近地表地震散射干擾的去除技術(shù)研究
2013-06-04 07:09:12董建國(guó)
董建國(guó)
【摘 要】在西部地區(qū)，由于受近地表?xiàng)l件的影響，塔里木資料品質(zhì)較差，散射波干擾非常強(qiáng)，部分有效波完全淹沒在這些干擾中，為此對(duì)這些低信噪比資料中干擾去除方法的研究與探討顯得尤為重要。
【關(guān)鍵詞】散射波；疊前檢波點(diǎn)域分頻處理；F-K濾波；GRISYS系統(tǒng)；LINOEL模塊
0.引言
在地震資料處理中，資料的品質(zhì)一直是困擾我們的一個(gè)重要問題。尤其是在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，由于近地表非均勻性引起的散射噪音，嚴(yán)重影響了地震資料處理的質(zhì)量，提高這些地震資料的信噪比已成為迫切需要。因此，地震散射波再一次成為眾所關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
地震波散射包括的領(lǐng)域很廣，廣義地說，任何由地球三維非均勻性引起的地震波的變化都可以稱為地震波散射。但傳統(tǒng)上只研究狹義的地震波散射現(xiàn)象，即由地球三維非均勻性引起的、超越幾何光學(xué)領(lǐng)域的地震波場(chǎng)畸變現(xiàn)象。地震波的散射是地震波與地質(zhì)體相互作用產(chǎn)生的，散射波是一個(gè)更為廣義的概念，反射波是散射波的一個(gè)特例。反射波所具有的特征，散射波同樣有。散射波的傳播機(jī)制與反射波相同[1]。根據(jù)惠更斯-夫列涅爾原理，任意時(shí)刻波前面的每一點(diǎn)都可以看作是一個(gè)新的點(diǎn)源，由它產(chǎn)生二次擾動(dòng)，形成元波前，而以后新波前的位置是各元波前的包絡(luò)，由波前面各點(diǎn)所形成的新擾動(dòng)，在觀測(cè)點(diǎn)上相互干涉疊加，其疊加結(jié)果是在該點(diǎn)觀測(cè)到的總擾動(dòng)。這種波動(dòng)就是由入射波與地下非均勻體相互作用而產(chǎn)生的散射波，它含有地下介質(zhì)的不均勻性信息。
雖然地震波散射在某些領(lǐng)域的研究成果已卓有成效，但是在許多領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛開始，深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，油氣勘探也是其中之一。本文對(duì)塔東北地區(qū)的資料進(jìn)行了比較和分析，并采用相應(yīng)的不同方法進(jìn)行處理，并對(duì)其方法進(jìn)行總結(jié)。
1.散射波的形成機(jī)理
從物理學(xué)的角度來說，如果界面凹凸不平，但凹凸部分的尺度相對(duì)于波長(zhǎng)很小的入射波，界面將發(fā)生波的反射；若相對(duì)于波長(zhǎng)較大的入射波則發(fā)生散射。
在實(shí)際地下介質(zhì)中，震源激發(fā)的地震波入射到介質(zhì)中大體會(huì)發(fā)生3種情況的響應(yīng)：散射、繞射和反射。散射是最普遍的，產(chǎn)生條件也最寬泛；繞射次之；相對(duì)來說，反射的產(chǎn)生條件要求最嚴(yán)格，要在相對(duì)光滑的界面上產(chǎn)生。
根據(jù)惠更斯原理可知，近地表散射波是由震源產(chǎn)生的波傳播至散射點(diǎn)后，以散射點(diǎn)為新震源激發(fā)出的波，屬一種近地表的次生干擾。散射點(diǎn)可以是近地表起伏不平引起的，也可以是近地表的巖性變化引起的。散射點(diǎn)在 3-D 空間的分布往往不在地震測(cè)線上，所以通常將近地表散射波稱為側(cè)散射波[2]。當(dāng)散射點(diǎn)與測(cè)線的距離在 1 公里 以上時(shí)，在記錄上表現(xiàn)為平緩的雙曲線，與常見的反射波和繞射波十分相似。而且折射波激發(fā)的散射波在淺層高速層中傳播時(shí)，地層對(duì)它的吸收作用很小，因此振幅較強(qiáng)，這使得實(shí)際處理中壓制這類干擾波十分困難。為了更好的認(rèn)識(shí)近地表散射波，我們選取了塔東北地區(qū)的實(shí)際資料，進(jìn)一步研究散射波干擾對(duì)地震資料的影響。
2.散射波對(duì)地震資料的影響
在西部地區(qū)，其地表地質(zhì)條件復(fù)雜，其相對(duì)高差較大，低降速帶速度及厚度橫向變化較大，在這些地區(qū)得到的資料，多具有信噪比低、靜校正問題嚴(yán)重的特點(diǎn)。塔里木地區(qū)的部分地震資料品質(zhì)較差，散射波干擾非常強(qiáng)，部分有效波完全淹沒在這些干擾中，為此對(duì)這些低信噪比資料中干擾去除方法的研究與探討顯得尤為重要。
3.散射波的壓制和去除方法研究
