CN104391324A - 依赖频率的avo反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术 - Google Patents

Abstract

依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术是一种石油地震勘探数据处理与解释技术，它实现了一种消除动校正处理（NMO）所致的频率和振幅畸变的动校拉伸问题，有效保留地震道集中地震反射的振幅随频率、入射角度或炮检距变化的特征信息的技术。首先分析地震道集的振幅和频率随炮检距的变化情况，在小炮检距端采用频率高的炮检距资料作为时变匹配滤波的目标道，并求取时变匹配滤波因子，再将各个炮检距的地震道分别与目标道进行时变匹配滤波，同时进行振幅畸变的校正处理，从而获得实现了动校拉抻校正后的地震道集。该技术作为油气地震勘探中依赖频率的AVO反演前的叠前地震资料预处理，提高了后续储层地球物理参数反演和油气识别的精度和可靠性。

Description

依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术

技术领域

本发明涉及石油地震勘探数据处理与解释领域，是一种通过时变匹配滤波算法来解决常规动校正处理（NMO）引入的动校正拉伸问题，消除因动校拉伸问题所致的低频效应和振幅畸变，有效保留地震道集中地震反射的真实振幅随频率、入射角度或炮检距变化的特征信息，作为提高依赖频率的AVO反演可靠性的叠前地震道集预处理技术。

背景技术

动校正是地震数据处理的重要步骤，动校正的目的是消除不同炮检距对反射波旅行时的影响，校平共深度点反射波时距曲线的轨迹，作为后续利用叠前地震道集进行参数反演、或进行叠加处理的先导处理步骤。但由于地震记录上的子波由若干离散点组成，在动校正过程中，各炮检跑的地震记录的动校正量不同，动校正之后地震反射会发生相对畸变，造成反射同相轴相对拉伸，地震反射同相轴的主频一般会随炮检距的增加而发生低频问题，即频率变低，且振幅值通常会变大，尤其对于大炮检距的浅层地震资料拉伸现象越严重。动校拉伸引入的低频问题，改变了地震反射随炮检距或入射角变化的真实地球物理特征，如AVO或依赖频率的AVO响应，都会因动校拉伸使它们的特征发生与岩石物理性质无关的假异常，严重影响了基于叠前道集的参数反演以后叠后地震资料的处理与解释，如AVO反演、依赖频率的AVO反演、叠后地震资料的瞬时谱分析等。因此，消除动校正拉伸现象对提高地震资料处理和解释的精度和可靠性都十分重要。

目前，动校正拉伸的常规处理方法是切除，即对拉伸率大于某个百分比的地震数据进行切除，但切除会使浅层的覆盖次数减少，而不利于后续叠加处理对噪声的压制，尤其是损失了大量反映储层地球物理特征的重要信息。一直以来，地球物理勘探界对于消除动校正拉伸问题的研究都很重视，Dunkin和Levin（1973）从理论上推导并分析了动校正后对地震记录的振幅和频率的变化，并推导了频谱压缩因子与深度、偏移距和速度之间的关系。用无拉伸子波频谱除以拉伸子波频谱得到反频谱压缩算子，再对动校正后的地震数据进行反频谱压缩算子处理是目前流行的做法。

整体搬家法（BMS）是后来提出来的另一种动校正拉伸处理方法（Rupert等，1975），该方法是根据同相轴交错划分一系列数据块，对不同的数据块实行静态平移，然后对平移后的数据块再合并。Hicks（2001）也给出了应用抛物Radon变换在叠加过程中消除动校正拉伸现象的方法，但该方法很难适应振幅较弱的同相轴。国内崔宝文等（2007）提出了频谱代换无拉伸动校正的方法，该方法是将共中心点道集（CMP）变换到频率域，取参考道的相位谱替换其他偏移距的相位，同时保持其振幅值不变，再做傅里叶反变换就得到动校正后的地震剖面。但这些方法都不能从根本上消除动校正对子波拉伸的影响，而且会损坏原始地震道集的振幅和频率信息。Roy（2005）利用反频谱压缩算子在角度道进行了子波拉伸校正，操作因子是常数，算法比较稳定。Zhang等（2013）利用匹配追踪算法消除动校正拉伸现象，这种方法不是按点而是按子波进行校正处理，可以避免拉伸现象。

