兩步法地表一致性反褶積技術(shù)及應(yīng)用

林弘喆，林春華，何英偉，田 偉，馮德英

(1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712； 3. 大慶方興油田開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163411)

隨著油氣田勘探進(jìn)入成熟階段，油氣勘探目標(biāo)從尋找大型構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向?qū)ふ译[蔽復(fù)雜油氣藏。舊有的地震勘探分辨率己經(jīng)不能滿足地質(zhì)解釋的需要。高分辨率的地震數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)具有零相位的頻譜和較寬的頻帶，反褶積技術(shù)則是改善地震波頻譜的有效手段之一[1]。

不同反褶積方法具有不同的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，適用范圍也有所不同。如Peacock[2]、Money[3]和Ulrych[4]等提出的預(yù)測(cè)反褶積，其可得到消除干擾后的一次反射信號(hào)，消除一次反射后面的海上鳴震等多次波干擾；在Oppenheim[5]提出的同態(tài)反褶積基礎(chǔ)上，結(jié)合Wiggins[6]提出的最小熵反褶積的思路，曹孟起等[7]提出改進(jìn)的統(tǒng)計(jì)法同態(tài)反褶積，使同態(tài)反褶積與最小熵反褶積取長(zhǎng)補(bǔ)短，既節(jié)約了大量人工挑選子波時(shí)間，又解決了選取最佳子波受人為因素影響的問(wèn)題，展寬了地震子波的振幅譜，提高了地震剖面的分辨率。

Tanner[8]、Levin[9]、Carry[10]等根據(jù)地表一致性靜校正方法提出的地表一致性反褶積，能夠一定程度上消除虛反射的影響，可以將疊前資料頻率提高，同時(shí)可以對(duì)子波進(jìn)行整形[11-12]。但是其一個(gè)重要假設(shè)是地表同一個(gè)位置濾波作用與地震波入射角無(wú)關(guān)，對(duì)于不同的埋深具有相同的濾波作用，而在實(shí)際處理中往往會(huì)出現(xiàn)炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)虛反射存在差異，導(dǎo)致不能夠完全消除?；谶@個(gè)問(wèn)題，提出了一種優(yōu)化的炮檢域兩步法地表一致性反褶積，該方法首先在共炮點(diǎn)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算該域的反褶積算子。進(jìn)一步對(duì)其共檢波點(diǎn)、共偏移距和共CMP道集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終通過(guò)上述的統(tǒng)計(jì)推算出該域反褶積算子。得到的反褶積算子就是消除上述所提到的差異的利器[13]。通過(guò)重點(diǎn)介紹該方法原理及其反褶積算子的設(shè)計(jì)，應(yīng)用該方法消除地震資料中由于激發(fā)能量、激發(fā)子波等因素引起的子波波形的變化，從而達(dá)到提高該資料分辨率目的。

1 兩步法地表一致性反褶積

一個(gè)記錄地震道的最簡(jiǎn)單的模型是：

S(t)=W(t)*r(t)+n(t)

(1)

式(1)中，S(t)是地震信號(hào)，W(t)是地震子波，r(t)是反射系數(shù)，n(t)是噪聲。地震信號(hào)是旅行時(shí)t的函數(shù)。實(shí)踐中，此信號(hào)是經(jīng)過(guò)采樣獲得的。信號(hào)樣本可分別用向量S,W,r和n表示。

1.1 兩步法地表一致性反褶積原理

在實(shí)際的情況中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的地表?xiàng)l件，這就導(dǎo)致了反射波的波形和振幅與理論上的差異較大。進(jìn)一步就影響反射子波的一致性。那么在實(shí)際應(yīng)用中，可以認(rèn)為地表因素對(duì)地震的影響是基本不變的，其與地震波的傳輸路徑不相關(guān)。其影響主要為炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)。

地震子波數(shù)學(xué)褶積模型可寫(xiě)作：

sij(t)=oi(t)*h(j-i)/2(t)*qj(t)*r(j+i)/2(t)

(2)

式(2)中,i是炮點(diǎn)坐標(biāo)，j是檢波點(diǎn)坐標(biāo)，sij(t)是i炮j道的有效波，oi(t)是第i號(hào)震源脈沖，qj(t)是該道接收點(diǎn)響應(yīng)，h(j-i)/2(t)是與偏移距有關(guān)的地層響應(yīng)，該道半偏移距為h=(j-i)/2，r(j+i)/2(t)是該道的地層脈沖響應(yīng)，即反射系數(shù)函數(shù)。

對(duì)上式(2)做傅里葉變換求復(fù)譜：

S(jω)=O(jω)H(jω)Q(jω)R(jω)

(3)

這樣子波復(fù)頻譜的振幅譜和相位譜可寫(xiě)為：

As(ω)=Ao(ω)Ah(ω)Aq(ω)Ar(ω)

(4)

Ψs(ω)=Ψo(ω)Ψh(ω)Ψq(ω)Ψr(ω)

(5)

