基于CRP道集的頻寬一致性子波反褶積技術(shù)

明　君,劉力輝,丁　燕,李　聰

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.北京諾克斯達(dá)石油科技有限公司，北京100192）

技術(shù)方法

基于CRP道集的頻寬一致性子波反褶積技術(shù)

明君1,劉力輝2,丁燕2,李聰2

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.北京諾克斯達(dá)石油科技有限公司，北京100192）

將疊后復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)用于疊前CRP道集子波提取和疊前提高分辨率處理時(shí)，由于道集內(nèi)遠(yuǎn)近偏移距道頻寬不一致，影響了子波的空間一致性，也影響了疊前子波反褶積提高分辨率的效果。為此，對復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其提取的子波具有空間一致性，并將改進(jìn)后的復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)與道集譜平衡技術(shù)相結(jié)合，形成了一種道集內(nèi)頻寬一致性子波反褶積技術(shù)。該技術(shù)增加了子波反褶積希望輸出的人為定義，使其能適應(yīng)低信噪比資料的疊前提高分辨率處理。

復(fù)賽譜域子波提??；譜平衡；頻寬一致的子波反褶積；疊前提高分辨率

0　引言

CRP道集優(yōu)化是疊前反演和疊前屬性提取的基礎(chǔ)［1］，因此，基于CRP道集的優(yōu)化處理越來越受到人們的重視。CRP道集優(yōu)化主要包括提高信噪比、提高分辨率及增強(qiáng)保真度等方面的處理［2］，其中，提高分辨率處理是關(guān)鍵。AVO屬性分析的基礎(chǔ)是佐布里茲方程，而該方程是基于單一界面的，沒有考慮層間干涉，所以在薄層地區(qū)CRP道集優(yōu)化中的提高分辨率處理對AVO屬性分析至關(guān)重要［3］。此外，CRP道集優(yōu)化中的提高分辨率處理若能拓寬有效頻帶，對疊后進(jìn)一步提高分辨率也具有重要意義，但疊前道集一般信噪比不高，是疊前提高分辨率處理的一個(gè)難點(diǎn)。

確定性子波反褶積、時(shí)變譜白化和反Q濾波是常規(guī)疊后提高分辨率處理的三大技術(shù)。對于疊前CRP道集上的提高分辨率處理，雖然時(shí)變譜白化和反Q濾波技術(shù)都具有一定的效果，但時(shí)變譜白化技術(shù)要求資料有一定的信噪比，而反Q濾波技術(shù)也受到多種因素的影響，如穩(wěn)定性、噪聲和Q值誤差等。因此，針對低信噪比資料，在實(shí)際應(yīng)用中尋找一種簡便且穩(wěn)定的疊前提高分辨率處理技術(shù)，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。確定性子波反褶積中的同態(tài)反褶積［4］是一種非線性變換，對子波的相位沒有要求，它通過將地震頻譜轉(zhuǎn)換成復(fù)賽譜，可有效地分離出地震子波和反射系數(shù)。該方法抗噪性相對較強(qiáng)，應(yīng)用較廣，但將它用于疊前提高分辨率處理時(shí)往往效果不甚理想。這主要是由于其假設(shè)子波不隨時(shí)間和空間發(fā)生變化［5-7］，而實(shí)際疊前CRP道集資料中遠(yuǎn)近偏移距道的子波頻帶寬度、振幅能量及相位均會(huì)隨著偏移距的變化而出現(xiàn)較大的改變［5，8］，顯示出明顯的空間不一致性，導(dǎo)致使用傳統(tǒng)的同態(tài)反褶積方法達(dá)不到理想的提高分辨率效果。為此，筆者對復(fù)賽譜域混合相位子波提取的同態(tài)反褶積方法進(jìn)行改進(jìn)，并將它與CRP道集的譜平衡技術(shù)相結(jié)合，形成一種新的頻寬一致性子波反褶積技術(shù)，用于疊前道集的提高分辨率處理。

1　方法原理

1.1復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)

