CN101813786A - 子波处理二步法反褶积方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到石油地球物理勘探中地震资料处理，是一种子波处理二步法反褶积方法，按以下步骤进行：1.将采集于不同施工年代、不同施工参数的三维地震资料按常规方法进行分块预处理，包括静校正处理、振幅衰减补偿处理、噪音压制处理等；2.地震子波频宽处理，3.将地震子波频宽处理后的资料进行常规的速度分析与剩余静校正、叠加等处理；4.求取相位校正反褶积算子，利用式

求相位校正反褶积算子m(t)，5.用求取的相位校正反褶积算子m(t)与需要调整相位区块的叠前地震道进行褶积，即可完成相位校正子波处理。它将不同区块的子波统一起来，以便连片处理，方法简单而有效。获取的相位校正反褶积算子稳定性高，对地震资料的保幅性较好。

Description

子波处理二步法反褶积方法

技术领域  本发明属于石油勘探领域的地震资料处理解释方法，涉及到石油地球物理勘探中地震资料处理阶段，是一种利用频宽反褶积及叠前叠后联合子波整形的二步法反褶积技术，完成地震资料连片处理中子波一致性处理的方法。

背景技术  在石油地球物理勘探中，人工激发的地震波从激发到接收，经过了大地滤波、检波器响应、仪器响应等一系列的滤波褶积过程。地震资料处理中一般将地震信号视为子波与地层反射系数的褶积，即：s(t)＝w(t)*r(t)其中s(t)是用检波器接收到的地震子波，w(t)为激发的震源子波，r(t)是地层反射系数。但子波w(t)实际上是震源子波X(t)、仪器响应I(t)、检波器响应G(t)、大地滤波器Q(t)的褶积：w(t)＝X(t)*I(t)*G(t)*Q(t)。

在地震数据处理中，人们试图消除或减小子波的影响，获取地下地层的反射系数序列，这就需要做子波处理。反褶积是最常用的一种子波处理方法，它包含两个关键步骤：

(1)设计反褶积算子a(t)：从地震记录估计子波w(t)，利用最小二乘原理∫[a(t)*w(t)-d(t)]²→min，设计反褶积算子a(t)，其中d(t)为期望输出。

(2)反褶积算子的应用：用求出的反褶积算子a(t)，对原始地震道s(t)进行褶积s′(t)＝a(t)*s(t)，得到反褶积输出s′(t)。

反褶积的关键是求取一个高质量的反褶积算子，反褶积效果也依赖于这个反褶积算子，而反褶积算子的设计又依赖于子波的频谱特性，包括振幅谱和相位谱。

在地震资料三维连片处理中，对于相邻并且有部分区域重合的不同区块野外施工采集的资料，由于施工年代和施工参数不同，会导致大地滤波、检波器响应和仪器响应不同，使得不同区块间的子波在频率、相位上有差异，因此子波处理是地震资料三维连片处理关键。

三维连片处理中子波处理的实质，就是将不同区块地震资料的子波统一起来。目前，在国内外各种处理系统中，有多种子波处理技术，同行业的专家、学者也发表了大量这方面的文章。这些技术有的直接通过频宽反褶积来实现，或者通过相位反褶积来实现的，但是前者在不同区块间子波的频率、相位上有差异时，会在地震剖面上过渡区出现同相轴相位差，后者会对地震子波做较大的改造，而改造结果会对地震资料保幅处理带来害处，使得从叠前或者叠后资料提取的振幅、频率与相位信息失真。

发明内容  鉴于上述的在连片处理时子波处理存在的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供了一种对采集完成于不同施工年代、不同施工参数的三维地震资料进行三维连片资料处理的

子波处理二步法反褶积方法。

该方法能较好的实现地震子波统一。本发明提供的方法，第一步是采用地表一致性反褶积，将不同震源的频带拓宽到一个标准；第二步是应用相位校正反褶积，将不同震源的数据校正到相同的相位上。

本发明提出的用于地震资料三维连片资料处理的子波处理二步法反褶积方法，能实现将不同区块的子波统一起来，以便连片处理，该方法简单而有效；同时该方法获取的相位校正反褶积算子稳定性高，并对地震资料的保幅性较好。

一种子波处理二步法反褶积方法，按以下步骤进行：

第一步、将采集于不同施工年代、不同施工参数的三维地震资料按常规方法进行分块预处理，包括静校正处理、振幅衰减补偿处理、噪音压制处理等；

第二步、地震子波频宽处理

假设同一位置的不同时间采集的不同信号，包含震源不同信号，是反射系数与地震子波的褶积，

第一块三维采集的地震信号为：s₁(t)＝w₁(t)*r(t)

第二块三维采集的地震信号为：s₂(t)＝w₂(t)*r(t)