假設(shè)子波w(t)是最小相位的，則只需考慮振幅譜。對(duì)振幅譜求對(duì)數(shù)：

lnAs(ω)=lnAo(ω)+lnAh(ω)+lnAq(ω)+

lnAr(ω)

(6)

(7)

即為炮點(diǎn)i、檢波點(diǎn)j、頻率ω條件下兩者之差的平方和。

使能量誤差為極小的條件為：

(8)

由此可求得一組方程，對(duì)之求解就可得到共中心點(diǎn)、炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)、以及共偏移距分量的子波對(duì)數(shù)振幅譜，從而得到各分量的振幅譜。

1.2 反褶積算子設(shè)計(jì)

在進(jìn)行反褶積計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，首先要基于地表的一致性和時(shí)變方式，在此基礎(chǔ)上對(duì)最小相位算子和每個(gè)地震道反褶積進(jìn)行設(shè)計(jì)。反褶積算子功率就是眾多數(shù)據(jù)乘積的倒數(shù)，這些數(shù)據(jù)包括：震源、檢波點(diǎn)、炮檢距中點(diǎn)和偏移距譜分量。這樣的設(shè)計(jì)可以將最小相位的算子修改成零相位等價(jià)算子(振幅效應(yīng)不變)或準(zhǔn)相位等價(jià)算子(相位效應(yīng)不變)[14-16]。

設(shè)計(jì)方法如下。

1)對(duì)在每個(gè)時(shí)間窗口中獲得的震源，檢波點(diǎn)，炮檢距的中點(diǎn)和偏移頻譜分量求和，并轉(zhuǎn)換成自相關(guān)序列。

2) 在自相關(guān)零延遲值后加上噪音，進(jìn)而在每個(gè)時(shí)窗中加入反褶積預(yù)測(cè)算子(最小相位)。

3)對(duì)反褶積運(yùn)算符進(jìn)行相應(yīng)的修改，在處理中可以將其替換為最小相位運(yùn)算符、零相位等效運(yùn)算符或準(zhǔn)相位等效運(yùn)算符。地震子波被壓縮的關(guān)鍵在于預(yù)測(cè)步長(zhǎng)和預(yù)測(cè)算子長(zhǎng)度。若設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)為PD個(gè)樣點(diǎn),預(yù)測(cè)算子長(zhǎng)度為P0個(gè)樣點(diǎn)時(shí),反褶積算子長(zhǎng)度則為PD+P0個(gè)樣點(diǎn)。

分析表明：零相位等效反褶積算子最有利于擴(kuò)寬頻帶，最小相位算子次之，準(zhǔn)相位等價(jià)算子最差，小預(yù)測(cè)步長(zhǎng)有利于擴(kuò)展帶寬，白噪聲系數(shù)大小對(duì)設(shè)計(jì)操作和數(shù)據(jù)頻譜影響不大[17]。

1.3 反褶積算子應(yīng)用

經(jīng)過(guò)以上的分析后得到的反褶積算子，在通過(guò)應(yīng)用單炮資料褶積，對(duì)該算子進(jìn)行一定的分析，一旦沒(méi)有達(dá)到數(shù)據(jù)處理所需的分辨率，應(yīng)及時(shí)的對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證并優(yōu)化，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后求得最理想的反褶積算子，并加上噪音衰減、速度濾波和真振幅恢復(fù)的操作，使地震數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)反褶積處理[18-19]。

2 實(shí)際數(shù)據(jù)分析

在松遼盆地區(qū)域展開(kāi)實(shí)際應(yīng)用，工區(qū)地表以農(nóng)田、沼澤鹽堿地為主。滿覆蓋面積為50 km2，目的層海拔-700～-1 340 m之間，埋藏較淺。開(kāi)展保幅高分辨處理，目的是進(jìn)一步提高地震資料精度，為構(gòu)造研究、井位部署提供可靠的基礎(chǔ)資料。綜合考慮研究區(qū)的構(gòu)造特征以及勘探目標(biāo)，應(yīng)用炮檢域兩步法地表一致性反褶積可以很好的調(diào)整子波，提高分辨率。

2.1 反褶積參數(shù)選取

兩步法地表一致性反褶積時(shí)窗通過(guò)切除庫(kù)和時(shí)間組合進(jìn)行控制，起始時(shí)間通過(guò)切除庫(kù)控制以避開(kāi)淺層噪聲，終止時(shí)間為3 500 ms，采用3個(gè)時(shí)窗分別進(jìn)行反褶積算子的統(tǒng)計(jì)和應(yīng)用，時(shí)窗通過(guò)時(shí)空變切除庫(kù)做到精確控制。通過(guò)地表一致性反褶積處理，主頻較低的單炮頻帶有所拓寬，炮間的頻率差異得到有效的消除，頻率特征基本達(dá)到一致。

