京210007)

匹配濾波法在不同頻率檢波器接收資料處理中的探討及應(yīng)用

曾 梅

(中石化華東石油局第六物探大隊,江蘇南京210007)

以某煤田兩塊三維資料連片處理為例,它們均為炸藥震源,采用的是不同自然頻率檢波器接收的資料。通過引用不同震源聯(lián)合采集的資料處理方法原理,并應(yīng)用匹配濾波法及對其求取匹配算子的探討與應(yīng)用,得出的處理結(jié)果表明,匹配濾波法較好消除了由不同頻率檢波器接收的資料不一致性問題。

三維地震資料;連片處理;中頻檢波器;高頻檢波器;匹配濾波;一致性

0 引 言

隨著勘探開發(fā)的快速發(fā)展,大面積的資料解釋已成為一種趨勢。由于歷史原因或受經(jīng)費制約等因素影響,同一地區(qū)的資料往往存在多年度施工的小面積三維,盡管在平面上已經(jīng)連成一片,但地震數(shù)據(jù)并沒有連成一體。這是因為分別采集所得的資料由于不同年度施工、采集、處理因素以及技術(shù)水平的不相同,使得資料間存在著差異,造成頻率、能量和相位特性不一致,剖面記錄面貌不一致,時間上存有閉合差,不能連片進(jìn)行解釋。

由于檢波器固有的自然接收頻率的不同,使得同一區(qū)塊所得到的地震記錄的子波存在著頻率、能量及相位特征不一致的差異,同一地層在不同檢波器接收的銜接處,同相軸可能會出現(xiàn)明顯的不連續(xù)性,甚至于頻譜特點的不同可能并會出現(xiàn)同相軸胖瘦的不一致以及振幅強(qiáng)弱變化等等。在實際資料處理時,如果不消除這種不一致性,將會影響整體數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量,影響地震資料連續(xù)對比分析,以及不能進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋的需求。因此,提高地震資料的一致性處理是資料處理中的一個很重要關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前,針對此類地震資料處理采用的方法主要有調(diào)整反褶積參數(shù)法和匹配濾波法(子波一致性校正法)等。而調(diào)整反褶積參數(shù)法運算量大,成本高,效率低,不宜用于生產(chǎn)性單位的資料處理。結(jié)合引用資料的特點,通過深入研究區(qū)內(nèi)兩塊資料的重復(fù)疊加段的內(nèi)在關(guān)系,且在消除重復(fù)疊加段各自振幅差異的基礎(chǔ)上,應(yīng)用匹配濾波法可很好消除因不同自然頻率檢波器接收資料產(chǎn)生的不一致性的差異問題,提高了連片處理數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體水平,為大面積解釋提供可靠的數(shù)據(jù)打下了堅實的基礎(chǔ),并使得同區(qū)塊因不同時間不同頻率檢波器接收方式采集所得的資料經(jīng)匹配濾波方法技術(shù)后的連片處理同樣可以滿足大面積解釋需求。

1 資料分析

圖1是甲塊資料為高頻(100Hz)檢波器接收的單炮記錄,圖2是乙塊中頻(60Hz)檢波器接收的單炮記錄,由于上述原因的存在,從圖1和圖2上單炮記錄可以分別看出,各自記錄內(nèi)自上而下的反射波組較為齊全、同相軸連續(xù),層間信息豐富,只是從兩個記錄相比,視頻率上存在明顯的差異,同時甲、乙兩塊有著明顯的能量級差,乙塊資料的整體能量明顯高于甲塊資料,或許是不同頻率檢波器接收差異所致。

在甲、乙兩塊原始資料上伴生的干擾波主要為面波以及少量的隨機(jī)噪音,面波干擾還比較嚴(yán)重。由于是連片處理,同一地區(qū)不同頻率檢波器接收的資料還可能引起兩塊資料連片處理疊后的閉合時差,將兩塊資料拚接疊加后進(jìn)行閉合時差分析是有必要的,它是連片資料處理好壞的基礎(chǔ)。雖然引用區(qū)內(nèi)的兩塊資料的高程起伏小且高差變化不大,但因地表低降速帶橫向變化對地震波傳播時間的影響使得接收的初至波不一致,它將會直接影響疊加效果,決定疊加剖面的信噪比和剖面的垂向分辨率,同時又影響疊加速度分析的質(zhì)量,所以在確定好基準(zhǔn)面統(tǒng)一的基礎(chǔ)上先分別對甲、乙兩塊原始資料施行靜校正方法技術(shù)的處理。當(dāng)把同區(qū)的甲、乙兩塊資料存在的不同差異性詳細(xì)分析好,才可能找出解決資料處理中所遇到問題的方法,才能為要進(jìn)行的匹配濾波方法試驗準(zhǔn)備好的合適的數(shù)據(jù)。

