地震資料處理中的預(yù)測(cè)反褶積參數(shù)選擇及效果分析

王弘揚(yáng)++宋鑫磊++任秋月++姚佳芮++胡喬治

摘 要：預(yù)測(cè)反褶積在地震資料處理中有突出的貢獻(xiàn)，既能提高分辨率又能壓制一些規(guī)則干擾，是一種非常有效的處理手段。預(yù)測(cè)反褶積中預(yù)測(cè)步長的選擇非常重要，其對(duì)資料的改善效果也會(huì)因“步”而異。本文通過對(duì)預(yù)測(cè)步長參數(shù)的優(yōu)化，得到了分辨率較高，構(gòu)造體現(xiàn)較好的成果。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)步長越小，分辨率越高，但信噪比越差；反之亦然。所以，實(shí)際處理時(shí)，要兼顧信噪比和分辨率，根據(jù)實(shí)際資料選擇合理的參數(shù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)測(cè)反褶積；預(yù)測(cè)步長；分辨率；信噪比

中圖分類號(hào)：P631.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）18-0203-03

1 引言

反褶積是地震資料處理中一個(gè)必不可少的步驟，它在地震數(shù)據(jù)處理中占有重要的地位。反褶積的主要作用是盡可能消除大地濾波作用，壓縮地震子波，使實(shí)際的地震記錄接近于反射系數(shù)序列，從而提高地震資料分辨率。在地震資料處理中，反褶積處理，按方法分類，可以包括：最小平方反褶積、預(yù)測(cè)反褶積、子波反褶積、伯格反褶積、地表一致性反褶積等。預(yù)測(cè)反褶積是資料處理中比較常用的一種方法，主要用于提高分辨率，壓制一些規(guī)則干擾。

預(yù)測(cè)反褶積的關(guān)鍵參數(shù)主要有：預(yù)測(cè)步長、預(yù)測(cè)反褶積因子長度、預(yù)測(cè)時(shí)窗等，而且它們是與地震資料品質(zhì)、地震地質(zhì)條件有關(guān)。因此，對(duì)于一個(gè)地區(qū)的地震資料應(yīng)用預(yù)測(cè)反褶積處理時(shí)，需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行大量的試驗(yàn)，并根據(jù)處理要求，選擇合適的參數(shù)，才能最終達(dá)到反褶積處理的良好效果[1]。

本文所述的3D地震資料是來自我國東部某地的陸上地震資料，資料品質(zhì)一般，存在較多噪音干擾，另外，斷層較多，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。本次使用我國東方地球物理公司研發(fā)的GeoEast軟件，對(duì)該資料進(jìn)行了較為精細(xì)的處理。特別是在反褶積，包括預(yù)測(cè)反褶積方面，通過多次試驗(yàn)，找到了較為適合該地區(qū)資料品質(zhì)及地震地質(zhì)條件的相關(guān)參數(shù)，取得了較好的反褶積效果，從而保證了整個(gè)處理流程的效果。本文著重闡述了本次處理中預(yù)測(cè)反褶積參數(shù)選取優(yōu)化的方法及對(duì)處理效果的影響分析等，為相關(guān)處理工作提供一些可以參考的思路和方法。

2 預(yù)測(cè)反褶積的原理

假設(shè)輸入信號(hào)為X（t），預(yù)測(cè)濾波因子為c（t）=[c（0），c（1），…，c（m）]，為預(yù)測(cè)步長，期望輸出為，則預(yù)測(cè)輸出為：

（1）

預(yù)測(cè)誤差：

（2）

由最小平方原理可得：

（3）

這就是預(yù)測(cè)方程，此方程的解就是預(yù)測(cè)濾波因子。用此濾波因子對(duì)進(jìn)行濾波，可得到和，其中是預(yù)測(cè)濾波的結(jié)果，是預(yù)測(cè)反褶積的結(jié)果。

預(yù)測(cè)反褶積在地震資料處理中的主要作用是根據(jù)地震數(shù)據(jù)中原始的一次波和多次波等規(guī)則干擾的信息，預(yù)測(cè)出純干擾部分。由此，可以從原始地震記錄中減去干擾部分，得到消除干擾后的一次波，提高了地震記錄的信噪比和分辨率。預(yù)測(cè)反褶積中的預(yù)測(cè)值就為多次波等規(guī)則干擾，預(yù)測(cè)誤差才是最重要的數(shù)據(jù)，即消除干擾后的地震記錄。因此，預(yù)測(cè)反褶積是做的預(yù)測(cè)誤差的反褶積，求取的結(jié)果是預(yù)測(cè)誤差的反射序列。同時(shí)，也要強(qiáng)調(diào)一次反射波是由隨機(jī)反射系數(shù)序列產(chǎn)生的，預(yù)測(cè)反褶積對(duì)它是沒有效果的，預(yù)測(cè)反褶積只能預(yù)測(cè)有變化規(guī)律或者有周期性的數(shù)據(jù)[2]。

為提高分辨率，關(guān)鍵是預(yù)測(cè)步長的選擇，即上式（2）中的的選擇。本文針對(duì)預(yù)測(cè)步長的選擇進(jìn)行了討論，通過對(duì)實(shí)際地震資料的處理和對(duì)比，得出適合該地區(qū)的預(yù)測(cè)反褶積處理的最佳參數(shù)。