上述方法在消除动校正拉伸现象后，难以完全消除地震反射的拉伸现象而不使原始地震记录的振幅和频率信息发生畸变，破坏了储层地震反射的振幅随炮检距或入射角变化的有效特征信息，对于需要利用这些特征信息提取储层物理参数和检测油气的处理，将产生严重的干扰，不利于依赖频率的AVO反演，增加了反演的不确定性和多解性，给后续地震解释工作造成诸多假象。

发明内容

本发明是要提供一种依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，它能有效地消除由于常规动校正处理引起的地震反射同相轴拉伸现象，而且可以有效地保留原始地震记录的振幅和频率随入射角或炮检距变化的真实信息，提高后续依赖频率的AVO反演 的精度和可靠性。

本发明的依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，在计算时首先分析地震记录道的频率随炮检距的变化，可根据这种变化，在小炮检距端采用频率较高的、炮检距范围适当的地震道集作为时变匹配滤波的目标道，其特点是频率较高，没有常规NMO处理后引入的频率和振幅的畸变，使在后续的时变匹配滤波计算中选取合适的时变匹配滤波因子与其进行匹配，可以消除因常规NMO引起的振幅变大的影响。

本发明的依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，采用时变匹配滤波计算方法，它不需要地震子波已知，适用于任何炮检距的地震资料，与其它动校拉伸处理算法相比，计算效率高，算法简洁。

本发明的依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，具有如下优越性：

（1）充分利用了小炮检距处频率高的振幅没有畸变的地震道，将其作为目标地震道，用常规NMO处理后的其它地震道与该目标地震道进行匹配，从而有效消除常规NMO处理引起的反射同相轴拉伸问题，使各道的地震子波主频和频带宽度不发生拉伸畸变；

（2）可以有效保留原始地震道集中依赖频率的AVO特征，不会破坏地震记录振幅随频率和入射角度或炮检距的变化信息，有利于依赖频率的AVO反演。

本发明的具体实现原理如下：

本发明的技术采用一种时变匹配滤波方法实现常规动拉伸畸变的校正处理，就是将一种子波记录与另一种子波的记录进行匹配，使得两个子波的频率一致。关键在于求取时变匹配滤波因子。实现过程如下：通过反褶积求取两个记录的时变匹配滤波算子（自相关为匹配目标道的自相关，期望输出另一个记录），再把时变匹配滤波算子作用于目标道。

假设两个地震道分别为                                               和，求取一个时变匹配滤波算子作用于地震道 ，使经过时变匹配滤波后逼近地震道。假设时变匹配滤波后的输出与期望输出的误差为，则有：

总能量误差为：

 

应用最小二乘法原理，令总误差能量对的偏导数等于0，即：

 

经推导，求时变匹配滤波算子最终归结为求解线性方程组：

 

式中，为输入道的自相关函数矩阵，为时变匹配滤波算子向量，为期望输出到和的互相关函数向量。

矩阵形式为：

 

求解上式可得时变匹配滤波算子，将时变匹配滤波算子与进行卷积就完成了时变匹配滤波过程。

经过上述处理后，可以使两个地震子波的主频一致，要保留振幅的变化信息，还需要求取每道原始地震记录反射层处振幅最大值与处理后对应每道地震记录的振幅最大值的比值系数c，再将系数c作用于时变匹配滤波处理后的地震记录，从而有效消除动校拉伸的地震记录相对于原始地震记录的频谱畸变问题。

