頻率自適應(yīng)子波反褶積在VSP中的應(yīng)用

王騰宇, 陳 豪, 張 振, 汪 洋, 易浩然 , 蔡涵鵬, 曹 川

(1.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院, 新疆 庫(kù)爾勒 841000; 2. 成都愛(ài)為貝思科技有限公司, 成都 611731;3.電子科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 成都 611731)

巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地層中采集的地震資料包含豐富的多次波,與一次有效反射波相互干涉,會(huì)進(jìn)一步引起地層結(jié)構(gòu)的假象,進(jìn)一步干擾地震資料的解釋和地質(zhì)認(rèn)識(shí)[1]。多次波可以分類為全程多次反射波、短程多次反射波、微屈多次反射波和虛反射波等,在地面地震處理中多數(shù)會(huì)通過(guò)常規(guī)速度譜、單炮道集及時(shí)間剖面識(shí)別多次波,但上述方法耗時(shí)長(zhǎng)、且特別依賴處理人員工作經(jīng)驗(yàn),所以在識(shí)別全程多次波以外的其他類型多次波時(shí)存在一定的缺陷[2]。

雖然我們準(zhǔn)備了一系列的Rotolight攝影燈可供使用，但是Craig還是帶上了自己的閃光燈和反光傘，在拍攝這幅作品時(shí)它們就派上用場(chǎng)了。通過(guò)打光，這幅作品的情緒得到了凸顯。他說(shuō)：“我希望呈現(xiàn)出Dylan強(qiáng)有力的形象，所以決定拍攝他身著gi的樣子，他身后的綜合格斗八角籠作為若隱若現(xiàn)的背景?！?/p>

垂直地震剖面(vertical seismic profile,VSP)法是一種地面激發(fā)、井中接收的地震觀測(cè)技術(shù),每一個(gè)檢波點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同深度,相對(duì)于地面地震,該方法能接收到上、下行直達(dá)波和多次波。下行直達(dá)波能獲取準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系,強(qiáng)界面產(chǎn)生的下行多次波在界面以下被接收,上行多次波則在界面以上被接收[3],由于在井中接收,地面上的自然因素干擾更少[4],VSP法可以更加直觀地識(shí)別多次波產(chǎn)生。在零井源距VSP中,切取窄走廊理論上不會(huì)包含多次波,但是窄走廊受下行波和轉(zhuǎn)換波影響,信噪比較低,疊加效果較差,導(dǎo)致標(biāo)定不準(zhǔn)確;寬走廊信噪比較高,疊加后波組特征清晰,但是包含有多次波,同樣會(huì)影響標(biāo)定,無(wú)法真實(shí)反映地層結(jié)構(gòu)。在Walkaway VSP中,多次波同樣會(huì)影響最終成像結(jié)果,造成地質(zhì)假象。因此,如何壓制多次波是VSP資料處理中重要環(huán)節(jié)。

VSP資料中,由于下行直達(dá)波由震源激發(fā),向下傳播之后被檢波器直接接收,則可以將下行波認(rèn)為是地震子波。由于VSP的子波容易確認(rèn),因此在壓制多次波中多采用子波反褶積,壓制效果也最為明顯。理論上,如果通過(guò)下行波場(chǎng)獲取的反褶積算子能壓制下行多次波,作用于上行波場(chǎng)之后也能壓制上行多次波。因此可以利用下行直達(dá)波直接提取地震子波獲得反褶積算子,并應(yīng)用于上行波,實(shí)現(xiàn)對(duì)多次波的壓制。