忽略噪聲項(xiàng)，地震記錄褶積模型在頻率域表示為

式中：x（ω），w（ω）和ξ（ω）分別為地震記錄、子波和反射系數(shù)的傅氏變換。

通過對式（1）取對數(shù)，可以將其轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)，即

對式（2）作反傅氏變換，則有

式中：x（t），w（t）和ξ（ω）分別為地震記錄、子波和反射系數(shù)的時(shí)間序列的復(fù)賽譜序列。

由于子波和反射系數(shù)序列“平滑度”的差別，子波的復(fù)賽譜一般在原點(diǎn)附近，而反射系數(shù)序列的復(fù)賽譜遠(yuǎn)離原點(diǎn)［9-11］?；谶@種認(rèn)識(shí)，在復(fù)賽譜域設(shè)計(jì)低通濾波器就可以實(shí)現(xiàn)子波與反射系數(shù)的分離，達(dá)到子波提取的目的。相同振幅譜而相位譜不同的地震子波對應(yīng)不同的最大或最小相位分量。在復(fù)賽譜域，遵照一定的規(guī)則，可將子波振幅譜分割為2部分，分別對應(yīng)于子波的最大和最小相位分量，分割比例的不同決定了子波的不同相位，由此可以得到最小相位子波、零相位子波和一系列混合相位子波。根據(jù)地震記錄信噪比譜，設(shè)定地震記錄的希望輸出，對地震記錄進(jìn)行確定性子波反褶積，再依據(jù)反褶積后地震記錄方差模的大小和分辨率情況，最終從一系列相同振幅譜而相位譜不同的地震子波中確定理想的混合相位子波。

1.2頻寬一致性子波反褶積技術(shù)

頻寬一致性子波反褶積技術(shù)主要是將改進(jìn)后的復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)與道集譜平衡技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合，其方法原理為：首先進(jìn)行道集內(nèi)子波提取及道集處理，在CRP道集內(nèi)取標(biāo)準(zhǔn)道，采用Gabor變換的時(shí)頻譜對遠(yuǎn)偏移距道進(jìn)行譜平衡處理，并提取子波；其次，在道集間選取多個(gè)提取的子波形成子波集，采用“優(yōu)化平均”法得到一個(gè)空間一致性子波；最后，根據(jù)井-震匹配和預(yù)測目的，人為定義希望輸出子波的振幅譜，并求取反子波，從而獲得分辨率得到了提高的疊前數(shù)據(jù)。

1.2.1疊前道集譜平衡技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，采用同態(tài)反褶積方法對有些資料進(jìn)行提高分辨率處理的效果好，而有些效果差。仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，提高分辨率效果差的資料大多都存在道集內(nèi)遠(yuǎn)近偏移距道頻寬不一致的現(xiàn)象，即遠(yuǎn)偏移距道波形“發(fā)胖”［12］，這會(huì)造成統(tǒng)計(jì)子波振幅譜時(shí)空間的不一致性。對有些資料作道集內(nèi)遠(yuǎn)近偏移距道的頻譜分析時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)偏移距道的有效頻帶比近偏移距道的有效頻帶窄，即遠(yuǎn)近偏移距道的頻寬不一致，而且有些差別還比較大。為此可采用譜平衡技術(shù)來提高復(fù)賽譜域子波提取的精度，從而提高反褶積效果。

所謂譜平衡技術(shù)［2］，就是將信噪比高的近、中偏移距道作為標(biāo)準(zhǔn)道，以標(biāo)準(zhǔn)道的時(shí)頻特征為標(biāo)準(zhǔn)，將其他偏移距道的時(shí)頻特征［13］向其靠攏，使得遠(yuǎn)近偏移距道的頻寬保持一致。具體步驟為：①將欲補(bǔ)償?shù)牡兰M(jìn)行時(shí)頻展開，并參考標(biāo)準(zhǔn)道的時(shí)頻譜，在時(shí)頻譜上逐點(diǎn)補(bǔ)償遠(yuǎn)偏移距道所丟失的高頻信息，從而得到遠(yuǎn)近偏移距道頻寬一致的道集；②進(jìn)行濾波及道均衡，使各偏移距道的振幅能量保持一致。

1.2.2復(fù)賽譜統(tǒng)計(jì)“優(yōu)化平均”

將復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)用于疊前道集時(shí)，其重點(diǎn)在于如何求取空間一致的地震子波的振幅譜，使得其提取的子波是一種具有代表性的綜合子波（圖1）。對于一個(gè)三維資料，在特定的目的層段，選用一定的線距、道距和道集內(nèi)不同的偏移距道作為分析樣板，即可求得一個(gè)子波集。由于該子波集中不同地震道的信噪比與頻譜特征均不相同，因此得出的子波空間一致性往往不太理想。為得到一個(gè)能代表整體數(shù)據(jù)特征的“典型”子波，筆者采用一種“剔除平均”的方法，根據(jù)井-震匹配和整體反褶積的效果，人為優(yōu)選出一種子波，這樣提取的子波不僅具有全區(qū)的代表性，而且用其所做的反褶積抗噪性較強(qiáng)。