基于时变匹配滤波的保幅动校拉伸校正的过程为：

（1） 分析地震记录道的频率随炮检距的变化情况，可根据情况在小炮检距端采用频率较高的、炮检距范围适当的地震道集资料，作为时变匹配滤波的目标地震道；

（2）求取时变匹配滤波算子，将各个炮检距的地震道分别与目标地震道进行时变匹配滤波；

（3）求取原始地震记录与时变匹配滤波处理后地震记录的振幅变化系数c，再将c作用于时变匹配滤波处理后地震记录。

附图说明

图1 是双层单界面地质模型的单炮地震道集及本发明的技术处理前后的道集，道间距10米。双层地质模型的上层厚度为300米，纵波速度为1500米/秒，横波速度为900米/秒，密度为2.0克/立方厘米；下层厚度700米，纵波速度为2500米/秒，横波速度为1600米/秒，密度为2.5克/立方厘米。其中：(a)为原始单炮地震道集，(b)为动校正处理（NMO）后的地震道集，(c)是对(b)经过本发明的技术处理后，实现了动校拉抻校正后的地震道集。

图2是与图1对应的地震道集的频谱。其中：(a)是与图1a对应的原始单炮地震道集的频谱，(b)是与图1b对应的动校正处理（NMO）后的地震道集的频谱，(c)是与图1c对应的经过本发明的技术处理后的地震道集的频谱。

图3是与图1b-c对应的，本发明的技术处理前后的大炮检距地震道（第90道）的地震反射对比。

图4是双层单界面第I类AVO地质模型的单炮地震道集（包含有地震振幅的极性反转）及本发明的技术处理前后的道集，道间距10米。双层地质模型的上层厚度为300米，纵波速度为2000米/秒，横波速度为900米/秒，密度为2.5克/立方厘米；下层厚度700米，纵波速度为2500米/秒，横波速度为1600米/秒，密度为2.5克/立方厘米。其中：(a)为原始单炮地震道集，(b)为动校正处理（NMO）后的地震道集，(c)是对(b)经过本发明的技术处理后，实现了动校拉抻校正后的地震道集。

图5是与图4对应的，本发明的技术处理前后地震道集在反射界面处的地震振幅的对比及误差。其中：(a)是与图5a的原始地震道集对应的反射界面处的原始AVO振幅曲线，(b)是对图5b的地震道集，分别利用常规的NMO动校拉抻校正与本发明的技术处理后，反射界面处的AVO振幅曲线，(c)是将(a)与(b)对比，常规的NMO动校拉抻校正与本发明的技术处理后的AVO振幅误差分析曲线。

图6是多层地质模型的单炮地震道集及本发明的技术处理前后的道集，道间距10米。其中：(a)为原始单炮地震道集，(b)为动校正处理（NMO）后的地震道集，(c)是对(b)经过本发明的技术处理后，实现了动校拉抻校正后的地震道集。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下： 输入经过动校正处理（NMO）后的地震道集； 分析地震道集的振幅和频率随炮检距的变化情况，在小炮检距端采用频率高的炮检距资料作为时变匹配滤波的目标道； 求取合适的时变匹配滤波因子，将各个炮检距的地震道分别与所选取的目标道进行时变匹配滤波； 在时变匹配滤波处理后，求取原始地震道与时变匹配滤波处理后的地震道的相对变化系数c，将c作用于时变匹配滤波处理后的地震道，获得经过动校拉伸校正预处理后的地震道集，从而用于后续依赖频率的AVO反演。

本发明的实施实例说明：

图1 对比了双层单界面地质模型的单炮地震道集（图1a）、动校正处理（NMO）后的地震道集（图1b）以及利用本发明的技术进行动校拉伸校正处理后的地震道集（图1c）。从图1b中的地震道集可见，大炮检距的地震同相轴相对于小炮检距的明显变宽（图1b虚线框标注），即产生了因动校拉伸所致的低频问题，经过本发明的技术处理后，大炮检距的地震同相轴与小炮检距的一致，校正了动校拉伸引起的低频问题（图1c）。

图2对比了图1的地震道集的频谱特征，对比图2b和图2a可见，经过NMO处理后，地震道的频谱随着炮检距增加明显向低频移动，即大炮检距的频率相对于近炮检距的明显偏向低频，且地震反射的能量随着炮检距增加而变大，这些都改变了地震反射随炮检距变化的真实特征，而经过本发明的技术处理后，图2c中地震道集的频谱及其能量随炮检距的变化特征与图2a相同，校正了动校拉伸引起的振幅畸变和低频问题，即大炮检距的频率相对于近炮检距的未向低频移动、强振幅畸变也得以校正。