對(duì)于預(yù)測(cè)間距進(jìn)行了參數(shù)的掃描和對(duì)比，對(duì)選取的參數(shù)的疊加掃描結(jié)果分別進(jìn)行了偏移歸位的處理，并將偏移結(jié)果與合成記錄進(jìn)行對(duì)比分析，這些參數(shù)組合對(duì)應(yīng)不同的成果分辨率和波組特征。不同預(yù)測(cè)間距對(duì)應(yīng)的剖面及自相關(guān)效果有一定差異，預(yù)測(cè)距離小，背景噪聲大，頻譜特征不符合自然衰減規(guī)律。圖1為選取預(yù)測(cè)間距前后反褶積剖面、自相關(guān)及頻譜，對(duì)比可以看出在選取合適的預(yù)測(cè)間距后子波一致性得到改善，自相關(guān)上主峰值橫向上一致性增強(qiáng)，旁瓣虛反射得到有效的壓縮，信噪比適中，目的層反射能量相對(duì)較強(qiáng)，并且剖面分辨率提高。

圖1 選取不同預(yù)測(cè)間距后地表一致性反褶積前剖面、自相關(guān)及頻譜

2.2 反褶積質(zhì)量監(jiān)控

分別從單炮記錄、頻譜等方面對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。從圖2中可以看出反褶積后質(zhì)控單炮子波的續(xù)至相位得到有效壓縮，單炮上有效反射同相軸更為突出，子波多相位問(wèn)題(虛反射)得到有效解決。

圖2 控制點(diǎn)單炮反褶積前后對(duì)比

圖3為反褶積前后的疊加剖面及對(duì)應(yīng)的頻譜，子波頻帶得到明顯拓寬，主頻也有所提高，反褶積后從淺到深分辨率都有了明顯的提升。通過(guò)對(duì)反褶積后的疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)應(yīng)的井震對(duì)比，目的層段的偏移成果與井合成記錄在波形、振幅以及頻率上都有很好的相似性，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了反褶積處理參數(shù)是相對(duì)合理的。

圖3 反褶積前后的疊加效果

圖4為控制線對(duì)應(yīng)的疊前處理的最終疊加剖面，可以看到處理成果信噪比較高，波組特征清楚，繞射波明顯，同相軸的連續(xù)性較好；同時(shí)通過(guò)精細(xì)的能量調(diào)整技術(shù)，疊加剖面上中深層的反射信號(hào)得到很好地恢復(fù)，在時(shí)間切片上，構(gòu)造細(xì)節(jié)得到突出，橫向上能量一致性較好，能夠滿足疊前偏移對(duì)數(shù)據(jù)能量的要求。另外，地震子波在反褶積處理后有效的被壓縮。

圖5為反褶積前后零交叉時(shí)平面中，自相關(guān)值由反褶積之前的12～19提高到現(xiàn)在的10～12之間，全區(qū)子波橫向上基本趨于一致。資料有效頻帶較寬，頻率成分豐富，尤其是很好地保留了低頻信號(hào)，補(bǔ)償了高頻信號(hào)，主頻由之前的14～22 Hz提高到現(xiàn)在的22～36 Hz之間，有效拓寬了頻帶。

圖4 反褶積前后控制線疊加剖面

圖5 反褶積前后主頻對(duì)比

2.3 兩步法地表一致性反褶積處理效果分析

盡管以上的質(zhì)量監(jiān)控從不同方面展示了反褶積處理的結(jié)果，但仍然需要應(yīng)用直觀成像進(jìn)一步對(duì)比處理的成效。

經(jīng)地表一致性?xún)刹椒瘩薹e處理后，最終剖面的整體能量、頻率變得均衡一致，表明激發(fā)能量和頻率的空間差異得到消除，同時(shí)剖面中反射同向軸多相位現(xiàn)象明顯減少，進(jìn)而反映出對(duì)于虛反射有了較好的壓制，并使其分辨率明顯提高，同時(shí)信噪比也有所改善。

圖6a為應(yīng)用炮檢域兩步法地表一致性反褶積處理最終成果，相較于圖6b傳統(tǒng)地表一致性成果，可以看到兩步法地表一致性反褶積處理結(jié)果整體結(jié)構(gòu)清楚，信噪比較高，斷裂特征明顯，地震反射特征清楚，分辨率得到顯著提高。圖7為目的層有效頻帶寬，兩步法地表一致性反褶積有效拓寬了頻帶。

圖6 成果數(shù)據(jù)目的層放大對(duì)比

圖7 目的層段頻譜對(duì)比

3 結(jié) 論

提高地震資料的分辨率、信噪比和保真度是保幅高分辨率處理的基礎(chǔ)。兩步法地表一致性反褶積可有效壓縮地震子波，提高地震子波的空間一致性，同時(shí)具有很好的保幅性。松遼盆地某研究區(qū)實(shí)際地震資料處理表明，該方法可有效應(yīng)用于中淺層目標(biāo)勘探的地震資料處理，地震成像效果明顯，成果資料地質(zhì)構(gòu)造清楚，地震反射特征清晰，斷裂特征明顯，信噪比較高，分辨率得到顯著提高。同時(shí)該方法具有很好的推廣應(yīng)用前景。