對比圖1（a）與圖1（b）可以發(fā)現(xiàn)，多道統(tǒng)計(jì)平均后得到的子波振幅譜主頻有所提高，頻帶得到了拓寬。從圖1（c）可以看出，多道“優(yōu)選”提取的子波旁瓣得到了壓制，采用這種優(yōu)選的子波進(jìn)行反褶積處理能夠達(dá)到提高分辨率的目的。

圖1　多道子波振幅譜與單道子波振幅譜對比Fig.1　Comparison between multi-trace wavelet amplitude spectrum and single-trace wavelet amplitude spectrum

1.2.3人為定義希望輸出

常規(guī)確定性子波反褶積和時(shí)變譜白化技術(shù)都具有抗噪能力低的局限，但子波反褶積有一個(gè)明顯的優(yōu)勢是能定義希望輸出子波。最常規(guī)的希望輸出子波為Ricker子波，其通過控制Ricker子波主頻來控制希望輸出頻譜的特征，但Ricker子波的頻帶較窄，不能適應(yīng)靈活、復(fù)雜的解釋性處理要求。為此，筆者采用了一種人為定義希望輸出頻譜的方法，即手工定義希望輸出的子波振幅譜（圖2），使其主頻偏向低頻，頻帶得到拓寬，具有俞氏子波的特征，這樣就可以壓制高頻噪聲的抬升，將反褶積后道集的信噪比控制在合理的范圍內(nèi)，從而提高低信噪比資料的分辨率和AVO屬性的穩(wěn)定性。

對比圖2（a）與圖2（b）可看出，通過人為定義希望輸出子波振幅譜進(jìn)行頻寬一致性子波反褶積處理后的振幅譜主頻有所提高，頻帶得到了拓寬，高頻噪聲未抬升，表明頻寬一致性子波反褶積技術(shù)具有一定的抗噪能力。

圖2　人為定義希望輸出子波振幅譜Fig.2　Artificial definition of the desired output wavelet amplitude spectrum

2　模型試算

為說明遠(yuǎn)近偏移距道頻寬不一致對提高分辨率效果的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停旱貙雍穸纫来稳?00m，32.5m，30m，20m，20m，20m，20m，60m；對應(yīng)的縱波速度依次為3100m/s，2500m/s，2800m/s，3000m/s，2700m/s，3300m/s，3000m/s，3400m/s；橫波速度依次為1280m/s，1265m/s，1255.023m/s，1224.745m/s，1653.406m/s，1697.836m/s，1224.745m/s，1749.286m/s；密度依次為2.3 g/cm3，2.12 g/cm3，2.01 g/cm3，2.12 g/cm3，2.07 g/cm3，2.21 g/cm3，2.10 g/cm3，2.20 g/cm3；道間距為40 m，雷克子波的主頻為50 Hz。

動(dòng)校正后的道集如圖3（a）所示，可看出遠(yuǎn)偏移距道波形“發(fā)胖”。圖3（b）是對圖3（a）模型進(jìn)行復(fù)賽譜域子波反褶積處理后的效果，可看出遠(yuǎn)偏移距道的分辨率未得到有效提高。圖3（c）是對圖3（a）模型進(jìn)行頻寬一致性反褶積處理后的效果，可以看出遠(yuǎn)、近偏移距道的分辨率均得到了有效提高。

圖3　模型數(shù)據(jù)試算Fig.3　Numerical experiments

3　實(shí)際資料應(yīng)用

渤中X油田位于渤海灣盆地渤中凹陷與黃河口凹陷的分界處，該區(qū)沙三段目的層段為湖底扇沉積，發(fā)育的微相類型為辮狀水道，主要巖性為含礫砂巖、砂礫巖和泥巖互層。工區(qū)內(nèi)有20多口井，為一開發(fā)井區(qū)，斷塊復(fù)雜，且橫向沉積相變快，儲(chǔ)層厚度為3～5 m，而地震主頻僅為29 Hz。因此，地震資料分辨率低是該區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測的主要難題。

圖4為渤中X油田的實(shí)際道集資料。從疊前道集上看，近偏移距道有多次波，地震資料信噪比較低，主頻僅約20 Hz，原始地震資料的分辨率遠(yuǎn)達(dá)不到薄層反演的要求。此外，由于動(dòng)校正拉伸使得道集資料中遠(yuǎn)近偏移距道頻寬不一致，遠(yuǎn)偏移距道波形“發(fā)胖”，能量降低，給傳統(tǒng)反褶積方法的應(yīng)用造成嚴(yán)重困難。

圖4　渤中X油田原始CRP道集及相應(yīng)頻譜Fig.4　The seismic profile of CRP gather and its frequency spectrum of Bozhong X oilfield