……

第N块三维采集的地震信号为：s_n(t)＝w_n(t)*r(t)    (1)

其中s(t)是用检波器接收到的地震子波，w(t)为激发的震源子波，r(t)是地层反射系数，假定同一位置的地震反射系数r(t)是不变的，只是子波受到不同采集参数的影响；首先，不考虑子波相位的差异，认为子波只是频宽不同；

根据子波的特征，采用反褶积算子a(t)，对地震记录s₁(t)和s₂(t)进行处理，相当于对地震子波w₁(t)、w₂(t)……w_n(t)进行处理，得到处理后的w_a1(t)、w_a2(t)……w_an(t)：

s_a1(t)＝a(t)*s₁(t)＝a(t)*(r(t)*w₁(t))

＝r(t)*(a(t)*w₁(t))

＝r(t)*w_a1(t)

s_a2(t)＝a(t)*s₂(t)＝a(t)*(r(t)*w₂(t))

＝r(t)*(a(t)*w₂(t))

＝r(t)*w_a2(t)

……

s_an(t)＝a(t)*s_n(t)＝a(t)*(r(t)*w_n(t))

＝r(t)*(a(t)*w_n(t))                     (2)

＝r(t)*w_an(t)

将反褶积算子a(t)设计成零相位反褶积算子，进行地震子波频宽处理；

只要反褶积算子满足拓宽频带特征，就直接可用反褶积算子进行子波处理，减少不必要的计算过程，保证信号保幅特性。只要适当选择反褶积算子的参数，就可以取得比较好的效果。

第三步、将地震子波频宽处理后的资料进行常规的速度分析与剩余静校正、叠加等处理；

第四步、求取相位校正反褶积算子

设s_a1(t)，s_a2(t)为经过第二步地震子波频宽处理后的任意地理位置上相邻的两个区块的叠前或叠后地震记录信号，

s_a1(t)＝m(t)*s_a2(t)    (3)

式中，m(t)为相位校正反褶积算子；再利用式(4)求相位校正反褶积算子m(t)：

$Q={\mathrm{\Σ}}_{t=0}^{K+M}{[s_{a1}\left(t\right)-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{\τ}=0}^{m}m\left(t\right)s_{a2}(t-\mathrm{\τ})]}^2---\left(4\right)$

Q为趋于零的极小值，根据函数求极值的原理，

令 $\frac{\∂Q}{\∂m\left(s\right)}=0,s=\mathrm{0,1,2}...,M---\left(5\right)$ 可列出M+1个方程组，

组成托布利兹矩阵方程组：

${\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{\τ}=0}^M{r}_{\mathrm{aa}}(\mathrm{\τ}-s)s_{a1}\left(\mathrm{\τ}\right)=r_{\mathrm{ab}}\left(s\right)---\left(6\right)$

式中：r_aa(τ-s)是时间延迟为τ-s的地震信号s_a1(t)自相关数列；r_ab(s)是时间延迟为s的地震信号s_a1(t)与s_a2(t)的互相关数列；用递推法解托布利兹矩阵方程(6)，得到相位校正反褶积算子m(t)；

第五步、用求取的相位校正反褶积算子m(t)与需要调整相位区块的叠前地震道进行褶积，即可完成相位校正子波处理。

由于叠后地震道的信噪比高，算子稳定性强，本发明最好采用叠加后地震道记录来提取相位校正反褶积算子m(t)。从而使提取的相位校正反褶积算子更加稳定。

叠加后的地震道记录和叠加前的地震道记录与相位校正反褶积算子m(t)的关系如下式(7)：

$s_{a2}\left(t\right)*m\left(t\right)=\{s_{{a2}_1}\left(t\right)+s_{{a2}_2}\left(t\right)+...+s_{{a2}_n}\left(t\right)\}*m\left(t\right)$

$=s_{{a2}_1}\left(t\right)*m\left(t\right)+s_{{a2}_2}\left(t\right)*m\left(t\right)+...s_{{a2}_n}\left(t\right)*m\left(t\right)---\left(7\right)$

式中s_a2(t)为叠加后的地震道记录，

为叠加前的地震道记录。

(7)式表明从叠后地震道提取的相位校正算子应用到叠前道集，理论上是成立的。

本发明首先在三维连片地震资料的各区块上进行常规的静校正、振幅补偿、噪音压制的基础上通过频宽反褶积处理，在地震子波频宽处理时，假定同一位置的地震反射系数r(t)是不变的，只是子波受到不同采集参数的影响；因为不考虑子波相位的差异，认为子波只是频宽不同；所以只要选择一个将不同子波频宽调整到同一标准上的反褶积算子，就可以有效的完成对子波的频宽处理；使不同区块的地震记录频宽趋于一致，然后在叠加剖面的重复地段，选取信噪比高，具有代表性的同一位置的叠加地震道s_a1(t)、s_a2(t)，根据(4)-(6)式，进行相位校正反褶积算子m(t)的求取，然后用求取的相位校正反褶积算子m(t)与需要调整相位区块的叠前地震道进行褶积，即完成相位校正子波处理。

