CN101201409B - 一种地震数据变相位校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是高分辨率的地震图形的地震数据变相位校正方法,包括:采集地震数据并预处理,构造相位因子,确定模型道,对于单个炮点、检波点道集的数据,按相位校正因子计算算法确定该炮点、检波点道集的相位校正因子,确定所有炮点和检波点道集的相位校正因子,按照炮集和检波点集相位校正因子,对每一个地震数据道进行相位校正,得到校正后的地震数据剖面,本发明可以正确地估算地震记录上由于地表浅层结构变化引起的子波相位变化,并在此基础上进行相位校正,消除由于地表变化引起的相位变化,从而达到提高地震记录分辨率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油田的勘探、开发、开采技术,具体是为反映地下地层层位、油藏描述提供高分辨率的地震图形的一种地震数据变相位校正方法。
背景技术
地震勘探的过程,就是在地面上的一系列点上,利用人工激发地震波,地震波向地下传播,当遇到波阻抗(地震波在地层介质中向地下传播的速度与介质密度的乘积)界面(即上下地层波阻抗不相等面)时,在波阻抗界面上地震波产生反射现象,地震波传播方向发生改变,地震波开始向上传播,在地面上的一系列接收点上安置着接收器,接收向上传播的地震波数据,完成野外勘探。然而,实际接收到地震波数据还包含着激发点和接收点空间位置和排列位置的信息和各种噪声干扰等。地震数据处理就是将野外勘探过程中向上传播的地震波数据处理,保留反映地下地层波阻抗界面的信息,而消除其它的信息,这种信息就是叠后地震数据。动校正(NMO)处理就是消除地震数据中激发点和接收点空间位置和排列位置的信息的影响,使得校正后地震数据仅反映地下地层的结构和构造。在地震资料处理中,近地表的影响问题是一个非常重要问题。地表浅层结构对地震波起着一种滤波作用,这个滤波器在不同的地表点上,既有时间改造作用、振幅改造作用,也有相位改造作用。因此在炮点和检波点子波波形很不一致的地方,通常要进行时间和振幅校正和相位校正,使叠加前CMP(Common MidPoint,共中心点)道集内的所有地震道振幅、时间和波形(相位)保持一致。只有这样才能得到最好的叠加效果。这些校正必须采用地表一致性校正,否则会人为引起地层和构造反映异常。
目前,通过静校正可以解决时间问题,地表一致性振幅补偿处理可以解决振幅问题。在时间和振幅问题得到有效地解决之后,进行地表一致性相位处理。由于振幅、时间和相位问题是交织在一起的,因此在必要的时候,这些处理采用迭代处理。
地表一致性条件假设同一个激发点的全部接收道具有这个激发点和它附近地表引起的相同影响,这些影响包括时间、振幅和子波形态,接收点也具有相同的影响。共炮点影响包括向下传播的波前影响,共接收点影响包括向上传播的波前影响,共炮检距影响包括入射角、接收角和依赖于传播射线的影响。如果这些信号的扭曲能够被适当的校正,则全部处理必须在地表一致性条件下处理。地表一致性处理试图消除全部地表激发和接收的影响(这些影响包括振幅、时间和波形),并且输出仅仅包含与地下界面有关的地质和岩石信息的地震剖面。
通常的相位处理都采用常相位处理,将近地表因素引起的相位变化作为一个常数,显然这样的假设是一种近似。当子波的振幅谱不是很宽时有一定的效果;但是当子波的振幅谱较宽时,对不同频率成分仍使用一个常数进行校正,则很难达到希望的效果。
2001年《石油地球物理勘探》公开了一种反射波地表一致性相位校正的方法,用来解决叠前地震数据的相位校正。这种方法不能解决反射波非地表一致性相位校正和叠后地震数据的相位校正,它利用对炮点和接收点的互相关函数进行扫描确定,确定相位校正因子和校正结果对地震数据道并非最佳,对地震数据道的校正结果也存在一定误差,而且扫描确定相位校正因子的速度慢,加上必须计算炮点和接收点的互相关函数,计算互相关函数也需要花费大量的计算时间。
