CN101556338A - 一种可控震源自适应地表一致性反褶积方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地球物理勘探数据在处理技术，是一种快速有效的可控震源自适应地表一致性反褶积方法。具体步骤是：使用常规的可控震源激发并记录地震波数据；采用可控震源地震记录并在选定的时窗进行吸收分析，获得炮点或检波点在t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱；对炮的扫描信号做傅氏变换，得到扫描相关子波的振幅谱；求出反褶积因子h(t)；得到浅、中、深层波形明显改善的可控震源和炸药震源激发的成像剖面。本发明可实现提高分辨率和相位转换，具有地表一致性统计的自适应能力，对于含有较大近地表吸收影响的可控震源初至波得以明显改善，使地震资料的处理质量明显提高。

Description

一种可控震源自适应地表一致性反褶积方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术，具体是一种对地震资料处理的可控震源自适应地表一致性反褶积的方法。

技术背景

地震勘探是采用人工激发地震波勘测地下石油、天然气及煤田等有关的地壳结构和地层岩性方法的总称。由于地下介质的力学性质不同，地震波在传播中，会引起地震波的频率、振幅、相位、速度及波场类型等参数的空间变化，通过在地表或井下采用高精度记录设备和相应观测方法可以获得这些特征参数变化的数据，并经地震数据处理技术的去伪存真和成像，最终转换为地质学家(包括油气田及煤田开发工程师)可以识别的图像。地质学家利用这些地震信息不仅可以了解地层构造的几何形态和断裂大小及分布，而且可以了解古地理和古沉积相信息，进而预测储层与油气藏(煤田)的关系。

地震勘探一般可以分为地震数据采集、地震数据处理和地质解释三个大的环节。地震数据采集是通过人工激发地震波，利用地面接收仪器记录由地下传播回来的地震波所引起的地面振动信号的过程。地震资料处理是根据地震波的传播理论，利用计算机等设备和相应的处理软件，对野外采集的地震数据进行加工处理，以获得能反映地下地质结构的地震信息。地质解释是基于地质理论和地震勘探理论的结合，将地震信息转换为地质认识，最终获得地质目标的认识，寻找有利含油气圈闭。

自70年代初可控震源用于地震勘探以来，它以其灵活、经济、环保等优越性而得到了充分肯定。可控震源是一种利用机械振动激发地震波的人工震源装置，它具有人为控制振动信号的扫描时间和扫描频率的特点，相比炸药震源更加灵活、高效。然而，可控震源相关子波通常被认为是零相位子波，多年来对于可控震源采集数据处理主要是采用纯相位滤波方法来进行零相位至小相位的子波转换，这种方法对于含近地表和大地Q吸收的实际地震数据存在一定问题。实际可控震源相关子波在大地Q吸收衰减的作用下不再是零相位，而是混合相位，并且随着Q吸收的增大，其影响也随之增加。为此，本文研究提出了一种可控震源自适应地表一致性反褶积方法，该方法的主要特点是：通过计算近地表和大地吸收衰减重构可控震源吸收子波，并通过子波反褶积达到消除近地表和大地吸收衰减引起混合相位子波问题，从而达到提高可控震源数据的分辨率和相位转换的目的，同时该方法具有相对保持储层振幅、频率、相位和波形信息的能力。

发明内容

本发明针对目前可控震源地震采集数据在处理过程中存在的问题，提出了一种快速有效的可控震源自适应地表一致性反褶积方法。

本发明提供以下可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，具体步骤是：

1)使用常规的可控震源激发并记录地震波数据；

2)采用可控震源地震记录并在选定的时窗进行吸收分析，获得炮点或检波点在t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱；