對(duì)塔東北資料分析中，散射干擾尤為發(fā)育，甚至將有效波掩蓋掉。這些干擾波能量非常強(qiáng)，直接影響到對(duì)其他處理方法的參數(shù)提取，同時(shí)對(duì)速度譜的拾取也造成很大障礙。在對(duì)此地區(qū)資料的處理過程中，根據(jù)資料的具體情況，一方面選擇恰當(dāng)?shù)娜ピ敕绞?，另一方面在處理過程中，可以靈活應(yīng)用，克服去噪方法本身的一些弊端，從而取得較好的效果。在此地區(qū)資料處理過程中，在疊前采用F-K域?yàn)V波技術(shù)，根據(jù)噪音的視速度和角度去除線性關(guān)系較強(qiáng)的一些規(guī)則干擾。當(dāng)干擾信號(hào)與有效信號(hào)在F-K域界線不明時(shí)，造成混淆，處理效果不理想，這時(shí)對(duì)干擾波的特征進(jìn)行分析，采用有針對(duì)性的方法，即利用GRISYS系統(tǒng)中的LINOEL模塊進(jìn)行處理，使得噪音信號(hào)與有效信號(hào)分離開來，從而較為準(zhǔn)確地找到噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行去除，達(dá)到預(yù)期目的。
3.1常規(guī)F-K濾波分析
通常去除線性干擾的方法是F-K濾波，它是基于二維傅立葉變換的線性去干擾方法，利用有效波和干擾波在F-K域中的頻率和視速度上的差異設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，將干擾波濾掉[3]。F-K濾波的基本思路為：經(jīng)過預(yù)處理后，首先進(jìn)行速度分析，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行NMO校正，校正速度介于有效信號(hào)與噪音信號(hào)之間，把校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅立葉變換，由于有效波與干擾波的視速度不同，在F-K空間它們分別位于不同的位置，設(shè)計(jì)F-K濾波器，對(duì)干擾波進(jìn)行切除；再進(jìn)行二維傅立葉逆變換，把數(shù)據(jù)返回到時(shí)空域，用相同的動(dòng)校正速度進(jìn)行反動(dòng)校，這樣就可以得到壓制干擾波處理后的道集。
F-K濾波可以濾掉任意方向、任意視速度的干擾波，時(shí)窗可以任意給出，利用它來壓制線性干擾波、多次波、虛反射等干擾波，其缺點(diǎn)是濾波參數(shù)不能空變。如果要在剖面上同時(shí)去掉幾種視速度和方向角都變化的干擾波時(shí)，F(xiàn)-K濾波就顯得無能為力了。由于散射干擾波的視速度在不同排列上變化較大，且F-K濾波在線性干擾能量消除過程中是多道進(jìn)行的，這樣在單炮上會(huì)造成能量空白帶，因此在疊加剖面上存在一些“蚯蚓化”、“假構(gòu)造”等現(xiàn)象。因此，F(xiàn)-K空間濾波方法不能很好地區(qū)分散射干擾波和有效信號(hào)，在去除干擾的同時(shí)對(duì)有效信號(hào)損害較大，應(yīng)用時(shí)也比較麻煩。
3.2 GRISYS中的LINOEL模塊分析
GRISYS處理系統(tǒng)在去噪方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這也是GRISYS處理系統(tǒng)的特色之一，GRISYS處理系統(tǒng)中常用的去除線性干擾模塊是LINOEL模塊，該模塊是在小區(qū)域內(nèi)檢測(cè)并壓制線性干擾，實(shí)驗(yàn)證明能得到較好的壓制效果。此模塊在壓制線性干擾時(shí)，被濾除的部分主要集中在干擾波覆蓋的區(qū)域，其他部分則不受影響，具有振幅保持和波形不畸變等特點(diǎn)。
LINOEL模塊也是基于二維傅立葉變換的線性干擾去除方法，它對(duì)線性干擾是逐道壓制的，它的掃描檢測(cè)的起點(diǎn)是不斷變動(dòng)的，所以不存在掃描范圍的限制，從而可以較好的壓制地表散射干擾。
LINOEL模塊的基本思路是：首先將預(yù)測(cè)出的線性能量進(jìn)行記錄，然后在單道上再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后給予壓制，可以說它的噪音計(jì)算是“雙向”的，這樣就可以避免在單炮上出現(xiàn)規(guī)則性能量空白，疊加剖面上也不會(huì)出現(xiàn)“蚯蚓”現(xiàn)象。
3.3效果分析
根據(jù)實(shí)際三維地震資料中散射波發(fā)育的特征，通過采取針對(duì)性較強(qiáng)的技術(shù)措施，即在疊前的不同處理環(huán)節(jié)，采用上述散射干擾波去噪技術(shù)，取得了較好的處理效果。綜上所述，檢波點(diǎn)域分頻去噪技術(shù)有效地去除了散射波干擾對(duì)資料的影響，提高了資料的信噪比，特別是保證了目的層段資料的品質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用效果理想。
4.結(jié)論
針對(duì)西部地區(qū)地表地質(zhì)條件復(fù)雜、地震資料信噪比低、品質(zhì)較差、散射干擾嚴(yán)重等特點(diǎn)，通過理論分析及實(shí)際資料的處理證明，應(yīng)用傳統(tǒng)F-K濾波法后的疊加剖面存在一些“蚯蚓化”、“假構(gòu)造”等弊端；而用GRISYS中的LINOEL模塊處理后的效果明顯優(yōu)于F-K濾波法，能很好的壓制和去除散射干擾波，并對(duì)有效反射波的影響小，能夠更好的滿足高保真、高分辨率、高信噪比的處理需要。
【參考文獻(xiàn)】
[1]陸基孟.地震勘探原理.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1993.
[2]閆世信.山地地球物理勘探技術(shù).北京：石油工業(yè)出版社，2000.
[3]王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.