发明内容
本发明目的在于提供一种可得到的地震数据在横向上相位更加一致,在迭前NMO校正后的CMP道集上,地震子波的波形统一,计算速度快,有最佳的叠加效果的地质和岩石信息剖面的地震数据变相位校正方法。
本发明采用如下技术方案:
一种地震数据变相位校正方法,包括以下步骤:
(1)用通常的手段采集地震数据并预处理;
(2)构造相位因子;
(3)确定模型道;
(4)对于单个炮点道集的地震数据,按照相位校正因子算法确定该炮点道集的相位校正因子;
(5)按照相位校正因子的算法确定所有炮点道集的相位校正因子;
(6)对于单个检波点道集的地震数据,按照相位校正因子的算法确定该检波点道集的相位校正因子;
(7)按照相位校正因子的算法确定所有检波点道集的相位校正因子;
(8)利用炮集和检波点集相位校正因子,对每一个地震数据道,按照相位校正实现算法进行相位校正,得到校正后的地震数据;
(9)采用通常的方法绘制相位校正后的地震数据剖面。
本发明还采用如下技术方案:
所述步骤(1)通常的手段包括对叠前地震数据进行地表一致性处理,包括地表一致性振幅处理和地表一致性反褶积处理,速度分析、动校正和剩余静校正。
由步骤(2)构造相位因子组成的滤波器是纯相位滤波器,相位滤波器仅对地震数据进行相位谱处理,不改变地震数据的振幅谱。
由步骤(3)计算炮点或检波点的相位校正因子输入外部优化模型道。
本发明采用纯相位滤波器来逼近地表变化引起的相位变化,可以正确地估算地震记录上由于地表浅层结构变化引起的子波相位变化,并在此基础上进行相位校正,以消除由于地表变化引起的相位变化,从而达到提高地震记录分辨率的目的。
本发明既可以实现反射波地表一致性相位校正,也可以实现反射波非地表一致性相位校正。既可以叠前地震数据的相位校正,也可以实现叠后地震数据的相位校正。
附图说明
图1为实际地震数据地表一致性相位校正处理前后炮集对比图,(a)原始炮集(HD2=227),(b)地表一致性相位校正处理后炮集;
图2为实际地震数据地表一致性相位校正处理前后CMP道集对比图,(a)原始CMP道集(HD4=430),(b)地表一致性相位校正处理后CMP道集;
图3为叠加剖面的对比图,(a)原始叠加剖面,(b)地表一致性相位校正后的叠加剖面;叠加剖面的对比,通过地表一致性相位校正,同相轴连续性明显变好,叠加后能量得到加强,叠加成象效果明显改善;
图4为地表一致性相位校正处理前后炮点和检波点互相关函数的对比图,(a)原始数据炮点和检波点互相关函数,上部是炮点的互相关函数,下部是检波点的互相关函数;(b)地表一致性相位校正后炮点和检波点的互相关函数。经过地表一致性相位校正处理后,炮点和检波点的互相关函数的对称性明显变好,极大值增加。
具体实施方式
地震数据就是地震子波和反射系数序列的褶积。相位校正就是对地震数据道集上地震子波的相位进行校正,使得CMP道集上地震子波的相位在横向上保持一致。
在地表一致性相位校正处理前,对地震数据已经进行了必要的地表一致性振幅处理和静校正处理,仅对相位进行处理,过程简化方便。本发明对叠前地震数据进行相位处理,根据地表一致性假设,通过炮点、检波点集之间迭代计算相位因子,确定最佳相位校正因子,以实现相位校正。
本发明包括以下步骤:
(1)用通常的手段采集地震数据并预处理。对叠前地震数据进行地表一致性处理,包括地表一致性振幅处理和地表一致性反褶积处理,速度分析、动校正和剩余静校正。
(2)构造相位因子。构造出组成的滤波器是纯相位滤波器的相位因子,以保证处理仅仅对地震数据进行相位谱处理,而不改变地震数据的振幅谱。
纯相位校正滤波器H(z)的Z-变换来可以表示为下列有理分式:
A(z)可以采用高阶多项式。为计算方便,采用二阶多项式。可以把多个二阶多项式串联形成高阶多项式。使用二阶多项式时,A(z)是下列三个表达式其中的一个:
A(z)=1+a1z+a2z2