傳統(tǒng)的VSP子波反褶積選擇頻率一致的子波作為期望輸出,獲得的反褶積算子為固定頻率[4]。然而,在震源激發(fā)的VSP記錄中,可控震源可以保證激發(fā)的子波頻率一致,但是子波在向地層傳播過(guò)程中頻率隨深度明顯衰減,加之套管諧振等噪聲的影響,導(dǎo)致下行波振幅、頻率出現(xiàn)異常,不同檢波器接收到的直達(dá)波差異較大,特別是在復(fù)雜巖性結(jié)構(gòu)的地層中,不同地層中的直達(dá)波差異更明顯,導(dǎo)致傳統(tǒng)的固定頻率的子波反褶積算法效果差,提取的固定頻率反褶積算子對(duì)于上行波壓制不徹底,影響后續(xù)零井源距VSP的層位標(biāo)定和Walkaway VSP成像剖面,誤導(dǎo)地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

針對(duì)上述問(wèn)題,提出頻率自適應(yīng)子波反褶積算法。對(duì)預(yù)處理的VSP下行P波進(jìn)行頻譜分析,統(tǒng)計(jì)每一道記錄的主頻,根據(jù)每道的頻率特征選取對(duì)應(yīng)主頻的子波,而非固定頻率的子波作為期望輸出,將下行P分量作為輸入,通過(guò)求解所構(gòu)建的Toeplitz方程得到適用于復(fù)雜巖性結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)反褶積算子,利用該算子對(duì)上行波進(jìn)行反褶積。利用該方法對(duì)正演理論模型和塔里木盆地麥探1井零井源距VSP資料進(jìn)行處理,并與常規(guī)子波反褶積算法進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)于多次波的壓制效果更明顯,在最后的實(shí)際標(biāo)定結(jié)果中,通過(guò)反褶積前后和不同反褶積方法對(duì)比,也可以更有評(píng)價(jià)地面地震多次波壓制效果。

試驗(yàn)選取液固比601，浸取溫度55 ℃，測(cè)定浸取時(shí)間對(duì)Ba2+、OH-濃度以及水溶性鋇存在形式的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7。

1 方法原理

1.1 子波反褶積原理

反褶積是地震資料處理中非常重要的環(huán)節(jié),也是提高分辨率的關(guān)鍵技術(shù)。影響分辨率的主要因素有地震子波的主頻,地震勘探的縱、橫向分辨率都與子波波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越短分辨率越高,而反褶積可以有效壓縮地震子波,從而提高地震資料的分辨率。

選擇頻率一致的零相位Ricker子波作為期望輸出,選取VSP下行P分量質(zhì)量好的記錄做自相關(guān)作為輸入,構(gòu)建Toeplitz方程組:

Eζ(t)=0

(1)

Eζ(t)ζ(s)=γζζ(t-s)=N0δ(t-s)

(2)

或

Rζζ(ω)=N0

(3)

γxx(τ)=N0γbb(τ)

(4)

也可由假設(shè)條件推出

γzx(τ)=N0γdb(τ)

(5)

式中:Eζ(t)=0表示自相關(guān);ζ(t)為反射系數(shù)序列;ζ(s)為延遲為s的反射系數(shù)序列;γζζ(t-s)為時(shí)間延遲為t-s的自相關(guān);δ(t-s)為延遲為t-s的反射系數(shù)序列;Rζζ(ω)=N0為地震子波的自相關(guān);γxx(τ)=N0γbb(τ)為地震子波的自相關(guān);γbb(τ)為子波的互相關(guān);γzx(τ)=N0γdb(τ)為反褶積因子;γzx(τ)=N0γdb(τ)為子波自相關(guān);γdb(τ)為期望輸出與子波的互相關(guān)。

假設(shè)反射系數(shù)序列ζ(t)為白噪聲系列,則可由地震記錄X(t)的自相關(guān)代替子波相關(guān)[5],即ζ(t)滿足

(6)

