基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)在海上三維拖纜地震資料處理中的應(yīng)用*

王興芝李添才肖二蓮劉明珠丘斌煌侯志平劉秀娟

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所)

基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)在海上三維拖纜地震資料處理中的應(yīng)用*

王興芝1李添才2肖二蓮2劉明珠2丘斌煌2侯志平2劉秀娟2

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所)

受采集方式和環(huán)境的影響,海上三維拖纜地震資料采樣不規(guī)則,覆蓋次數(shù)不均勻,采用常規(guī)的面元均化處理技術(shù)容易導(dǎo)致振幅信息誤差,最終影響偏移成像效果。提出了基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理流程,實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)規(guī)則化,該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于南海QH油田地震數(shù)據(jù)中,有效地改善了數(shù)據(jù)品質(zhì),提高了成像質(zhì)量。

數(shù)據(jù)規(guī)則化;反漏頻傅里葉變換;海上拖纜采集;地震資料處理

受羽角、檢波線、電纜彎曲、采樣稀疏及壞道等因素影響,海上三維拖纜地震資料不規(guī)則,尤其是沿聯(lián)絡(luò)測線方向的采樣稀疏對(duì)數(shù)據(jù)品質(zhì)影響較大。海上不規(guī)則的三維拖纜地震數(shù)據(jù)通常表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余、缺失現(xiàn)象共同存在,甚至有些測線完全缺失近偏移距數(shù)據(jù);CMP道集不再滿足拋物線型的時(shí)距關(guān)系,必然會(huì)影響動(dòng)校正、疊加及偏移效果,造成地震剖面扭曲,成像質(zhì)量差。解決這些問題的常規(guī)做法是面元均化技術(shù)[1],即對(duì)少道甚至無道的CMP借取周圍最接近于本CMP點(diǎn)中正常道,作為本CMP點(diǎn)正常道的一種近似處理,從而增加覆蓋次數(shù)。實(shí)踐證明,通過面元均化處理后地震資料覆蓋次數(shù)趨于均勻,連續(xù)性和信噪比都有了很大的改善與提高。然而,由于該方法采用的是借道處理,且是直接對(duì)炮點(diǎn)、反射點(diǎn)和接收點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平移,因此地震振幅信息存在誤差,且處理后反射點(diǎn)不能保證落在設(shè)計(jì)的面元中心點(diǎn),故而將誤差帶入了后續(xù)處理中。

數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)基于頻譜重構(gòu)信號(hào)可以克服借道缺點(diǎn),但由于地震數(shù)據(jù)空間方向不規(guī)則采樣,常規(guī)的快速傅里葉變換不能得到數(shù)據(jù)的真實(shí)頻譜,所以基于該頻譜的處理都是不準(zhǔn)確的[2-5]。筆者分析了造成不規(guī)則數(shù)據(jù)頻譜能量泄漏的原因,提出了基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)流程,實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)規(guī)則化,有效地改善了數(shù)據(jù)品質(zhì),提高了成像質(zhì)量。

1 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)

1.1 核心算法

不規(guī)則采樣造成傅里葉變換的正交基函數(shù)變得不正交,使地震能量泄漏到其他的頻率成分上,造成使用傅里葉變換處理數(shù)據(jù)得到的頻譜不真,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的處理均不準(zhǔn)確。反漏頻傅里葉變換方法就是針對(duì)這個(gè)原因而設(shè)計(jì)的一套方法,它的提出就是為了盡可能減少傅里葉系數(shù)能量的泄漏,從現(xiàn)代信號(hào)的角度來分析,反復(fù)運(yùn)用采樣定理來重新估計(jì)傅里葉系數(shù),應(yīng)用一個(gè)簡單的減法來實(shí)現(xiàn)傅里葉變換中基函數(shù)的再正交化。

反漏頻傅里葉變換[2-3,6]方法應(yīng)用非均勻傅里葉變換得到不規(guī)則數(shù)據(jù)的頻譜,即

式(1)中:k為頻率域分量;xl為空間非均勻采樣點(diǎn)位置;f(xl)是對(duì)應(yīng)于xl處的信號(hào)值;f^(k)是信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻譜;N是非均勻樣點(diǎn)個(gè)數(shù);ΔX是最大空間; Δxl是空間采樣間隔。