所述的时窗是为了减少规则干扰波影响。

所述的分析是对时窗内地震数据做傅氏变换，采用频率域振幅中值滤波消除噪音。

上述的频率域振幅中值滤波即将某一炮点或检波点各个地震道的傅氏变换结果按采样点排列后取中值，获得一个炮点或检波点模型道的振幅谱。

3)对炮的扫描信号做傅氏变换，得到扫描相关子波的振幅谱，然后用t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱除以扫描相关子波的振幅谱可以求得Q吸收的振幅谱Q(f)，根据以下福特曼模型用公式可以求出Q吸收滤波因子 $A\left(t\right)=\exp [-\frac{\mathrm{\π}}{Q}|f\left|\right],$ 把扫描信号s(t)与Q吸收滤波因子A(t)褶积可求得Q吸收扫描信号：s′(t)＝s(t)*A(t)，

式中：s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；A(t)为Q吸收滤波因子；

将含Q吸收的扫描信号s′(t)与可控震源扫描信号s(t)相关得到模拟Q吸收的可控震源相关子波 $R_{s_i}^{\′}\left(t\right)=s^{\′}\left(t\right)\stackrel{\‾}{*}s\left(t\right),$

式中：

为模拟Q吸收的可控震源相关子波；s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；*为相关符号；

4)用以下公式求出反褶积因子h(t)， $\mathrm{\ϵ}=\mathrm{\Σ}{[R_{s_i}^{\′}\left(t\right)*h\left(t\right)-b\left(t\right)]}^2,$ 式中：

h(t)为待求的反褶积因子；

将h(t)应用于对应道集，即将反褶积因子h(t)与对应道集的实际地震数据进行褶积，完成在Q吸收条件下的地表一致性可控震源反褶积和相位转换；

5)采用上述方法可以得到消除可控震源和炸药震源激发产生的时间和相位差异后，浅、中、深层波形连续性和一致性明显改善的可控震源和炸药震源激发的成像剖面。

本发明能自动提取地表一致性Q吸收量，能模拟地表一致性Q吸收可控震源相关子波，并采用自适应反褶积因子长度和自适应白噪。

①在Q吸收条件下，可实现提高分辨率和相位转换的目的，使炸药震源和可控震源数据能得到较好的闭合；②具有地表一致性统计的自适应能力，可实现可控震源的地表一致性反褶积处理，使可控震源地震数据具有统计意义下的叠前相对保持振幅和波形的能力；③能进一步拓宽可控震源数据频带的范围，使可控震源勘探数据可以进一步提高分辨率；④对于含有较大近地表吸收影响的可控震源初至波，通过处理得以明显改善，从而解决了可控震源的折射波静校正的拾取问题。

本发明使地震资料的处理质量明显提高，处理的地震资料成果提供的井位钻井成功率明显提高。

附图说明

图1是无吸收的可控震源扫描信号子波和频谱；

图2是含Q吸收的可控震源扫描信号子波和频谱；

图3是实际可控震源炮集数据；

图4是不同震源激发的叠加剖面；

图5是自适应可控震源地表一致性反褶积处理过程图；

图6是可控震源反褶积处理前后的理论炮集分析；

图7是可控震源反褶积处理前后的实际炮集数据；

图8是可控震源反褶积处理前后叠加剖面；

具体实施方式

本发明提供以下可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，具体包含以下步骤：

1、使用可控震源激发地震波；

使用可控震源激发地震波并用仪器记录，可控震源机械振动产生的扫描信号如图1所示。其中，图1(a)为不含Q吸收可控震源扫描信号，(b)是相关子波，(c)是子波的频谱。图2(a)为含大地Q吸收条件下可控震源扫描信号，(b)是相关子波，(c)是子波的频谱。比较图1和图2中的子波差异可以看出不含Q吸收条件下的子波是零相位子波，而在Q吸收条件下的子波变为混合相位子波。从频谱中也可以看出Q吸收作用的影响。

图3是实际含Q吸收条件下的可控震源激发的实际炮集数据，从图中可以明显看出由于可控震源的混合相位子波产生的初至前的子波旁瓣延续，从而造成可控震源数据初至不清。图4是同一条炸药震源和可控震源激发的地震剖面，从图中可以看出两种不同形式震源激发的地震数据间存在明显的闭合差。