通過(guò)求解上述Toeplitz方程組,即可求得反褶積算子,利用該反褶積算子對(duì)上行波場(chǎng)進(jìn)行反褶積,以提高分辨率。

單道VSP下行波記錄反褶積示意圖如圖1所示。

圖1 單道VSP下行波記錄反褶積示意圖

1.2 頻率自適應(yīng)子波反褶積原理

常規(guī)子波反褶積的期望輸出為主頻一致子波,并未考慮子波傳播過(guò)程中主頻的變化對(duì)子波反褶積結(jié)果的影響。為了使結(jié)果與實(shí)際情況能更好匹配,提出頻率自適應(yīng)子波反褶積。如圖2所示,頻率自適應(yīng)子波反褶積對(duì)下行直達(dá)波進(jìn)行深變頻譜分析,精細(xì)化統(tǒng)計(jì)每一道直達(dá)波的主頻,將該主頻設(shè)為期望輸出子波的主頻,并將頻率逐道變化的子波作為期望輸出,輸入為每一道記錄的固定時(shí)窗長(zhǎng)度的自相關(guān),構(gòu)建Toeplitz方程組,求取反褶積算子,同樣利用頻率自適應(yīng)子波反褶積所求得的反褶積算子對(duì)上行波場(chǎng)進(jìn)行反褶積操作,對(duì)上行多次波進(jìn)行壓制。

圖2 下行直達(dá)波頻譜

2 理論模型數(shù)據(jù)試算

根據(jù)麥探1井實(shí)際速度模型情況,得到層速度模型,由于未進(jìn)行密度測(cè)井,通過(guò)層速度擬合得到地層密度,計(jì)算出反射系數(shù),品質(zhì)因子Q為實(shí)際資料求取的地層Q值,設(shè)置23層的水平層狀模型。設(shè)置的VSP觀測(cè)系統(tǒng)也與實(shí)際麥探1井保持一致,接收井段20～7 060 m,道間距20 m,激發(fā)點(diǎn)與井口距離112 m,采樣間隔為0.5 ms,采用主頻為35 Hz的Ricker子波進(jìn)行正演。模型參數(shù)曲線如圖3所示。

土地是綠色礦業(yè)發(fā)展的的空間保障，在政策落地實(shí)施時(shí)，應(yīng)遵循以綠色發(fā)展為核心，在完善全領(lǐng)域信用體系的同時(shí)，注重在綠色礦業(yè)發(fā)展示范區(qū)內(nèi)創(chuàng)新礦業(yè)用地政策。

圖3 正演模型參數(shù)曲線

采用不同方法在下行波場(chǎng)中提取反褶積算子,控制相同的算子長(zhǎng)度,最終設(shè)置算子長(zhǎng)度為3 000 ms,常規(guī)子波反褶積期望輸出子波主頻為30 Hz,頻率自適應(yīng)子波反褶積期望輸出主頻為統(tǒng)計(jì)所得,并將提取的反褶積算子應(yīng)用于下行波場(chǎng)。如圖12(b)所示,經(jīng)過(guò)頻率自適應(yīng)反褶積后的下行波初至更清晰,由于復(fù)雜地表?xiàng)l件造成的地表多次波壓制效果更明顯,常規(guī)子波反褶積對(duì)比地表產(chǎn)生的多次波壓制效果不徹底[圖12(c)]。

圖4 零井源距VSP正演記錄

圖5 VSP記錄淺、中、深層頻譜分析

為了驗(yàn)證本文中提出的頻率自適應(yīng)子波反褶積算法在實(shí)際數(shù)據(jù)中的有效性,將該方法運(yùn)用到塔里木盆地麥探1井當(dāng)中,對(duì)采集的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲壓制、三分量旋轉(zhuǎn)等預(yù)處理,在預(yù)處理的數(shù)據(jù)之上開(kāi)展頻率自適應(yīng)子波反褶積處理,并與常規(guī)子波反褶積的處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖6、圖7為反褶積前全波場(chǎng),圖6(a)、圖7(a)分別為常規(guī)子波反褶積和頻率自適應(yīng)子波反褶積過(guò)后得到的全波場(chǎng),對(duì)比可以看出,經(jīng)頻率自適應(yīng)子波反褶積過(guò)后的全波場(chǎng)更為清晰,多次波壓制效果更佳。下面就出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因進(jìn)行探討。