假設(shè)造成頻譜泄漏的是頻譜中能量最大的那個(gè)系數(shù)成分,那么先從頻譜中篩選出那個(gè)能量最大的頻率成分,通過非均勻傅里葉反變換將得到的這個(gè)最大能量成分變換到時(shí)間域(公式(2)),再從原始的不規(guī)則數(shù)據(jù)中將分離出來的這個(gè)成分減掉以更新輸入數(shù)據(jù)(公式(3)),之后把余下的數(shù)據(jù)作為新輸入繼續(xù)分離,直到把所有的頻率成分都分離出來,其流程見圖1。

式(2)、(3)中:fk(xl)為時(shí)間域地震數(shù)據(jù);fu(xl)為時(shí)間域迭代減去后的地震數(shù)據(jù);其余變量含義同前。

圖1 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化核心算法流程圖

1.2 實(shí)現(xiàn)步驟

基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化實(shí)現(xiàn)步驟為:

1)將三維數(shù)據(jù)體分成若干個(gè)單偏移距數(shù)據(jù)體;

2)對(duì)單偏移距數(shù)據(jù)體進(jìn)行反漏頻傅里葉變換,依次分離出不同頻率成分的不規(guī)則數(shù)據(jù);

3)對(duì)反漏頻傅里葉變換后的單偏移距數(shù)據(jù)體運(yùn)用常規(guī)傅里葉變換并按照設(shè)計(jì)好的網(wǎng)格進(jìn)行插值,使所有的空道被插值重建,得到規(guī)則數(shù)據(jù);

4)將單偏移距數(shù)據(jù)體按后續(xù)處理的要求選排成三維數(shù)據(jù)體。

2 實(shí)際應(yīng)用效果

研究區(qū)南海QH油田位于淺水海域,早期針對(duì)該區(qū)塊采集的三維拖纜數(shù)據(jù)不規(guī)則主要表現(xiàn)為反射點(diǎn)位置不在面元中心、偏移距分布不規(guī)則和方位分布不規(guī)則,尤其是目標(biāo)區(qū)地震數(shù)據(jù)道缺失嚴(yán)重,覆蓋次數(shù)極不均勻,有的覆蓋次數(shù)達(dá)到200多次,有的覆蓋次數(shù)為0。因此,開展了基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)應(yīng)用,取得了良好效果。

1)面元均化與基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理結(jié)果對(duì)比。本次研究中先用常規(guī)面元均化技術(shù)進(jìn)行處理,結(jié)果顯示應(yīng)用常規(guī)面元均化技術(shù)雖然能解決覆蓋次數(shù)不均勻的問題,但是依然不能解決借道帶來的振幅誤差問題以及反射點(diǎn)位置不在面元中心帶來的成像誤差問題(圖2)。而應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)后回轉(zhuǎn)波特征更明顯(圖2中藍(lán)色框位置),同相軸連續(xù)性更好(圖2中黑色框位置)。

圖2 面元均化技術(shù)處理(a)與基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理(b)疊加剖面對(duì)比

2)CMP點(diǎn)分布處理前后對(duì)比。圖3為應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后CMP點(diǎn)分布對(duì)比圖,可以看出經(jīng)過數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理后反射點(diǎn)位于面元中心,分布規(guī)則。

3)單偏移距剖面處理前后對(duì)比。應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理后,所有的頻率成分都被預(yù)測出來,并可按設(shè)定好的網(wǎng)格進(jìn)行插值,即所有的空道被插值重建。圖4為單偏移距剖面對(duì)比圖,可以清晰地看到應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理后,缺失資料得到補(bǔ)充,同相軸的連續(xù)性得到了改善,信噪比也有了很大提高。

4)疊加剖面處理前后對(duì)比。圖5為應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后三維數(shù)據(jù)體疊加剖面對(duì)比圖,經(jīng)過數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理后,缺失資料得到了補(bǔ)充(黑色框位置),特殊噪音得到了壓制(藍(lán)色框位置),同相軸更加連續(xù),構(gòu)造更加清晰。

