地震數(shù)據(jù)常用顯示方式解析

王秋成,郭 敏,王建鋒,接銘麗,杜清波,任艷永,馬 竹

(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司采集技術(shù)中心 河北 涿州 072751)

0 引 言

地震勘探中地震波記錄的是檢波器震動(dòng)情況,地震波振幅的強(qiáng)弱反映檢波器震動(dòng)幅度的大小,地震波中初至波通常在地表傳播,衰減比較小,振幅較強(qiáng)。從地下傳回的地震波隨著波傳播時(shí)間的增大振幅有逐漸變小的趨勢(shì)。地震波頻率的高低體現(xiàn)了檢波器震動(dòng)頻率,油氣地震勘探的有效信號(hào)頻率通常在幾赫茲到100 Hz左右。單炮數(shù)據(jù)顯示是地震采集現(xiàn)場(chǎng)最常用的質(zhì)控工具,能直接反映單炮記錄數(shù)據(jù)品質(zhì)的好壞[1-2]。地震數(shù)據(jù)顯示工具是對(duì)記錄地震波的顯示,為了能更好地適應(yīng)人眼的視角需求,地震數(shù)據(jù)顯示軟件中通常有多種顯示方式[3-7]。由于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通常對(duì)單炮數(shù)據(jù)顯示機(jī)理不是很了解,對(duì)顯示方式參數(shù)的選取也比較困惑,通常采用一種默認(rèn)的顯示方式,這必然導(dǎo)致有些單炮數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)顯示不夠清晰。地震數(shù)據(jù)顯示方式主要有單道均衡、多道均衡、固定增益、自動(dòng)增益控制(AGC)4種,每種顯示方式都有各自的應(yīng)用場(chǎng)景[8-11]。這幾種顯示方式在地震處理軟件中可以作為處理模塊應(yīng)用,在地震數(shù)據(jù)顯示中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再顯示,并不進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。本文從地震數(shù)據(jù)顯示的基本原理出發(fā),介紹了4種顯示方式和3種均衡因子的計(jì)算方法,以及在地震采集現(xiàn)場(chǎng)每種顯示方式的應(yīng)用實(shí)例。

1 地震數(shù)據(jù)顯示方式

1.1 單道均衡

單道均衡顯示是地震采集現(xiàn)場(chǎng)最常用的顯示方式,此種顯示方式最大的特點(diǎn)是將各道數(shù)據(jù)都均衡到同一水平,單炮記錄上遠(yuǎn)近偏移距各道能量沒(méi)有明顯差異,在時(shí)間方向上,從初至附近向下隨著時(shí)間的增加能量逐漸變?nèi)酢?/p>

單道均衡顯示中需要每一道計(jì)算一個(gè)均衡因子,再將單炮記錄實(shí)際采樣點(diǎn)值歸一化進(jìn)行顯示。計(jì)算均衡因子的方法主要有均方根、平均值、最大值3種方法。

(1)均方根法單道均衡

對(duì)于均方根均衡因子的計(jì)算,首先計(jì)算單道的均方根值,見(jiàn)式(1)。

(1)

式(1)中:SRMS為某一單道數(shù)據(jù)的均方根值;di為地震數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)值,i從1到N;N為單道數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)。

為了便于采樣點(diǎn)的顯示,將單道采樣點(diǎn)值進(jìn)行歸一化處理,見(jiàn)式(2)。

(2)

式(2)中:Ai為歸一化采樣點(diǎn)值,歸一化最大值FMax=SRMS,歸一化最小值FMin=-SRMS,SRMS由式(1)計(jì)算得到。

(2)平均值法單道均衡

平均值法均衡因子計(jì)算中的平均值計(jì)算見(jiàn)式(3)。

(3)

式(3)中:SAVE為單道的采樣點(diǎn)絕對(duì)值計(jì)算得到的平均值;N為單道數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)。

單道平均值法均衡因子采樣點(diǎn)值由式(2)計(jì)算得到,式中歸一化最大值FMax=SAVE,歸一化最小值FMin=-SAVE,SAVE由式(3)計(jì)算得到。

(3)最大值法單道均衡

求取單道數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)值的最大值dMax和最小值dMin,FMax=dMax,FMin=dMin,代入式(2)得到最大值法單道均衡后的采樣點(diǎn)值。

1.2 多道均衡

多道均衡顯示方式在地震采集現(xiàn)場(chǎng)也是一種比較常見(jiàn)的顯示方式,此種顯示方式特點(diǎn)是在不同偏移距上,隨著偏移距的增大能量逐漸變?nèi)?在時(shí)間上隨著時(shí)間的增加能量也會(huì)隨之變?nèi)酢?/p>