圖6 理論數(shù)據(jù)子及反褶積效果及反褶積后淺、中、深層頻譜

圖7 理論數(shù)據(jù)頻率自適應(yīng)子及反褶積效果及反褶積后淺、中、深層頻譜

1)若在VSP下行波場(chǎng)中提取的反褶積算子可以有效壓制下行多次波,那么該算子作用于上行波也可以壓制上行多次波。通過(guò)對(duì)比可以看出,經(jīng)頻率自適應(yīng)子波反褶積之后,下行多次波被壓制得更為徹底,認(rèn)為對(duì)上行多次波壓制效果更好。

該院深入研究理論內(nèi)涵，全面梳理關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合醫(yī)院實(shí)際和住培工作特點(diǎn)進(jìn)行本地化創(chuàng)新：對(duì)頂層設(shè)計(jì)(Top-Down Design)、系統(tǒng)論、全面質(zhì)量管理的相關(guān)理論及方法進(jìn)行系統(tǒng)研究和文獻(xiàn)復(fù)習(xí)，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合住培工作特點(diǎn)與實(shí)際，應(yīng)用系統(tǒng)分析法和魚(yú)骨圖對(duì)住培關(guān)鍵要素、節(jié)點(diǎn)及可能存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行全面梳理，通過(guò)管理創(chuàng)新和Delphi專家咨詢法，制定出住培頂層設(shè)計(jì)模型框架及具體實(shí)施方案，并與既往工作基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)接，確保前后銜接理順、無(wú)斷點(diǎn)和扭結(jié)點(diǎn)。

從理論數(shù)據(jù)分析可得,本文中提出的頻率自適應(yīng)子波反褶積相較于常規(guī)的子波反褶積更能夠壓制多次波的干擾。

3 實(shí)際數(shù)據(jù)效果分析

3.1 麥探1井地質(zhì)情況

在正演得到的零井源距VSP記錄中,通過(guò)對(duì)速度模型進(jìn)行分析,確定可以產(chǎn)生多次波的地層界面深度,并綜合波場(chǎng)進(jìn)行多次波確認(rèn),在地層界面速度變化明顯處2 100、3 800、6 900 m深度附近產(chǎn)生多次波。分別采用常規(guī)的子波反褶積算法和改進(jìn)后的頻率自適應(yīng)子波反褶積算法對(duì)多次波進(jìn)行壓制,對(duì)比分析兩種方法壓制效果。

隨著成人教育發(fā)展的需要和地方政府的要求，法國(guó)成人教育管理體制逐步給予地方更大的自主權(quán)，地方管理權(quán)限逐漸增加［4］。由于20世紀(jì)80年代初以來(lái)的權(quán)力下放，學(xué)區(qū)成為重要的管理機(jī)構(gòu)。尤其是2009年頒布的《終身指導(dǎo)和職業(yè)培訓(xùn)法》（Loi relative à l’orientation et à la formation professionnelle tout au longde la vie），使學(xué)區(qū)進(jìn)一步獲得了管理權(quán)力，學(xué)區(qū)成立的成人教育理事會(huì)有權(quán)與學(xué)區(qū)內(nèi)的利益攸關(guān)方（企業(yè)、公共服務(wù)機(jī)構(gòu)、學(xué)校等）協(xié)商，根據(jù)學(xué)區(qū)特定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)情況，決定成人教育政策的優(yōu)先次序，并組織和協(xié)調(diào)成人教育的相關(guān)工作。

麥探1井位于新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū),采用可控震源激發(fā),激發(fā)頻率為3～9 Hz,井點(diǎn)地表為沙漠,表層衰減嚴(yán)重,淺地表40 m處存在礫石,導(dǎo)致地表多次波發(fā)育,下行續(xù)至波和下行多次波明顯,在阻抗差異明顯的界面易產(chǎn)生上行多次波。如圖8所示,在地下2 100 m(含膏泥巖)、2 928 m(玄武巖)、3 800 m(粉砂巖)以及6 900 m(白云巖)處地層界面速度變化明顯,通過(guò)對(duì)上行波分析,發(fā)育有層間多次波以及地表多次波產(chǎn)生的上行多次波,干擾后續(xù)層位標(biāo)定。反褶積前后全波場(chǎng)如圖9所示。

