子波整形反褶積在提高分辨率處理中的作用

程志國 王克非 張 龍

（中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

隨著油氣勘探的深入，勘探難度日益加大，勘探的主體目標(biāo)由構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)為地層—巖性隱蔽油氣藏［1］，而目前高分辨率層序地層學(xué)方法已經(jīng)成為隱蔽油氣藏不可或缺的解釋方法。在高分辨率層序地層研究中，需要更精確地分辨小幅度構(gòu)造、砂體和各種地層沉積特征，地震資料的分辨率常常制約著地層層序的識(shí)別能力，因而在地震資料處理中，應(yīng)當(dāng)在一定的信噪比基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)赝貙挼卣鹳Y料的頻帶，提高分辨率。高分辨率地震資料處理包括一整套技術(shù)，涉及到處理的很多環(huán)節(jié)［2-3］，如靜校正、振幅補(bǔ)償、動(dòng)校正等，其中反褶積環(huán)節(jié)是高分辨率地震資料處理的關(guān)鍵技術(shù)。筆者擬介紹在常規(guī)地表一致性反褶積的基礎(chǔ)上使用子波整形反褶積進(jìn)一步壓縮子波、提高子波的一致性，達(dá)到提高地震資料分辨率的方法，旨在為高分辨率層序地層學(xué)研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 處理方法

1.1 地震資料處理注意環(huán)節(jié)

在新疆地區(qū)地震勘探中，由于地表?xiàng)l件復(fù)雜，多為戈壁、沙漠，近地表低降速帶對(duì)地震高頻信號(hào)強(qiáng)烈吸收，隨著傳播距離的增加高頻能量迅速衰減，給高分辨率地震勘探帶來很大困難。影響地震資料的分辨率因素很多［4-5］，包括地震子波的吸收與衰減、資料的信噪比、子波的主頻與頻帶寬度、子波的形狀等，因而在地震資料處理中要注意以下環(huán)節(jié)：

1）靜校正。由于地表高程、表層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的時(shí)差會(huì)降低資料的信噪比和分辨率，因此要做好靜校正和剩余靜校正工作。

2）振幅和頻率補(bǔ)償。有效補(bǔ)償?shù)卣鸩▊鞑ミ^程中能量和高頻成分的衰減。

3）噪聲壓制。新疆地區(qū)地震勘探中，噪聲非常發(fā)育，在地震資料中存在嚴(yán)重的面波、隨機(jī)噪音和高頻干擾，這些噪聲降低了資料的信噪比和有效信號(hào)的優(yōu)勢頻率，而信噪比和分辨率是對(duì)立統(tǒng)一的，沒有信噪比就沒有分辨率，資料的信噪比制約著分辨率的提高，而且在反褶積處理過程中，提高分辨率的同時(shí)不可避免地會(huì)將高頻噪音放大，因而原始資料只有在一定的信噪比前提下，做好噪聲壓制工作，獲得較高的信噪比，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步提高資料的分辨率。

4）反褶積。反褶積是地震資料處理中非常重要的環(huán)節(jié)也是提高分辨率的關(guān)鍵技術(shù)。影響分辨率的主要因素有地震子波的主頻，地震勘探的縱、橫向分辨率都與子波波長有關(guān)［6］，波長越短分辨率越高，而反褶積可以有效壓縮地震子波，從而提高地震資料的分辨率。采用了地表一致性預(yù)測反褶積，一方面它可以根據(jù)預(yù)測步長控制子波的壓縮程度，另一方面它還可以消除炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)間子波存在的差異，消除地表起伏變化引起的子波畸變，使得地震子波波形基本一致，實(shí)現(xiàn)相對(duì)保持振幅和波形的目的。

1.2 地表一致性反褶積

地表一致性反褶積輸出的是最小相位子波，而影響地震資料分辨率的主要因素還有子波的頻帶寬度和子波形狀。子波頻帶越寬，對(duì)應(yīng)子波延續(xù)時(shí)間越短，分辨率越高，而與最小相位子波相比，在相同帶寬條件下，零相位子波的旁瓣比最小相位子波小，能量集中在較窄的時(shí)間范圍內(nèi)，因而零相位子波的分辨率高。另外，零相位子波的最大峰值直接對(duì)應(yīng)反射脈沖，因而可以較準(zhǔn)確地確定反射界面的空間位置，便于解釋和反演。此次地震資料處理使用子波整形反褶積將最小相位子波轉(zhuǎn)化為零相位子波。

1.3 子波整形反褶積

子波整形反褶積方法是在每個(gè)道集分析時(shí)窗內(nèi)使用復(fù)同態(tài)譜的方法提取估計(jì)子波，使用最小平方原理計(jì)算將估計(jì)子波變換成用戶設(shè)計(jì)子波的整形濾波器，然后對(duì)每個(gè)道集應(yīng)用這個(gè)子波整形濾波器。用戶設(shè)計(jì)的子波可以是Butterworth、帶通、Richer零相位和最小相位子波。此次地震資料處理設(shè)計(jì)的子波是Butterworth零相位子波，然后根據(jù)工區(qū)地質(zhì)任務(wù)的主要目的層確定分析時(shí)窗，以及子波的頻帶參數(shù)。通過子波整形反褶積，最小相位子波變換為零相位子波，可以進(jìn)一步壓縮子波，適當(dāng)提升高頻端的能量。這樣既提高了資料的分辨率，又提高了弱層和薄層的信噪比。