本发明主要优点如下：

1)它提出了一种用于地震资料连片的子波处理新方法，它能很好地将不同区块的子波统一起来，以便连片处理，方法简单而有效。

2)该方法获取的相位校正反褶积算子稳定性高，并且对地震资料的保幅性较好，相比其它方法具有先进性。

附图说明

图1是可控震源和炸药震源记录没有应用二步法反褶积子波处理的无CMP重叠叠加剖面的对比图，

图2是可控震源记录和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积的第一步后的对比图，

图3是炸药震源记录和应用本发明进行二步法反褶积后的可控震源记录对比图，

图4是可控震源和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积后的无CMP重叠叠加剖面的对比图，

图5是可控震源和炸药震源记录没有子波处理的CMP重叠混合叠加剖面图，

图6是可控震源和炸药震源记录没有子波处理的CMP重叠混合叠加剖面的频谱图，

图7是可控震源和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积后的重叠混合叠加剖面图，

图8是可控震源和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积后的CMP重叠混合剖面的频谱图。

具体实施方式  应用实例

本实例是二连赛汉塔拉凹陷的连片处理实例，位于二连盆地腾格尔坳陷西部，面积2300km²。该区是岩性地层油藏勘探的有利区。工区采集的数据由两部分组成；一部分是88年用炸药震源采集，另一部分是92年用可控震源采集，两工区在相交处存在一段重复，炸药激发满覆盖次数20次，可控震源满覆盖次数30次。重复拼接区约110个CMP点长度(CMP是共中心点位置的英文简写，以下同)，是两种激发震源采集的边区，不满覆盖，两种震源覆盖次数加起来有35～40次。

按照本发明提供的子波处理二步法反褶积方法，按下述步骤对三维连片地震资料进行处理：

1)将上述三维连片地震资料进行分块预处理，包括层析静校正处理、地表一致性振幅补偿处理、F-K域噪音压制处理等，在全区统一的网格定义下进行速度分析和叠加处理；图1是可控震源和炸药震源记录没有应用二步法反褶积子波处理的无CMP重叠叠加剖面对比图，在CMP390～424处为炸药震源激发，CMP425～480处为可控震源激发，图中A线右侧是的可控震源剖面；图中A线左侧为炸药震源剖面，同相轴明显存在近90°的相位差。

2)利用地表一致性反褶积方法对地震资料做地震子波频宽处理，使频带基本统一起来，优势频带得到了拓宽；图2是可控震源记录和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积的第一步后的对比图，图2是在图1的拼接图线上抽取的一道地震记录(CMP425)，B线是可控震源记录，C线是炸药震源记录，两个记录对比，在应用二步法反褶积子波处理中的第一步后，在振幅上、频率上相差不大，只是在相位上差约90°(半个相位)。

3)在全区统一的网格定义下进行连片后的速度分析，地表一致性剩余静校正和叠加处理；图5是可控震源和炸药震源记录没有子波处理的CMP重叠区混合叠加剖面图，图5是在两种震源的重复地段(CMP390～480)，采用不同震源数据共同叠加，尽管提高了覆盖次数，但两种震源数据叠加存在相位差，造成叠加效果较差，信噪比较低(图5中D和E所示位置)，图6是图5的频谱。

4)利用公式(4)至公式(6)，从叠后地震道来求取相位校正反褶积算子m(t)。

5)用求取的相位校正反褶积算子m(t)与需要调整相位区块的叠前地震道进行褶积，完成相位校正子波处理。图3是图1的A线上抽取的一道，即在图1的CMP425位置抽取的一道经过应用本发明进行二步法反褶积后的可控震源与炸药震源地震记录，图3中B线是可控震源记录，图3中C线是炸药震源记录，两条记录几乎重合，说明计算出的相位校正算子m(t)是正确的。

图4是可控震源和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积后的无CMP重叠叠加剖面对比图，在图4A线的右侧是应用二步法反褶积后的可控震源剖面，在CMP390～424处为炸药震源激发，425～480处为可控震源激发，图4A线的左侧为炸药震源剖面，在拼接处同相轴连续，看不出相位差，将图4与图1的剖面相比，除了相位差得到校正外，剖面的其它方面几乎完全一样，说明相位校正算子m(t)计算效果理想。