對渤中X油田的實(shí)際道集資料進(jìn)行疊前提高分辨率處理，首先采用均值濾波對原始道集（圖4）作去噪優(yōu)化處理，去噪后的道集如圖5（a）所示；然后對去噪后的道集作復(fù)賽譜域子波反褶積處理［圖5（b）］和頻寬一致性子波反褶積處理［圖5（c）］。由于近道信噪比低，所以將譜平衡的模板道選擇為15～20道。對比圖5（b）和圖5（c）可以看出，復(fù)賽譜域子波反褶積處理后遠(yuǎn)偏移距道的分辨率未得到顯著提高，而頻寬一致性子波反褶積處理后遠(yuǎn)、近偏移距道的分辨率均得到了顯著提高。

圖5　CRP道集提高分辨率效果的對比Fig.5　Comparison of increased resolution of CRP gathers

與去噪處理后的疊加剖面［圖6（a）］相比，復(fù)賽譜域子波反褶積處理后的疊加剖面［圖6（b）］變化不大，而頻寬一致性子波反褶積處理后的疊加剖面［圖6（c）］目的層主頻由原來的20 Hz增大至40 Hz，頻帶拓寬為53 Hz，可達(dá)到的時(shí)間分辨率為12.2 ms，為后續(xù)將沙三段振幅屬性用于沉積相等研究提供了依據(jù)［14-16］。

圖6　疊加剖面提高分辨率效果對比Fig.6　Comparison of increased resolution of poststack profiles

圖7　振幅切片提高分辨率效果對比Fig.7　Comparison of increased resolution of poststack slices

將提取的沙三段振幅切片與沉積相（圖7）進(jìn)行對比后可看出：原始振幅切片［圖7（a）］信噪比低，沉積模式不清晰；去噪后振幅切片［圖7（b）］信噪比有所提高，連續(xù)性得到增強(qiáng)，但沉積模式仍然模糊不清；復(fù)賽譜域子波反褶積振幅切片［圖7（c）］能夠顯現(xiàn)一定的沉積模式；頻寬一致性子波反褶積振幅切片［圖7（d）］與沉積相的模式［圖7（e）］對應(yīng)最好，扇三角洲前緣泥巖發(fā)育區(qū)、扇根和扇中主體輪廓均較清晰，更好地反映了沉積相的平面展布。因此，頻寬一致性子波反褶積技術(shù)對提高低信噪比資料的分辨率具有更好的效果。

4　結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥C明，遠(yuǎn)近偏移距道頻寬不一致，采用常規(guī)復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)不能有效提高CRP道集的分辨率。為此，對復(fù)賽譜域子波提取技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，并將它與道集譜平衡技術(shù)相結(jié)合，形成了頻寬一致性子波反褶積技術(shù)。

（2）實(shí)際資料應(yīng)用證明，利用頻寬一致性子波反褶積技術(shù)提取的子波具有空間一致性，能夠有效壓制高頻噪聲的抬升，對提高CRP道集低信噪比資料的分辨率具有較好的效果。

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（本文編輯：王會(huì)玲）

Wavelet deconvolution with spatial consistency based on CRP gathers

Ming Jun1，Liu Lihui2，Ding Yan2，Li Cong2
（1.Tianjin Branch Company，CNOOC，Tianjin 300452，China；2.Beijing Rockstar Oil&Techology Company Ltd.，Beijing 100192，China）

When poststack wavelet extraction method of cepstrum domain is used for prestack wave extraction of CRP gathers and prestack raising resolution processing，the far and near bandwidth of the gather is not consistent，which influences the spatial consistency of wavelet and the effect of the resolution of prestack wavelet deconvolution.Therefore，this paper improved the wavelet extraction technology by using multi-cepstrum average，made the extraction wavelets have spatial consistency，and combined this improved wavelet extraction technology of cepstrum domain with spectral balance technology，to form a wavelet extraction technology which can keep the bandwidth consistent between the traces. This technology added artificial definition of the output of wavelet deconvolution，which makes it can adapt to prestack extraction frequency processing of the data with low signal to noise ratio.

wavelet extraction of cepstrum domain；spectral balance technology；wavelet deconvolution keeping bandwidth consistant；prestack raising resolution processing

P631.4

A

1673-8926（2015）06-0097-07

2015-07-20；

2015-09-17

中國海洋石油總公司“十二五”科技重大專項(xiàng)“渤海典型低孔低滲油藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐”（編號：CNOOC-KJ-125-ZDXM-07）資助

明君（1970-），男，博士，高級工程師，主要從事油田地球物理綜合解釋和方法研究。地址：（300452）天津市濱海新區(qū)塘沽閘北路1號609信箱渤海石油研究院。E-mail：mingjun@cnooc.com.cn。