图3是分别从图1b和图1c的地震道集中抽取的第90道大炮检距位置处的地震道，对比动校正（NMO）处理后未作拉伸校正的地震道与经过本发明的技术处理后的地震道，后者的地震反射波形明显变窄、振幅变低，即本发明的技术校正了大炮检距地震道因NMO所致的诸如频率变低，振幅变大的拉伸问题。

图4 对比了双层单界面第I类AVO地质模型的单炮地震道集（图4a）、动校正处理（NMO）后的地震道集（图4b）以及利用本发明的技术进行动校拉伸校正处理后的地震道集（图4c）。由于第I类AVO地震反射在炮检距变大时存在极性反转（图4a），相对于图1的双层单界面模型更复杂，有利于测试本发明的技术在地震反射极性变化的情况下应用的有效性。从图4b中的地震道集可见，大炮检距的地震同相轴相对于小炮检距的明显变宽（图4b虚线框标注），即产生了因动校拉伸所致的低频问题，虽然地震反射发生的极性反转，但经过本发明的技术处理后，大炮检距的地震同相轴与小炮检距的一致，仍然校正了动校拉伸引起的低频问题（图4c）。

图5是从图4中的反射界面处提取的AVO反射振幅曲线，对比分析了本发明的技术与常规动校拉伸校正技术应用前后的效果，在图5b中，NMO处理后的地震道集经过本发明的技术处理后，AVO反射振幅曲线（图5b的圆圈线）与NMO处理前的原始真实AVO曲线（图5a）完全相同，而常规动校拉伸校正技术处理后的AVO反射振幅曲线（图5b的圆点线）则明显偏离了原始真实的AVO曲线，从图5c的误差分析可见，本发明的技术处理后的AVO反射振幅误差接近为零（图5c的圆圈线），而常规动校拉伸校正技术处理后的AVO反射振幅曲线（图5c的圆点线）则出现了非常显著的误差。

图6对比了多层界面地质模型的单炮地震道集（图6a）、动校正处理（NMO）后的地震道集（图6b）以及利用本发明的技术进行动校拉伸校正处理后的地震道集（图6c），用于测试本发明的技术对于复杂多层地震反射情况的适应能力。从图6b中的地震道集可见，尤其对于浅层地震反射，大炮检距的地震同相轴相对于小炮检距的明显变宽（图6b虚线框标注），即产生了因动校拉伸所致的低频问题，经过本发明的技术处理后，大炮检距的地震同相轴与小炮检距的一致，校正了动校拉伸引起的低频问题（图6c），说明对于复杂多层地震反射的情况，本发明的技术仍然是正确有效的。

Claims (4)

1.一种依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，其特征在于采用以下具体步骤：                                                输入经过动校正处理后的地震道集； 分析地震道集的振幅和频率随炮检距的变化情况，在小炮检距端采用频率高的炮检距资料作为时变匹配滤波的目标道； 求取合适的时变匹配滤波因子，将各个炮检距的地震道分别与所选取的目标道进行时变匹配滤波； 在时变匹配滤波处理后，求取原始地震道与时变匹配滤波处理后的地震道的相对变化系数c，将c作用于时变匹配滤波处理后的地震道，获得经过动校拉伸校正预处理后的地震道集，从而用于后续依赖频率的AVO反演。

2.根据权利要求1所述的一种依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，其特征在于：利用时变匹配滤波算法消除动校正处理引起的频率和振幅畸变的动校拉伸问题，它同时考虑了地震信号的时变和空变特性。

3.根据权利要求1或2所述的一种依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，其特征在于：有效保留了地震道集中地震反射的振幅随频率、入射角度或炮检距变化的特征信息，提高了依赖频率的AVO反演的精度和可靠性。

4.根据权利要求1或2所述的一种依赖频率的AVO反演前的地震道集动校拉伸校正预处理技术，其特征在于：对于动校正处理后的叠前地震道集，它同时消除了地震反射随着炮检距增大，其频率变低和振幅变大的问题。