5)疊加切片處理前后對(duì)比。圖6為應(yīng)用基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后疊加切片對(duì)比圖,可以看出經(jīng)過數(shù)據(jù)規(guī)則技術(shù)處理后,能夠部分消除采集腳印的影響,提高了數(shù)據(jù)的信噪比,對(duì)改善細(xì)節(jié)成像質(zhì)量也起了很大的作用。

圖3 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后CMP點(diǎn)分布對(duì)比

圖4 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后單偏移距剖面對(duì)比

圖5 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后三維數(shù)據(jù)體疊加剖面對(duì)比

圖6 基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)處理前后疊加切片對(duì)比(1000ms處)

3 結(jié)論與建議

1)基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)比傳統(tǒng)的面元均化技術(shù)更具優(yōu)勢,后者是借相鄰道集的數(shù)據(jù)補(bǔ)缺失地震道,而前者是通過反漏頻傅里葉變換插值出缺失的地震道,因此地震振幅信息更加合理可靠。

2)當(dāng)前海上拖纜采集條件下,基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)成為三維地震資料常規(guī)處理不可缺少的技術(shù)手段,該項(xiàng)技術(shù)可以使覆蓋次數(shù)均勻,使反射點(diǎn)位于面元中心,合理重建缺失數(shù)據(jù)、使同相軸更加連續(xù)、特殊噪音得到壓制。

3)基于反漏頻傅里葉變換的數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)在地震數(shù)據(jù)缺失不嚴(yán)重的情況下重建出的地震數(shù)據(jù)更可靠,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果;但如果數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重,建議對(duì)該項(xiàng)技術(shù)做進(jìn)一步研究,使該方法更具有適用性。

[1] 賈友珠,董偉,張印堂.三維地震資料連片處理中的面元均化技術(shù):以樁海地區(qū)為例[J].油氣地質(zhì)與采收率,2002,9(2):50-52.

[2] 渥·伊爾馬滋.地震資料分析:地震資料處理、反演和解釋[M].劉懷山,王克斌,童思友,等譯.北京:石油工業(yè)出版社,2006:21-25.

[3] XU S,ZHANG Y,PHAM D,et al.Antileakage Fourier transform for seismic data regularization[J].Geophysics,2005,70(4):87-95.

[4] GULUNAY N.Seismic trace interpolation in the Fourier transform domain[J].Geophysics,2003,68(1):355-369.

[5] ZWARTJES P M,GISOLF A.Fourier reconstruction of marine-streamer data in four spatial coordinates[J].Geophysics, 2006,71(6):171-186.

[6] 孟小紅,郭良輝,張致付,等.基于非均勻快速傅里葉變換的最小二乘反演地震數(shù)據(jù)重建三維地震資料連片處理中的面元均化技術(shù)[J].地球物理學(xué)報(bào),2008,51(1):235-241.

(編輯:馮 娜)

An application of data regularization based on anti-leakage Fourier transform to 3D marine seismic data processing by tow-cable

Wang Xingzhi1Li Tiancai2Xiao Erlian2Liu Mingzhu2Qiu Binhuang2Hou Zhiping2Liu Xiujuan2

(1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,524057; 2.CNOOC Energy Technology&Services-Geophysics Technology Co.,Guangdong,524057)

Marine 3D seismic data by tow-cable are usually irregular in sampling and inhomogeneous in coverage due to the impacts of collection mode and environment,and using the traditional approach of bin equalization is easy to result in amplitude error and finally affect imaging quality.A workflow of data regularization based on anti-leakage Fourier transform was developed,by which the regularization of 3D marine seismic data by tow-cable has been realized.This technique was successfully used to process seismic data in QH oilfield,South China Sea,with the data and imaging quality improved effectively.

data regularization;anti-leakage Fourier transform;marine collection by tow-cable; seismic data processing

2013-02-18改回日期:2013-11-28

*“十一五”國家科技重大專項(xiàng)“海洋深水區(qū)油氣勘探關(guān)鍵技術(shù)(編號(hào):2008ZX05025-03A)”部分研究成果。

王興芝,女,工程師,2008年畢業(yè)于中國海洋大學(xué),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事地球物理方法研究工作。地址:廣東省湛江市坡頭區(qū)中海石油(中國)有限公司湛江分公司(郵編:524057)。E-mail:wangxzh1@cnooc.com.cn。