圖1 某煤田甲塊資料高頻(100Hz)檢波器接收的原始單炮記錄

在統(tǒng)一基準(zhǔn)面分別對各塊資料經(jīng)過靜校正方法技術(shù)處理拚接疊加后的純波疊加剖面(圖3)上進(jìn)一步分析得出,認(rèn)為這一地區(qū)的甲、乙兩塊三維資料在原始數(shù)據(jù)上無明顯閉合時差存在。雖然得出經(jīng)過靜校正處理后的兩塊資料間無時差存在,但從圖3的頻譜上分析不難看出,甲、乙兩塊資料頻率不一致,相位特性不一致依然存在。再則從頻譜圖上分析,甲塊資料的主頻及帶寬實際上明顯高于乙塊,兩塊資料間的能量差異也明顯存在。

2 方法原理

在采集中如果采用多種類型震源激發(fā)混合施工,則因震源子波不—致,需要在資料處理中進(jìn)行震源子波一致性(匹配濾波)處理,即震源子波匹配。

2.1 基本原理

已知:A震源的子波為a(t),頻域表示為A(f) B震源的子波為b(t),頻域表示為B(f)。

假設(shè):需求取的子波匹配算子為c(t),頻域表示C(f);A震源子波a(t)為子波匹配后的期望輸出。

則它們3者在匹配中的關(guān)系為:

可求得頻域匹配算子:

圖2 某煤田乙塊資料中頻(60Hz)檢波器接收的原始單炮記錄

圖3 某煤田甲、乙塊資料靜校正處理拼接后純波原始疊加剖面及頻譜分析

求得匹配算子c(t)后,則只需將要匹配的b(t)與其進(jìn)行褶積就可得到a(t)與子波一致的b(t)匹配結(jié)果。

2.2 求取匹配算子的方法

直接利用重復(fù)疊加地震道(可分別稱為基礎(chǔ)道和目標(biāo)道)的內(nèi)在關(guān)系,結(jié)合引用的資料,以甲塊高頻(100Hz)檢波器接收的重復(fù)疊加段為目標(biāo)道,以乙塊中頻(60Hz)檢波器接收的重復(fù)疊加段為基礎(chǔ)道。針對相同段的基礎(chǔ)道求取匹配算子,然后將匹配算子應(yīng)用到基礎(chǔ)道疊前的炮集數(shù)據(jù)上,使得基礎(chǔ)道進(jìn)行匹配濾波最大限度地接近目標(biāo)道的資料。匹配濾波方法在很大程度上改善地震資料頻率、相位以及振幅一致性,但是通常要求重復(fù)地震道必須具有一定的信噪比。

3 實現(xiàn)過程

只有當(dāng)把資料分析中所存在的問題難點先行一步解決好,才能使最終兩塊資料在連片處理后的結(jié)構(gòu)特征保持一致性,兩塊資料拼接后的頻率及能量得到較好的統(tǒng)一,拼接處波組能平穩(wěn)過渡,目的層段無時差,分辨率、信噪比能夠有效提高,層間信息豐富,斷點清晰并準(zhǔn)確可靠。

根據(jù)以上分析,為求得較為準(zhǔn)確的匹配算子,首先對兩種數(shù)據(jù)分別進(jìn)行能量分析和振幅一致性處理,必須在消除各自資料本身的能量和振幅差異后,再進(jìn)行連片后統(tǒng)一的能量和振幅差異的校正,盡量消除整體資料間能量不均衡的問題,目的是重點突出有效波反射能量。在這個基礎(chǔ)上認(rèn)真做靜校正測試處理,靜校正處理也是分別先在各自資料上先進(jìn)行,而后將加上靜校正量的甲、乙兩塊數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合,進(jìn)行一次整體剩余靜校正處理,分析拼接處和重復(fù)疊加段的閉合差,如無閉合差再進(jìn)行對干擾波有效壓制處理等,以提高資料信噪比。在未匹配濾波前數(shù)據(jù)上作各自反射波剩余靜校正時,由于反射波的剩余校正量與頻率有關(guān),運算時選擇優(yōu)勢頻段估算剩余校正量和疊加速度分析,采用多次疊代方式以進(jìn)一步提高資料信噪比。在此基礎(chǔ)上,利用兩種數(shù)據(jù)重復(fù)疊加段進(jìn)行匹配,經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的測試和驗證,設(shè)計出一個最為合適匹配算子,使乙塊基礎(chǔ)道(中頻檢波器接收)地震子波趨向于甲塊目標(biāo)道(高頻檢波器接收)的地震子波。

這些實現(xiàn)過程都是在數(shù)據(jù)體先分后合的基礎(chǔ)上進(jìn)行,試驗時,取兩塊資料中各自小部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行測試,只有當(dāng)匹配濾波法中所需參數(shù)測試并確定合適了,才能讓匹配濾波法應(yīng)用到整體數(shù)據(jù)上,只有這樣才能輕松自如應(yīng)用好匹配濾波法,否則過程及其運算量將會無比繁冗。

4 效果分析

通過對匹配濾波法在煤田兩塊資料連片處理時的反復(fù)試驗處理后得出,雖然由不同自然頻率檢波器接收的兩塊資料在連片處理時,拼接處和重復(fù)疊加段會因此而引起頻率能量及相位特征不一致性等差異,經(jīng)過應(yīng)用匹配濾波方法技術(shù)處理后,能有效地消除了這些差異。