多道均衡顯示方式下,每一炮計(jì)算一個(gè)均衡因子,計(jì)算這個(gè)均衡因子采用的數(shù)據(jù)可以是整個(gè)炮集數(shù)據(jù),也可以采用其中的一個(gè)或幾個(gè)排列來(lái)計(jì)算,計(jì)算均衡因子的方法有均方根、平均值、最大值3種方法。具體計(jì)算公式可以參考單道均衡的計(jì)算公式。

1.3 固定增益

固定增益顯示方式最大的特點(diǎn)是單炮記錄不僅在偏移距、時(shí)間方向上存在能量變化,在不同炮集之間也可以體現(xiàn)出能量變化,方便對(duì)比各炮能量的激發(fā)情況。

固定增益顯示中均衡因子是一個(gè)固定值,均衡因子采用式(2)計(jì)算得到,式中FMax=Value,FMin=-Value,Value可以是給定的一個(gè)正數(shù),也可以通過(guò)炮集計(jì)算得到,例如通過(guò)炮集數(shù)據(jù)計(jì)算得到的均方根值、平均值,或最大值都可以作為Value值。

1.4 自動(dòng)增益控制(AGC)

自動(dòng)增益控制經(jīng)常應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)處理中,但在地震采集中也是一個(gè)很常用的顯示工具。自動(dòng)增益控制顯示方式對(duì)單炮數(shù)據(jù)無(wú)論是在時(shí)間還是偏移距方向都有削強(qiáng)補(bǔ)弱的功能,對(duì)于地震反射同相軸有很好的增強(qiáng)顯示作用,為了更好地體現(xiàn)地震采集有效信號(hào)信息,在紙質(zhì)顯示單炮數(shù)據(jù)時(shí)常常采用自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式來(lái)打印。

(4)

(5)

式(5)中:Ai為自動(dòng)增益后的采樣點(diǎn)值,di為單炮數(shù)據(jù)的原始采樣點(diǎn)值。

單炮數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)值經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制(AGC)處理后,還需要進(jìn)行歸一化才能進(jìn)行顯示,均衡因子的計(jì)算方法參考單道均衡中均方根、平均值、最大值3種方法計(jì)算得到。

從自動(dòng)增益控制(AGC)算法中可以看出,由于每個(gè)采樣點(diǎn)的增益因子是單獨(dú)計(jì)算得到,經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制(AGC)顯示后,單炮數(shù)據(jù)在時(shí)間和偏移距方向的能量差異都會(huì)被削弱,且隨著增益時(shí)窗的減小增益效果越強(qiáng)。

2 各種顯示方式應(yīng)用效果分析

2.1 單道均衡顯示方式

在單炮數(shù)據(jù)顯示中,默認(rèn)的顯示方式通常為單道均衡顯示方式,單道均衡顯示能很好地顯示地震單炮數(shù)據(jù)遠(yuǎn)近各道的波形特征,尤其是對(duì)于遠(yuǎn)偏移距單道數(shù)據(jù)。圖1為同一單炮記錄多道均衡和單道均衡顯示。圖1(a)采用多道均衡方式進(jìn)行顯示,遠(yuǎn)偏移距道由于能量比較弱,顯示幾乎為空白;圖1(b)采用單道均衡方式進(jìn)行顯示,遠(yuǎn)偏移距道能很好地顯示,整體單炮面貌也更為清楚。在檢波器極性測(cè)試中,為了突出初至波的極性,采用單道均衡顯示更為適合。為了檢查地震采集單炮輔助道是否有問(wèn)題,單炮輔助道集中顯示中采用單道均衡也更為合適。單道均衡顯示參數(shù)主要有歸一化方式和比例因子,通過(guò)選擇不同的歸一化方式和填寫(xiě)比例因子的大小調(diào)整顯示效果。顯示振幅大小主要通過(guò)調(diào)整比例因子的大小來(lái)實(shí)現(xiàn),比例因子過(guò)小,無(wú)法清楚顯示地震波形特征;比例因子過(guò)大,相鄰道波形重疊無(wú)法清楚顯示波形特征。

