高密度地震資料品質(zhì)綜合分析技術(shù)研究

蘇 燕

（中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東 東營 257100）

0 引言

隨著地震勘探技術(shù)的不斷深入，野外采集地震道數(shù)越來越多，特別是近幾年來萬道地震儀的廣泛應(yīng)用，使地震數(shù)據(jù)量成倍增長(zhǎng)，地震處理（數(shù)據(jù)輸入、定義觀測(cè)系統(tǒng)、解編記錄、濾波等）工作量越來越大。按照常規(guī)的處理手段不論在技術(shù)方面還是時(shí)效方面均已不能滿足處理要求，不能及時(shí)有效的進(jìn)行反饋，嚴(yán)重阻礙野外生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度，面對(duì)高密度地震數(shù)據(jù)在正式確定處理流程之前需要定性、定量地對(duì)地震資料進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)數(shù)據(jù)中的激發(fā)能量、激發(fā)子波、高頻干擾和信噪比等參數(shù)進(jìn)行定量、系統(tǒng)、直觀地分析為科學(xué)地制定后續(xù)處理流程以及快速、有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)處理數(shù)據(jù)的全面質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 綜合能量分析及應(yīng)用

實(shí)際地震勘探中激發(fā)能量受各種因素的影響而發(fā)生變化，傳播路徑、儲(chǔ)層物性、地表巖性、激發(fā)井深和爆炸藥量等因素均會(huì)對(duì)激發(fā)能量造成影響。激發(fā)能量的變化又將直接影響激發(fā)頻率和激發(fā)子波的變化。因此在地震資料處理前有效地分析各炮的激發(fā)能量變化，依據(jù)近地表資料和靜校正分析結(jié)果為后續(xù)地震資料處理提供炮集質(zhì)量的變化和近地表變化的信息。該技術(shù)為快速分析各炮激發(fā)能量提供了手段。

1.1 方法原理

利用希爾伯特變換能有效地從地震信號(hào)中提取復(fù)雜信號(hào)的瞬時(shí)參數(shù)一一瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位。設(shè)一個(gè)解析信號(hào)可表示為依賴于時(shí)間變化的復(fù)變量，即

式中：X(t)為信號(hào)本身；Y(t)為它的正交。正交是記錄信號(hào)的900相移。對(duì)X(t)進(jìn)行希爾伯特反變換就可以得到

代入式（1）得

U(t)的指數(shù)表達(dá)式為

式中：R(t)為瞬時(shí)振幅；?（）t為瞬時(shí)相位。

希爾伯特瞬時(shí)振幅變換能使地震剖面上能量包絡(luò)更加清晰，該技術(shù)利用希爾伯特變換得到的振幅包絡(luò)對(duì)屬性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能。在統(tǒng)計(jì)激發(fā)能量時(shí)，將分析時(shí)窗分成7個(gè)子時(shí)窗分別統(tǒng)計(jì)，最后求取平均值。

1.2 能量分析技術(shù)應(yīng)用

1.2.1 野外激發(fā)能量監(jiān)控

從羅家全區(qū)能量統(tǒng)計(jì)平面圖可以清楚地看出全工區(qū)各炮反射能量的變化。全區(qū)中部和南部初至能量強(qiáng)，即激發(fā)能量強(qiáng)，通過疊加后能量分布比較均衡。根據(jù)分析結(jié)果，處理人員不僅可以全面了解原始資料的品質(zhì),而且可以通過平面監(jiān)測(cè)與監(jiān)控炮相結(jié)合的方式全程監(jiān)控整個(gè)處理過程。

1.2.2 干擾能量分析

地震采集中經(jīng)常遇到的干擾波主要分為規(guī)則干擾和環(huán)境噪音兩類。噪音是影響資料質(zhì)量的主要因素，直接影響了剖面的成像效果。根據(jù)干擾能量分析圖，可以快捷有效的分析全區(qū)或整束線的噪音分布情況，查找干擾源，排除干擾，提高資料質(zhì)量。同時(shí)，還可以根據(jù)噪音的能量分布特征來壓制噪音，提高信噪比。

1.2.3 振幅處理效果監(jiān)控

在資料處理中，振幅一致性處理是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，振幅處理效果如何，如果逐炮分析，既費(fèi)時(shí)，又不直觀。借助綜合能量分析的方法，可以方便直觀的進(jìn)行處理效果監(jiān)控。

2 信噪比綜合定量分析

剖面法信噪比估算方法基于地震數(shù)據(jù)存在相干性的原理。它以小時(shí)窗作為研究對(duì)象，并滑動(dòng)外推進(jìn)行整條測(cè)線的信噪比計(jì)算，拋開常規(guī)信噪比估算用一個(gè)時(shí)窗內(nèi)信號(hào)和噪音總能量的計(jì)算方法，因此對(duì)全測(cè)線資料信噪比的描述更加直觀。它的估算前提有兩個(gè)，一個(gè)是信號(hào)的相關(guān)性，二個(gè)是噪音的隨機(jī)分布。剖面法信噪比估算理論上基本可以分為三個(gè)過程：