圖4分別為甲、乙兩塊三維資料使用不同頻率檢波器接收的資料在CROSS方向的疊加剖面,從圖4上標(biāo)記框中甲、乙兩塊資料的重復(fù)疊加段處可以看出,兩種不同頻率檢波器接收的資料在能量、頻率及相位存在不一致性。通過使用匹配濾波法,利用甲塊目標(biāo)道和乙塊基礎(chǔ)道之間的內(nèi)在關(guān)系,求得的匹配濾波算子應(yīng)用在基礎(chǔ)道上,基礎(chǔ)道的子波頻率與目標(biāo)道的子波頻率趨于一致(圖5)。

圖6為甲、乙兩塊資料連片疊加后的CROSS線方向剖面,重復(fù)疊加段及相應(yīng)兩邊的資料存在能量、頻率不一致及有效波同相軸難以連續(xù)追蹤,經(jīng)過振幅一致性補(bǔ)償及應(yīng)用匹配濾波處理后,由兩種不同頻率檢波器接收的資料,連接處的資料品質(zhì)趨于一致,目的層波組連續(xù),同相軸連續(xù)性得到提高,資料的分辨率也得到相應(yīng)的提高(圖7)。

圖8為I L I NE線方向為未應(yīng)用匹配濾波方法處理時的疊加剖面,圖9為I L I NE線方向為應(yīng)用匹配濾波方法處理后的疊加剖面,從圖上可以清晰看出拚接處資料原有的差異一一被消除,有效波同相軸連續(xù)性提高,地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)清晰,資料分辨率得到提高。

圖10為應(yīng)用匹配濾波法反褶積后的純波疊加剖面及頻譜分析,從圖顯示出甲、乙兩塊資料,在其相位特性、頻率及能量一致性上都得到統(tǒng)一,并趨于一致。

5 結(jié) 語

應(yīng)用匹配濾波法消除不同頻率檢波器接收造成的地震子波的差異,使不同頻率檢波器接收的地震資料在連片處理后,拼接處和重復(fù)疊加段的資料在相位特性、頻率及能量方面都得到了較好的統(tǒng)一。它為三維資料連片疊前一致性處理打下了良好的基礎(chǔ),為提高三維數(shù)據(jù)的空間分辨率提供了有利條件,將有利于三維數(shù)據(jù)的連片解釋,有利于捕捉新的油氣藏,是一項非常實用的處理技術(shù)。從引用煤田甲、乙兩塊三維地震資料連片處理這個實例上得出,應(yīng)用匹配濾波法的確能有效地消除同一剖面因不同頻率檢波器接收造成資料品質(zhì)差異上的問題,而且效果明顯。不過這樣的方法可能更適合于類似原始資料信噪比較高這種接收方式的資料處理。

圖4 匹配濾波處理前CROSS線方向疊加剖面

圖5 應(yīng)用匹配濾波處理后的頻譜

圖6 未應(yīng)用匹配濾波處理時的CROSS線方向疊加剖面

圖7 應(yīng)用匹配濾波處理后的CROSS線方向疊加剖面

圖8 未應(yīng)用匹配濾波處理時I L I NE線方向疊加剖面

圖9 應(yīng)用匹配濾波處理時I L I NE線方向疊加剖面

圖10 應(yīng)用匹配濾波法反褶積后的純波疊加剖面及頻譜分析

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Discussion and application of matching filtermethod in received data with radiodetector at different frequency

ZENGM ei
(Party 6 Geophysical Prospecting Team of East China Petroleum Bureau,S INOPEC,Nanjing 210007,China)

Taking t wo three-dimensional seismic data in the coal field as an example,the data from dynamite seismic source were section-connecting processed by radiodetectorwith different frequency.Through the processingmethod principle of data collected jointly by different seismic sources and using thematching filtermethod to seek arithmetic operators,the processing result showed that the unconsistency of data

by radiodetector at different frequency can be eliminated preferably bymatching filtermethod.

Three-dimensional seismic data;Section-connectingprocessing;Intermediate frequency radiodetector;High frequency radiodetector;Matching filter;Consistency

book=3,ebook=184

P631.4+43

A

1674-3636(2010)03-0275-08

的試驗資料為某煤田同一地區(qū)不同時間采集的兩塊三維資料,在將其分為甲、乙兩塊。區(qū)中的甲、乙兩塊資料野外施工計劃是采用的整體設(shè)計、分段施工、連片處理的思路,這兩塊資料采集時間不同,施工方法相同,均采取的是炸藥震源,只是在使用檢波器接收設(shè)備上由于種種原因,未能達(dá)成一致,最終采用的是不同自然頻率檢波器接收,即甲塊的資料為高頻(100Hz)檢波器接收為先采集的資料,乙塊資料為中頻(60Hz)檢波器接收為后采集的資料。這樣不同頻率檢波器接收的資料給予在連片處理時拚接處及重復(fù)疊加段造成在疊前一致性(能量、相位、頻率)歸一化的處理上增加了很大的難度。

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.275

2010-07-12;編輯:侯鵬飛

曾梅(1963—),女,高級工程師,長期從事地震資料處理與分析研究工作.