圖8 麥探1井零井源距VSP縱波記錄

3.2 實(shí)際數(shù)據(jù)效果

在旋轉(zhuǎn)后的P分量上選取初至波前后100 ms的時(shí)窗,按深度計(jì)算每一道的頻譜,如圖10所示,橫坐標(biāo)為頻率范圍,縱坐標(biāo)表示每一道對(duì)應(yīng)的深度,從淺至深統(tǒng)計(jì)每一道的主頻值,為途中紅線所示。測(cè)試不同的算子長(zhǎng)度,對(duì)下行波數(shù)據(jù)做自相關(guān)作為式(6)的輸入,選取頻率為對(duì)應(yīng)道主頻的零相位Ricker子波作為期望輸出,逐道計(jì)算反褶積算子。將計(jì)算得到的反褶積因子作用于全波場(chǎng),從反褶積后的全波場(chǎng)中可以根據(jù)下行多次波壓制的效果初步判斷算法在實(shí)際數(shù)據(jù)中的有效性,并且方便確定最佳算子長(zhǎng)度。通過(guò)對(duì)比常規(guī)子波反褶積效果(圖9)可以看出,井底處頻率自適應(yīng)反褶積對(duì)于下行多次波的壓制更徹底,初至之后的下行多次波明顯消失。確定參數(shù)之后,再將反褶積算子應(yīng)用于上行波場(chǎng),通過(guò)反褶積前后的上行波場(chǎng)對(duì)比,確定多次波壓制效果。

結(jié)合襄陽(yáng)市的主要災(zāi)害類型，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和其他城市的經(jīng)驗(yàn)做法，總體上采用《關(guān)于加強(qiáng)城市綠地系統(tǒng)建設(shè)提高城市防災(zāi)避險(xiǎn)能力的意見(jiàn)》（建城[2008]171號(hào)）的分類，將襄陽(yáng)市防災(zāi)避險(xiǎn)綠地分為防災(zāi)公園、臨時(shí)避險(xiǎn)綠地和緊急避險(xiǎn)綠地3類，如表1所示。在服務(wù)半徑和有效面積上則采用GB 51143—2015《防災(zāi)避難場(chǎng)所設(shè)計(jì)規(guī)范》。

5 mg/ml待測(cè)樣品溶液加入酶標(biāo)板，加入底物，37 ℃孵育10 min，加入DPP-4酶液，37 ℃ 60 min，加入100 μl醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，終止反應(yīng)，405 nm測(cè)吸光度。

圖10 下行直達(dá)波深變頻譜

反褶積前VSP記錄受多次波影響,頻譜表現(xiàn)鋸齒狀明顯,多次波壓制較明顯后的VSP記錄頻譜更加光滑。如圖11所示,經(jīng)過(guò)頻率自適應(yīng)子波反褶積后VSP記錄主頻由25 Hz提升至35 Hz,頻帶得到拓寬,頻譜更光滑。

圖11 麥探1井零井源距VSP反褶積前后頻譜對(duì)比

在建立平層的模型上通過(guò)波動(dòng)方程法正演得到零井源距VSP記錄。如圖4所示,正演記錄中不含噪聲,且反射波場(chǎng)可以明確反映出地層速度變化。針對(duì)得到的正演記錄,分析下行直達(dá)波淺、中、深不同深度地層的頻譜特征。圖5為不同深度的頻譜圖,淺層主頻較高,衰減較慢,接近35 Hz,隨著傳播深度增加,子波衰減明顯,井底主頻為25 Hz。