2.2 多道均衡顯示方式

多道均衡顯示可以更好地整體展示地震波能量隨時(shí)間和距離的變化規(guī)律。圖2為縱波震源激發(fā),三分量檢波器接收多道均衡和單道均衡顯示。

圖2 縱波震源激發(fā),三分量檢波器接收多道均衡和單道均衡顯示

圖2中,單炮記錄上相鄰3道分別對(duì)應(yīng)Z分量、X分量和Y分量。圖2(a)為多道均衡顯示方式,由于各道采用一個(gè)均衡因子進(jìn)行顯示,可以更好地體現(xiàn)各道之間的能量關(guān)系。圖2(b)為單道均衡顯示方式,由于各道單獨(dú)進(jìn)行均衡,3個(gè)分量單道數(shù)據(jù)顯示的振幅基本相同。縱波激發(fā),記錄的Z分量能量最強(qiáng),X和Y分量能量比較弱。多道均衡顯示參數(shù)和單道均衡顯示參數(shù)相同,通過(guò)選擇歸一化方式和填寫(xiě)比例因子大小來(lái)調(diào)整單炮顯示效果。

2.3 固定增益顯示方式

在地震采集開(kāi)工試驗(yàn)中通常進(jìn)行井深、藥量或震次對(duì)比,對(duì)比各炮地震波能量強(qiáng)弱用固定增益顯示方式較為適合。圖3為在固定增益顯示方式下不同單炮數(shù)據(jù)的顯示結(jié)果。圖3(a)單炮能量比較強(qiáng),圖3(b)單炮能量比較弱,兩炮的能量差異比較大。如果采用單道均衡或多道均衡方式無(wú)法體現(xiàn)兩炮之間的能量差異。在可控震源和井炮多種震源激發(fā)的工區(qū),由于可控震源激發(fā)后的單炮是相關(guān)后的數(shù)據(jù),和井炮激發(fā)的單炮記錄采樣點(diǎn)值不在同一數(shù)量級(jí),如果采用固定增益顯示會(huì)導(dǎo)致某一種類(lèi)型的激發(fā)單炮顯示得很不清楚,最好采用其他顯示方式進(jìn)行顯示。固定增益參數(shù)主要是固定增益因子,增益因子的值越小,增益效果越明顯,需要填寫(xiě)合適的值才能清楚地顯示單炮地震數(shù)據(jù)波形特征。

圖3 不同單炮固定增益顯示

2.4 自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式

自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式能更好地突出高頻弱小地震波的接收效果。圖4為同一單炮記錄的不同顯示方式。圖4(a)為單道均衡顯示,由于單道采用一個(gè)均衡因子,較深地層反射同相軸不是很清楚。圖4(b)為自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式,自動(dòng)增益控制(AGC)時(shí)窗長(zhǎng)度500 ms,能更好地顯示深層的有效信號(hào)反射同相軸。圖4(c)為自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式,自動(dòng)增益控制(AGC)時(shí)窗長(zhǎng)度100 ms,由于采用的增益時(shí)窗長(zhǎng)度更小,自動(dòng)增益效果更為明顯。自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式參數(shù)為時(shí)窗長(zhǎng)度,時(shí)窗長(zhǎng)度越大增益效果越不明顯,時(shí)窗長(zhǎng)度越小增益效果越明顯。如果采用的時(shí)窗過(guò)小,會(huì)造成地震波嚴(yán)重變形,呈現(xiàn)很多虛假信息。所以,在自動(dòng)增益控制(AGC)顯示方式中選擇合適的時(shí)窗長(zhǎng)度非常重要。

圖4 同一單炮記錄不同顯示方式

3 結(jié) 論

地震數(shù)據(jù)顯示是野外地震采集現(xiàn)場(chǎng)的重要質(zhì)控工具,應(yīng)用非常廣泛。本文介紹了在地震采集現(xiàn)場(chǎng)地震單炮數(shù)據(jù)顯示中常用的單道均衡、多道均衡、固定增益、自動(dòng)增益控制(AGC)4種顯示方式,及其在地震采集現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用技巧,結(jié)論如下:

1)地震單炮數(shù)據(jù)各種顯示方式本身沒(méi)有好壞之分,各自都有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

2)單道均衡顯示是最為常用的單炮數(shù)據(jù)顯示方式,能很好地體現(xiàn)地震單炮數(shù)據(jù)的整體面貌,尤其是對(duì)于遠(yuǎn)偏移距單道數(shù)據(jù)。

3)多道均衡顯示能很好地顯示出單炮數(shù)據(jù)中各道之間的能量差異。

4)固定增益顯示可以顯示出各炮之間的激發(fā)能量強(qiáng)弱,但對(duì)于可控震源和井炮多種震源激發(fā)的工區(qū),最好采用其他的顯示方式。

5)自動(dòng)增益控制(AGC)顯示能更好地顯示出深層有效信號(hào)反射同相軸,紙質(zhì)顯示單炮數(shù)據(jù)時(shí)常常采用AGC顯示方式來(lái)打印。