2、求地表一致性Q吸收模型道振幅谱；

对步骤1得到的可控震源地震记录，选择t₁～t₂的时窗进行Q吸收分析，选取时窗原则类似其他反褶积方法，尽量减少规则干扰波影响。在本例中科选择图3中1000-2000毫秒作为分析时窗，在t₁～t₂的时窗内，对时窗内地震数据做傅氏变换，对于时窗内地震数据包含的噪音可采用频率域振幅中值滤波消除(频率域振幅中值滤波即将某一炮点或检波点各个地震道的傅氏变换结果按采样点排列后取中值，即可获得一个炮点或检波点模型道的振幅谱)。通过以上处理，即可获得某一炮点或检波点在t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱。

3、求取Q吸收模拟子波；

通过步骤2获得某一炮点或检波点在t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱后，对该炮的扫描信号做傅氏变换，得到扫描相关子波的振幅谱(扫描信号通常记录在地震数据的辅助道内)。然后用t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱除以扫描相关子波的振幅谱可以求得Q吸收的振幅谱Q(f)，由于模型道的振幅谱是在t₁～t₂时窗内进行分析，所以可以认为Q吸收的振幅谱Q(f)是在时窗内的平均效应。这与其他反褶积方法相同，在时间方向只能是分时窗处理，这样，可以忽略Q(f)随时间的变化。

这样根据福特曼模型用公式(1)可以求出Q吸收滤波因子A(t)。

$A\left(t\right)=\exp [-\frac{\mathrm{\π}}{Q}|f\left|\right]---\left(1\right)$

把扫描信号s(t)与Q吸收滤波因子A(t)褶积可求得Q吸收扫描信号为

s′(t)＝s(t)*A(t)                  (2)

式中：s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；A(t)为Q吸收滤波因子；

将含Q吸收的扫描信号s′(t)与可控震源扫描信号s(t)相关得到模拟Q吸收的可控震源相关子波为

$R_{s_i}^{\′}\left(t\right)=s^{\′}\left(t\right)\stackrel{\‾}{*}s\left(t\right)---\left(3\right)$

式中：

为模拟Q吸收的可控震源相关子波；s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；*为相关符号。

4、应用最小平方子波反褶积实现可控震源反褶积；

经过步骤3求出模拟Q吸收的可控震源相关子波

后，使用最小平方子波反褶积的方法可以求出反褶积因子h(t)，公式(4)所示

$\mathrm{\ϵ}=\mathrm{\Σ}{[R_{s_i}^{\′}\left(t\right)*h\left(t\right)-b\left(t\right)]}^2---\left(4\right)$

式中：

h(t)为待求的反褶积因子。

由公式(4)求出反褶积因子h(t)后，应用至对应道集，就实现了在Q吸收条件下的地表一致性可控震源反褶积和相位转换的目的。实际数据处理结果如图7、图8右边所示。

5、实现可控震源反褶积处理；

图5为理论Q吸收子波和可控震源自适应地表一致性反褶积后的子波。图中：(a)为输入Q吸收的可控震源子波(扫描信号：f＝8～48Hz；L＝10s；Q＝100)；(b)为应用可控震源自适应地表一致性反褶积后的零相位子波；(c)为应用可控震源自适应地表一致性反褶积后的小相位子波；(d)为Q吸收子波(a)的频谱；(e)为应用可控震源自适应地表一致性反褶积后的频谱。从图中(a)、(b)的对比可以看出，Q吸收作用的大小及混合相位的子波特点；从图中(b)、(c)和(e)可以看出应用可控震源自适应地表一致性反褶积后，可以获得的满意的零相位和小相位输出结果。

图6左边为射线理论产生的炮集记录，每炮内的Q吸收是相同的，而炮与炮之间的Q吸收存在空间变化。图6右边为可控震源自适应地表一致性反褶积后的输出结果。比较两图可以看出，处理后的分辨率和相位转换结果令人满意。

图7为西部地区的可控震源炮集记录。由于近地表Q吸收作用，初至波出现明显的不清晰，这给折射静校正拾取带来很大的困难。图7右边是应用可控震源自适应地表一致性反褶积的结果，其初至波获得了明显压缩。表明近地表吸收得到补偿，也表明子波相位转换的正确。