2.1 地震信號(hào)的相關(guān)性判斷及能量估算

假設(shè)相鄰兩道中地震波分別用f1(t)和f2(t)表示，計(jì)算兩道的互相關(guān)就可表為：

兩道相關(guān)性決定于相關(guān)系數(shù)：

根據(jù)?值可以進(jìn)行信號(hào)或噪音的判斷。給定一個(gè)門檻值，假設(shè)?的值大于這個(gè)門檻值，則認(rèn)為地震道相干，作為有效信號(hào)統(tǒng)計(jì)；假設(shè)?的值小于這個(gè)門檻值，則認(rèn)為地震道不相干，作為噪音統(tǒng)計(jì)。

在信噪比分析時(shí)窗內(nèi)，將數(shù)據(jù)體記為：

式中，M 為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)，N 為時(shí)窗內(nèi)地震道數(shù)，i=1，2，3，…，M，j=1，2，3，…，N。

假設(shè)在整個(gè)時(shí)窗內(nèi)地震子波波形、振幅和相位都保持不變，則有：

式中，si為有效信號(hào)振幅，nij為噪音振幅。

計(jì)算時(shí)窗內(nèi)，有效信號(hào)總能量為：

2.2 噪音的隨機(jī)分布及其能量計(jì)算

如果噪音滿足基本的地震假設(shè)，即關(guān)于褶積模型的假設(shè)，即地震數(shù)據(jù)可以認(rèn)為是子波Wt和反射系數(shù)序列Rt的褶積：

其中n是噪音，n滿足隨機(jī)平穩(wěn)噪聲條件。即有

時(shí)窗內(nèi)噪音總能量為：

2.3 求取信噪比值

上面分別求出了一個(gè)計(jì)算時(shí)窗內(nèi)有效信號(hào)和噪音的能量，在實(shí)際計(jì)算時(shí)噪音可以按照?的值是否小于門檻值來判斷。

計(jì)算時(shí)窗內(nèi)信噪比：

圖1 新老剖面對(duì)比圖

橫向上按N/2道，縱向上按M/2采樣點(diǎn)進(jìn)行滑動(dòng)，直到覆蓋整條剖面，然后將估算值顯示到剖面上。

為了解決相關(guān)計(jì)算的不穩(wěn)定，剖面法信噪比估算可以采用不同大小時(shí)窗多次計(jì)算，然后加權(quán)平均得到最后的信噪比譜。

2.4 工區(qū)信噪比分析

資料信噪比的地域特征明顯，從全區(qū)信噪比圖上可以概括為南高北低，東高西低。經(jīng)過實(shí)地踏勘、與野外地震隊(duì)施工人員結(jié)合，了解到工區(qū)內(nèi)魚池、蝦池、臺(tái)田、溝壑眾多，影響到了排列的正常擺設(shè)，并由面到點(diǎn)分別抽取不同位置的單炮，從單炮信噪比看與工區(qū)對(duì)應(yīng)，

3 處理效果分析

與老的偏移剖面對(duì)比可以看出，高密度資料在橫向分辨率上有了大幅度提高，一些小的斷層和斷塊得到了清晰的刻劃，信噪比明顯提高如圖1。

4 結(jié)束語

高密度地震資料品質(zhì)綜合技術(shù)研究對(duì)野外采集資料品質(zhì)做出全面快捷的監(jiān)控分析，為野外采集提供技術(shù)支持。

1）處理分析結(jié)果顯示，與老資料以及同源激發(fā)模擬檢波組合采集資料相比，高密度采集、處理資料縱、橫向分辨率以及保真度均有明顯提高。

2）針對(duì)單點(diǎn)、高密度、全數(shù)字三維采集資料頻帶寬、弱信號(hào)記錄能力強(qiáng)、信噪比低、數(shù)據(jù)量龐大等特點(diǎn)，形成與高密度三維地震資料相適應(yīng)的處理流程。

3）高密度三維地震采集數(shù)據(jù)量爆炸式的增長(zhǎng)，對(duì)目前處理分析軟硬件環(huán)境提出了更高要求，包括：磁盤存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)傳輸能力、集群運(yùn)算能力、單個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存配置以及海量數(shù)據(jù)下處理應(yīng)用軟件的適應(yīng)性問題等。

[1]李慶忠.走向精確勘探的道路[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[2]董世學(xué)，張春雨.地震檢波器的性能與精確地震勘探[J].石油物探，2000（39）.

[3]丁貴明，張一偉.油氣勘探工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[4]閔成花.零相位校正和子波反褶積[J].油氣地球物理，2004（2）.