3 參數(shù)選擇的效果分析

對(duì)于預(yù)測(cè)步長的選擇，首先要明白預(yù)測(cè)步長為1時(shí)，是指的一個(gè)采樣間隔，所以在選擇預(yù)測(cè)步長時(shí)，應(yīng)盡量選擇采樣周期的倍數(shù)，這樣得出的預(yù)測(cè)值和預(yù)測(cè)誤差才有效。本文根據(jù)實(shí)際資料的情況，分別在淺層（500-1500ms）和深層（1000-3500ms）取了不同的預(yù)測(cè)步長，這樣主要是針對(duì)淺、深層不同的規(guī)則干擾，去除更加精細(xì)。淺層的預(yù)測(cè)步長分別取16ms、24ms、32ms；深層的預(yù)測(cè)步長分別取20ms、28ms、36ms，固定預(yù)測(cè)濾波因子長度為120ms，在炮集上顯示結(jié)果圖1所示。

從炮集顯示結(jié)果可以得出：隨著預(yù)測(cè)步長的逐漸增大，地震記錄縱向分辨率逐漸下降，振幅能量逐漸下降。同時(shí)，處理后的結(jié)果其信噪比隨著預(yù)測(cè)步長的增加逐漸趨于處理前地震數(shù)據(jù)。頻譜分析如圖2所示，預(yù)測(cè)步長較小時(shí)，資料中的低頻和高頻能量比較突出，出現(xiàn)一些“毛刺”現(xiàn)象，局部能量分布雜亂，造成時(shí)空域信噪比不高。但是，資料的頻譜得到了極大拓寬，這也就是時(shí)空域縱向分辨率的提高。而隨著預(yù)測(cè)步長的增大，低頻和高頻能量逐漸衰減，“毛刺”現(xiàn)象減少，能量分布變穩(wěn)定，時(shí)空域信噪比提高；同時(shí)，資料頻譜寬度降低，資料縱向分辨率降低。由此，炮集上出現(xiàn)的現(xiàn)象就得到了合理的解釋[3]。

為了得到更加明顯的現(xiàn)象，對(duì)預(yù)測(cè)反褶積后的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，得到以下疊加剖面結(jié)果，見圖3所示。疊加剖面的結(jié)果驗(yàn)證了頻譜分析得出的結(jié)論：較短的預(yù)測(cè)步長改善分辨率，較長的預(yù)測(cè)步長改善信噪比，而信噪比和分辨率不可兼得，預(yù)測(cè)步長增加到一定程度后，得到處理結(jié)果的變化變得基本穩(wěn)定（見圖3中的方框部分）。

預(yù)測(cè)反褶積有兩個(gè)作用：壓縮子波和消除規(guī)則干擾。對(duì)于消除規(guī)則干擾，需要根據(jù)實(shí)際資料來確定規(guī)則干擾的出現(xiàn)周期，取預(yù)測(cè)步長等于出現(xiàn)周期時(shí)，得到預(yù)測(cè)值就大致接近于規(guī)則干擾，得到的預(yù)測(cè)誤差信噪比就更高。上述資料在預(yù)測(cè)步長大于24ms后，信噪比得到明顯的增強(qiáng)，由此得出規(guī)則干擾出現(xiàn)的周期大概在24-28ms之間[4]。

對(duì)于壓縮子波，理論上是預(yù)測(cè)步長取得越小，子波壓縮程度越高，得出的分辨率越高。但是實(shí)際運(yùn)用中卻不盡人意，當(dāng)預(yù)測(cè)步長變小時(shí)，資料的分辨率確實(shí)提高了，但是信噪比卻極大的降低了。這是由于資料本身中含有干擾，由頻譜分析得：小步長預(yù)測(cè)反褶積處理對(duì)高頻干擾進(jìn)行了放大，低頻也有一定影響；大步長預(yù)測(cè)反褶積處理，子波壓縮小，對(duì)頻譜高頻段的壓制和輸入譜形狀的保持較好，但分辨率不佳，當(dāng)預(yù)測(cè)長度等于子波長度時(shí)，子波完全沒有壓縮，此時(shí)處理對(duì)資料沒有任何改變。顯然為了取得分辨率而極大犧牲信噪比是不可取，因此要選擇合適的預(yù)測(cè)步長兼顧分辨率和信噪比。本資料的預(yù)測(cè)步長選取24ms&28ms這組參數(shù)比較合適，既滿足同相軸的分離度又滿足同相軸的清晰度[5-7]。endprint

按照這樣的參數(shù)選取，得到了較好的預(yù)測(cè)反褶積效果。同時(shí)結(jié)合其它處理方法，組成了完整的處理流程，見圖4所示，最后得到了最終處理結(jié)果。其中的一條剖面圖，如圖5所示。從圖中可以看出，由于預(yù)測(cè)反褶積的參數(shù)優(yōu)化，構(gòu)造細(xì)節(jié)都體現(xiàn)出來，縱向分辨率得到了顯著改善。

4 結(jié)語

（1）預(yù)測(cè)濾波的結(jié)果為預(yù)測(cè)值，即預(yù)測(cè)出的規(guī)則干擾；預(yù)測(cè)誤差為預(yù)測(cè)反褶積結(jié)果，預(yù)測(cè)反褶積是做的預(yù)測(cè)誤差的反褶積，求取的結(jié)果是預(yù)測(cè)誤差的反射序列。預(yù)測(cè)反褶積對(duì)一次反射波沒有效果，預(yù)測(cè)反褶積只能處理有變化規(guī)律或者有周期性的數(shù)據(jù)。（2）預(yù)測(cè)步長的選擇要兼顧子波壓縮和規(guī)則干擾消除，較短的預(yù)測(cè)步長改善分辨率，較長的預(yù)測(cè)步長改善信噪比，而信噪比和分辨率不可兼得。要根據(jù)實(shí)際資料的情況，選取合適的步長。

參考文獻(xiàn)

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