2 處理效果

筆者使用子波整形反褶積方法對(duì)新疆某地區(qū)的二維地震資料進(jìn)行了處理。工區(qū)地表主要有水網(wǎng)、沼澤、厚浮土、鹽堿地、胡楊林、紅柳林、小沙漠和少量的農(nóng)田，勘探的地質(zhì)任務(wù)之一是尋找地層 — 巖性圈閉，要求對(duì)地震資料做高分辨率處理，提高資料的分辨率，為高分辨率層序地層學(xué)解釋提供可靠依據(jù)。

首先對(duì)地震資料的原始單炮進(jìn)行分析（圖1）。從原始單炮上可以看出噪聲主要是強(qiáng)能量的面波和一些高頻隨機(jī)噪聲。對(duì)原始單炮進(jìn)行高通濾波掃描，目的層在2 s至4 s左右50 Hz以上有效反射的能量就非常弱了。因此可以認(rèn)為原始單炮在目的層時(shí)間范圍內(nèi)高頻端在50 Hz左右。通過對(duì)原始單炮噪聲和頻率的分析，可以看出原始資料信噪比比較高，但資料的頻帶較窄，可以通過處理方法對(duì)資料的頻帶進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼箤挕?/p>

在反褶積處理前，首先對(duì)資料進(jìn)行了精細(xì)的處理，包括靜校正、壓制噪聲、補(bǔ)償。在經(jīng)過地表一致性反褶積預(yù)測步長試驗(yàn)后，選擇12 ms的預(yù)測步長對(duì)資料進(jìn)行地表一致性反褶積處理。為了充分挖掘地震資料分辨率的潛力，又進(jìn)行了子波整形反褶積處理，將最小相位子波轉(zhuǎn)化為零相位子波，以進(jìn)一步提高資料的分辨率。

相比目前許多疊后提高分辨率的方法，疊前提高分辨率處理得到的剖面波組特征清楚、自然，波組連續(xù)性強(qiáng)，信噪比高。對(duì)比反褶積前后疊加剖面，反褶積前疊加剖面同向軸反射能量較弱，相位連續(xù)性差，分辨率較低（圖2）。經(jīng)過地表一致性反褶積和子波整形反褶積后剖面信噪比和分辨率得到提高，同相軸連續(xù)性增強(qiáng)，在目的層范圍內(nèi)，對(duì)薄層和弱層的識(shí)別能力加強(qiáng)。

原始初疊剖面和其他處理階段的疊加剖面在目的層的頻譜分析。在原始初疊剖面上，由于有強(qiáng)能量的低頻面波的影響，所以在振幅譜上-20 dB對(duì)應(yīng)的只有20 Hz（圖3a）；經(jīng)過疊前去噪，壓制面波和其他噪聲后，頻帶展寬到40 Hz（圖3b）；使用地表一致性反褶積壓縮子波，頻帶拓展到45 Hz（圖3c）；最后使用子波整形反褶積，提高高頻成分的能量，將優(yōu)勢頻帶拓展到60 Hz（圖3d）。從對(duì)處理各環(huán)節(jié)疊加剖面的頻譜分析可以看出，提高地震資料的分辨率是一整套處理方法，涉及處理各環(huán)節(jié)，在保持一定信噪比的前提下，分辨率是逐步得到適當(dāng)提高的。

圖2 子波整形反褶積前后疊加剖面對(duì)比圖

圖3 處理各環(huán)節(jié)疊加剖面目的層頻譜分析圖

對(duì)處理各環(huán)節(jié)的子波進(jìn)行對(duì)比分析可知，原始單炮子波分辨率低，能量分散；噪聲壓制后的子波分辨率得到提高，能量集中；補(bǔ)償后子波能量橫向差異變小，但子波旁瓣還是比較多；地表一致性反褶積后子波得到壓縮，一致性增強(qiáng)，但還有部分旁瓣明顯；使用子波整形反褶積處理后，子波得到進(jìn)一步壓縮，子波旁瓣減弱，分辨率得到提高（圖4）。從處理各環(huán)節(jié)的子波分析可以看出地震資料的分辨率是逐步得到提高的，子波整形反褶積可以進(jìn)一步壓縮子波，提高子波的一致性。

通過以上分析可以看出：① 原始單炮頻帶較窄，目的層高頻端為50 Hz；② 通過高分辨率處理，疊加剖面目的層高頻端拓寬到60Hz，信噪比也得到提高，識(shí)別薄儲(chǔ)層的能力增強(qiáng)；③ 子波得到壓縮，旁瓣減弱，一致性增強(qiáng)。

圖4 處理各環(huán)節(jié)子波分析圖

3 結(jié)論

1）影響地震資料分辨率的因素主要包括地震子波的吸收與衰減、資料的信噪比、子波的主頻與頻帶寬度等。

2）地震資料高分辨率處理涉及多個(gè)處理環(huán)節(jié)，如靜校正、疊前去噪、補(bǔ)償、反褶積等。

3）子波整形反褶積方法能夠在地表一致性反褶積的基礎(chǔ)上將最小相位子波變換為零相位子波，進(jìn)一步壓縮子波，適當(dāng)提升高頻端能量，既提高了資料的分辨率，又提高了弱層和薄層的信噪比。

［1］李慶忠.走向精確勘探的道路：高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993：196.

［2］俞壽朋.高分辨率地震勘探［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：189.

［3］渥.伊爾馬茲.地震數(shù)據(jù)處理［M］.黃緒德，袁明德，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1994：300.

［4］李慶忠.地震高分辨率勘探中的誤區(qū)與對(duì)策［J］.石油地球物理勘探，1997，32（4）：751-783.

［5］王進(jìn)海，朱敏.高分辨率資料處理與高信噪比資料［J］.石油地球物理勘探，1996，31（4）：587-596.

［6］賈麗華，吳長江，羅焱鑫，等.地震資料高分辨率處理技術(shù)［J］. 石油物探，2002，41（4）：484-488.