图8左边为同一测线上应用可控震源和炸药震源激发的成像剖面。由于浅、中、深层的Q吸收不同，引起浅、中、深层同相轴的时差也不相同。图8右边是经可控震源自适应地表一致性反褶积后的地震剖面。其浅、中、深层同相轴的闭合差基本消失，连续性明显改善。

通过理论数据与实际数据处理结果表明，可控震源自适应地表一致性反褶积是一种Q吸收条件下十分有效的可控震源反褶积方法。该方法能自动提取地表一致性Q吸收量，能模拟地表一致性Q吸收可控震源相关子波，并采用自适应反褶积因子长度和自适应白噪。并具有以下功能：①在Q吸收条件下，可控震源自适应地表一致性反褶积可实现提高分辨率和相位转换的目的，使炸药震源和可控震源数据能得到较好的闭合；②该方法具有地表一致性统计的自适应能力，可实现可控震源的地表一致性反褶积处理，使可控震源地震数据具有统计意义下的叠前相对保持振幅和波形的能力；③该方法能进一步拓宽可控震源扫描频带的范围，因此使可控震源勘探数据可以进一步提高分辨率；④对于含有较大近地表吸收影响的可控震源初至波，通过处理得以明显改善，从而解决了可控震源的折射波静校正的拾取问题。本发明在国内外多个地区的可控震源采集数据的处理中进行了应用，地震资料的处理质量明显提高，使用本发明处理的地震资料成果提供的井位，钻井成功率明显提高。

Claims (4)

1、可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，其特征在于具体步骤是：

1)使用常规的可控震源激发并记录地震波数据；

2)采用可控震源地震记录并在选定的时窗进行吸收分析，获得炮点或检波点在t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱；

3)对炮的扫描信号做傅氏变换，得到扫描相关子波的振幅谱，然后用t₁～t₂时窗内Q吸收模型道的振幅谱除以扫描相关子波的振幅谱可以求得Q吸收的振幅谱Q(f)，根据以下福特曼模型用公式可以求出Q吸收滤波因子 $A\left(t\right)=\exp [-\frac{\mathrm{\π}}{Q}|f\left|\right],$ 把扫描信号s(t)与Q吸收滤波因子A(t)褶积可求得Q吸收扫描信号：s′(t)＝s(t)*A(t)，

式中：s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；A(t)为Q吸收滤波因子；

将含Q吸收的扫描信号s′(t)与可控震源扫描信号s(t)相关得到模拟Q吸收的可控震源相关子波 $R_{s_i}^{\′}\left(t\right)=s^{\′}\left(t\right)\stackrel{\‾}{*}s\left(t\right),$

式中：为模拟Q吸收的可控震源相关子波；s′(t)为含Q吸收的扫描信号；s(t)为可控震源扫描信号；*为相关符号；

4)用以下公式求出反褶积因子h(t)， $\mathrm{\ϵ}=\mathrm{\Σ}[R_{s_i}^{\′}\left(t\right)*h\left(t\right)-b\left(t\right){]}^2,$ 式中：

h(t)为待求的反褶积因子；

将h(t)应用于对应道集，即将反褶积因子h(t)与对应道集的实际地震数据进行褶积，完成在Q吸收条件下的地表一致性可控震源反褶积和相位转换；

5)采用上述方法可以得到消除可控震源和炸药震源激发产生的时间和相位差异后，浅、中、深层波形连续性和一致性明显改善的可控震源和炸药震源激发的成像剖面。

2、根据权利要求1所述的可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，其特征在于步骤1)所述的时窗是为了减少规则干扰波影响。

3、根据权利要求1所述的可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，其特征在于步骤1)所述的分析是对时窗内地震数据做傅氏变换，采用频率域振幅中值滤波消除噪音。

4、根据权利要求1或3所述的可控震源自适应地表一致性反褶积的方法，其特征在于上述的频率域振幅中值滤波即将某一炮点或检波点各个地震道的傅氏变换结果按采样点排列后取中值，获得一个炮点或检波点模型道的振幅谱。

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