2)對(duì)比反褶積之后的頻譜圖6(b)和圖7(b),經(jīng)頻率自適應(yīng)子波反褶積之后的淺、中、深地層的波場(chǎng)頻寬一致性更高,對(duì)于頻率衰減的VSP數(shù)據(jù)反褶積效果更好。

圖12 麥探1井零井源距VSP反褶積前后下行波對(duì)比

在下行多次波壓制效果最佳時(shí)得到的反褶積算子應(yīng)用于上行波(圖13),開(kāi)展層位標(biāo)定(圖14),綜合分析多次波產(chǎn)生地層和多次波壓制效果。

圖13 麥探1井零井源距VSP反褶積前后上行波對(duì)比

圖14 麥探1井零井源距VSP反褶積前后走廊鑲嵌地面地震對(duì)比

如圖13所示,圖13(a) 箭頭處表示上行波中的多次波,圖13(b) 和圖13(c) 紅色箭頭處的多次波均被壓制,從反褶積前后上行波的對(duì)比可以觀察到藍(lán)色箭頭處多次波在圖13(b) 中壓制效果更好,應(yīng)用頻率自適應(yīng)子波反褶積后在深度2 100 m(含膏泥巖)、2 928 m(玄武巖)以及6 900 m(白云巖)強(qiáng)界面處附近產(chǎn)生的多次波得到明顯壓制。

通過(guò)標(biāo)定對(duì)比,由圖14可以看出,通過(guò)頻率自適應(yīng)子波反褶積后的疊加走廊與合成記錄的波組關(guān)系一致性更高,在藍(lán)色箭頭處為多次波發(fā)育的層位,常規(guī)子波反褶積對(duì)于多次波有一定的壓制作用,表現(xiàn)為壓制后多次波的能量變?nèi)?但是壓制不夠徹底,頻率自適應(yīng)反褶積壓制效果更好。通過(guò)圖14不同走廊標(biāo)定對(duì)比以及速度分析,可以用于評(píng)價(jià)地面地震對(duì)于多次波壓制效果。

4 結(jié)論

從理論正演模型和實(shí)際數(shù)據(jù)出發(fā),通過(guò)與子波反褶積對(duì)比,深入討論了頻率自適應(yīng)反褶積的原理和對(duì)多次波壓制效果,得出如下結(jié)論。

2和尼康F卡口鏡頭群比，數(shù)量上富士X系列鏡頭并不占優(yōu)，但質(zhì)量上富士鏡頭的起點(diǎn)很高，包括最近發(fā)布的200mm f/2。

1)地表和地層巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜的條件下易產(chǎn)生多次波,綜合VSP速度、反褶積前后波場(chǎng)特征和走廊標(biāo)定對(duì)比,可以有效識(shí)別多次波產(chǎn)生的層位,并可以評(píng)價(jià)地面地震處理中對(duì)于多次波壓制的好壞。

2)在VSP資料中,受地層衰減作用,不同檢波點(diǎn)接收到的子波頻率會(huì)有所不同,頻率自適應(yīng)子波反褶積算法通過(guò)統(tǒng)計(jì)每一道數(shù)據(jù)的主頻作為期望輸出的主頻,對(duì)于頻率衰減較明顯的VSP數(shù)據(jù),多次波壓制效果更明顯。

治療前兩組Scr、BUN、UAER及24-Upro均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),治療后兩組相關(guān)指標(biāo)均明顯下降(P<0.05),且治療后觀察組相關(guān)指標(biāo)水平均顯著低于同時(shí)期的對(duì)照組,P<0.05,兩組數(shù)據(jù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。詳情如表2所示。

頻率自適應(yīng)反褶積在VSP數(shù)據(jù)中對(duì)于地表多次波和層間多次波具有較好的壓制效果,可以進(jìn)行地面多次波的識(shí)別,對(duì)于井地聯(lián)合多次波壓制,仍是下一步的重點(diǎn)研究方向。