图7是可控震源和炸药震源记录应用本发明进行二步法反褶积后的CMP重叠区混合叠加剖面，它是在两种震源的重复地段(CMP390～480)，应用本发明进行二步法反褶积后的可控震源数据与炸药数据叠加，因为二步法反褶积后是同相叠加，所以提高了叠加后信噪比，图7与图5相比，图7中在D和E处的同相轴，信噪比明显提高。图8是图7的频谱，图8与图6相比，在频率特征上几乎一致，这说明相位校正反褶积算子，对地震信号并不改变其频带，而主要是相位校正。

Claims (2)

1.一种子波处理二步法反褶积方法，其特征在于按以下步骤进行：

第一步、将采集于不同施工年代、不同施工参数的三维地震资料按常规方法进行分块预处理，包括静校正处理、振幅衰减补偿处理、噪音压制处理等；

第二步、地震子波频宽处理

假设同一位置的不同时间采集的不同信号，包含震源不同信号，是反射系数与地震子波的褶积，

第一块三维采集的地震信号为：s₁(t)＝w₁(t)*r(t)

第二块三维采集的地震信号为：s₂(t)＝w₂(t)*r(t)

……

第N块三维采集的地震信号为：s_n(t)＝w_n(t)*r(t)            (1)

其中s(t)是用检波器接收到的地震子波，w(t)为激发的震源子波，r(t)是地层反射系数，假定同一位置的地震反射系数r(t)是不变的，只是子波受到不同采集参数的影响；首先，不考虑子波相位的差异，认为子波只是频宽不同；

根据子波的特征，采用反褶积算子a(t)，对地震记录s₁(t)和s₂(t)进行处理，相当于对地震子波w₁(t)、w₂(t)……w_n(t)进行处理，得到处理后的w_a1(t)、w_a2(t)……w_an(t)：

s_a1(t)＝a(t)*s₁(t)＝a(t)*(r(t)*w₁(t))

＝r(t)*(a(t)*w₁(t))

＝r(t)*w_a1(t)

s_a2(t)＝a(t)*s₂(t)＝a(t)*(r(t)*w₂(t))

＝r(t)*(a(t)*w₂(t))

＝r(t)*w_a2(t)

……

s_an(t)＝a(t)*s_n(t)＝a(t)*(r(t)*w_n(t))

＝r(t)*(a(t)*w_n(t))            (2)

＝r(t)*w_an(t)

将反褶积算子a(t)设计成零相位反褶积算子，进行地震子波频宽处理；

第三步、将地震子波频宽处理后的资料进行常规的速度分析与剩余静校正、叠加等处理；

第四步、求取相位校正反褶积算子

设s_a1(t)，s_a2(t)为经过第二步地震子波频宽处理后的任意地理位置上相邻的两个区块的叠前或叠后地震记录信号，

s_a1(t)＝m(t)*s_a2(t)                   (3)

式中，m(t)为相位校正反褶积算子；再利用式(4)求相位校正反褶积算子m(t)：

$Q={\mathrm{\Σ}}_{t=0}^{K+M}{[s_{a1}\left(t\right)-{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{\τ}=0}^{m}m\left(t\right)s_{a2}(t-\mathrm{\τ})]}^2---\left(4\right)$

Q为趋于零的极小值，根据函数求极值的原理，

令

s＝0，1，2…，M  (5)  可列出M+1个方程组，组成托布利兹矩阵方程组：

${\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{\τ}=0}^M{r}_{\mathrm{aa}}(\mathrm{\τ}-s)s_{a1}\left(\mathrm{\τ}\right)=r_{\mathrm{ab}}\left(s\right)---\left(6\right)$

式中：r_aa(τ-s)是时间延迟为τ-s的地震信号s_a1(t)自相关数列；r_ab(s)是时间延迟为s的地震信号s_a1(t)与s_a2(t)的互相关数列；用递推法解托布利兹矩阵方程(6)，得到相位校正反褶积算子m(t)；

第五步、用求取的相位校正反褶积算子m(t)与需要调整相位区块的叠前地震道进行褶积，即可完成相位校正子波处理。

2.如权利要求1所述的一种子波处理二步法反褶积方法，其特征在于：s_a1(t)、s_a2(t)采用叠加后地震道记录；叠加后的地震道记录和叠加前的地震道记录与相位校正反褶积算子m(t)的关系如下式：

$s_{a2}\left(t\right)*m\left(t\right)=\{s_{{a2}_1}\left(t\right)+s_{{a2}_2}\left(t\right)+...+s_{{a2}_n}\left(t\right)\}*m\left(t\right)$

$=s_{{a2}_1}\left(t\right)*m\left(t\right)+s_{{a2}_2}\left(t\right)*m\left(t\right)+...s_{{a2}_n}\left(t\right)*m\left(t\right)$

式中s_a2(t)为叠加后的地震道记录，

为叠加前的地震道记录。

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