A(z)=1+a1z-1+a2z-2
A(z)=a1z-1+1+a2z (2)
a1和a2就是需要计算的纯相位校正因子。A(z)的不同表达式代表着子波的不同相位,包括最小相位、最大相位和混合相位,通过对各种相位进行计算,使得地表引起的各种相位变化得到有效的校正。
(3)计算模型道。为了计算某一个炮点或检波点的相位校正因子,以该炮点或检波点对应道所在的CMP叠加道(不包含该道自身)作为模型道。
模型道形成算法原理如下:
对于叠加前NMO校正后的CMP道集地震数据,通过叠加形成模型道,即
计算模型道也可以直接输入优化外部模型道。
(4)对于一个炮点道集的地震数据,按照相位校正因子的计算算法确定该炮点道集的相位校正因子。
纯相位滤波器因子的求取方法:
用Z-变换来表示,设
F(z)=G(z)H(z)
yk是炮点道集的地震数据,G(z)是其对应的Z-变换,xk是对应yk模型道,F(z)是xk对应的z-变换。建立目标函数
‖F(z)-G(z)H(z)‖→min (5)
对于根在单位圆内或者单位圆外时,纯相位滤波器是:
A(z)=1+a1z+a2z2
A(z-1)=1+a1z-1+a2z-2
目标函数转化为:
Q=|F(z)A(z)-G(z)A(z-1)|→min
目标函数对纯相位校正因子a1和a2求导数,有
令
整理后,得出
b12=b21
对于一个根在单位圆内,另一个根在单位圆外时,纯相位滤波器是:
A(z)=a1z-1+1+a2z
A(z-1)=a1z+1+a2z-1
目标函数转化为:
Q=|F(z)A(z)-G(z)A(z-1)|→min
目标函数对纯相位校正因子a1和a2求导数,有
令
整理后,得出
b12=b21
对于 同样使用上述方程组求解,仅仅是方程组的系数计算时,x和y的位置互换,而角标不变。
(5)对于所有炮点道集的地震数据,按照(4)相位校正因子的计算算法确定所有炮点道集的相位校正因子。
(6)对于一个检波点道集的地震数据,按照相位校正因子的计算算法确定该检波点道集的相位校正因子。
检波点道集的地震数据相位校正因子的计算算法与炮点道集的地震数据相位校正因子的计算算法相同,仅仅公式(4)中yk是检波点道集的地震数据。
(7)对于所有检波点道集的地震数据,按照(6)步骤确定所有检波点道集的相位校正因子。
(8)利用炮集和检波点集相位校正因子,对每一个地震数据道,按照相位校正实现算法进行相位校正。
(9)采用通常的方法根据得出相位校正后的地震数据绘制相位校正后的地震数据剖面。
将相位校正后的地震数据剖面和数据提供给处理人员和解释人员,用于进一步的地震数据处理和储层岩性识别、油气预测、油水界面确定和油气藏的描述。
本发明实现算法采用如下方法。用Z-变换来表示,设:
F(z)=G(z)H(z)
yk是输入炮或者接收点道集的地震数据,G(z)是其对应的z-变换,xk是对应yk变相位校正之后的地震数据,F(z)是xk对应的Z-变换,H(z)是已经求取出的纯相位滤波器对应的Z-变换。将(8)分解为两个基本公式:
E(z)=G(z)B(z)
在时间域内用两步予以实现,
第一步,设E(z)=G(z)B(z),
(1)如果B(z)=1+a1z-1+a2z-2,则:
ek=yk+a1yk+1+a2yk+2
k=-2,-1,…,N
(2)、如果B(z)=1+a1z+a2z2,则:
ek=yk+a1yk-1+a2yk-2
k=0,1,…,N,N+1,N+2
(3)如果B(z)=a1z+1+a2z-1,则:
ek=a1yk-1+yk+a2yk+1
第二步,设
(1)如果B(z)=1+a1z+a2z2,则:
fk=ek-a1fk-1-a2fk-2
k=-2,-1,…,N,N+1,N+2。
(2)如果B(z)=1+a1z-1+a2z-2,则:
fk=ek-a1fk+1-a2fk+2
k=N+2,N+1,…,-1,-2。
(3)如果B(z)=a1z-1+1+a2z,则:
k=N+2,N+1,…,1,2。
本发明实施例。
首先对叠前地震数据进行地表一致性处理,包括地表一致性振幅处理和地表一致性反褶积处理,速度分析、动校正和剩余静校正和叠加处理。图1是叠前炮集(HD2=227)对比,(a)叠前原始数据一个炮集的部分显示,(b)地表一致性相位校正处理后炮集的部分显示。图2是叠前CMP(HD4=430)道集对比,(a)叠前原始数据一个CMP道集的部分显示,(b)地表一致性相位校正处理后一个CMP道集的部分显示,图3数据叠加剖面对比,(a)叠前原始数据叠加剖面的部分显示,(b)地表一致性相位校正处理后叠加剖面的部分显示,通过地表一致性相位校正,同相轴连续性明显变好,叠加后能量得到加强,叠加成象效果明显改善。图4炮点和检波点互相关函数对比,(a)原始数据炮点和检波点互相关函数的部分显示,(b)地表一致性相位校正处理后炮点和检波点互相关函数的部分显示。经过地表一致性相位校正处理后,炮点和检波点的互相关函数的对称性明显变好,极大值增加。
Claims (3)
1.一种地震数据变相位校正方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)用通常的手段采集地震数据并预处理;
(2)构造相位因子;
(3)确定模型道;
(4)对于单个炮点道集的地震数据,按照相位校正因子算法确定该炮点道集的相位校正因子;
相位校正因子a1和a2采用以下公式计算:
b12=b21
式中:yk是炮点道集的地震数据,xk是对应yk模型道;
(5)按照相位校正因子的算法确定所有炮点道集的相位校正因子;
相位校正因子a1和a2采用以下公式计算:
b12=b21
式中:yk是炮点道集的地震数据,xk是对应yk模型道;
(6)对于单个检波点道集的地震数据,按照步骤(4)相位校正因子的算法确定该检波点道集的相位校正因子;
(7)按照步骤(5)相位校正因子的算法确定所有检波点道集的相位校正因子;
(8)利用炮集和检波点集相位校正因子,对每一个地震数据道,按照相位校正实现算法进行相位校正,得到校正后的地震数据;
相位校正实现算法按照以下公式计算:
用Z-变换来表示:
F(z)=G(z)H(z)
式中:yk是输入炮或者接收点道集的地震数据,G(z)是其对应的Z-变换,xk是对应yk变相位校正之后的地震数据,F(z)是xk对应的Z-变换,H(z)是已经求取出的纯相位滤波器对应的Z-变换;
将(8)分解:
E(z)=G(z)B(z)
在时间域内用两步实现,
(1)如果B(z)=1+a1z-1+a2z-2,则:
ek=yk+a1yk+1+a2yk+2
k=-2,-1,…,N
(2)、如果B(z)=1+a1z+a2z2,则:
ek=yk+a1yk-1+a2yk-2
k=0,1,…,N,N+1,N+2
(3)如果B(z)=a1z+1+a2z-1,则:
ek=a1yk-1+yk+a2yk+1
(1)如果B(z)=1+a1z+a2z2,则:
fk=ek-a1fk-1-a2fk-2
k=-2,-1,…,N,N+1,N+2。
(2)如果B(z)=1+a1z-1+a2z-2,则:
fk=ek-a1fk+1-a2fk+2
k=N+2,N+1,…,-1,-2。
(3)如果B(z)=a1z-1+1+a2z,则:
k=N+2,N+1,…,1,2;
(9)采用通常的方法绘制相位校正后的地震数据剖面。
2.根据权利要求1所述的一种地震数据变相位校正方法,其特征在于所述步骤(1)通常的手段包括地表一致性振幅处理和地表一致性反褶积处理,速度分析、动校正和剩余静校正。
3.根据权利要求1所述的一种地震数据变相位校正方法,其特征在于由步骤(2)构造相位因子组成的滤波器是纯相位滤波器,纯相位滤波器仅对地震数据进行相位谱处理,不改变地震数据的振幅谱。
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