CN106125139B - 一种三维地震数据处理方法及系统 - Google Patents

一种三维地震数据处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤田物探领域，公开了一种三维地震数据处理方法及系统，该三维地震数据处理方法包括：采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率‑波数域的三维锥形滤波进行面波压制。本发明有效地解决了浅埋深煤层的成像问题。

Description

一种三维地震数据处理方法及系统
技术领域
本发明涉及煤田物探领域，具体地，涉及一种针对浅埋深煤层的三维地震数据处理方法及系统。
背景技术
随着煤田勘探开发的发展，地表和地下地震地质条件变得越来越复杂，主要体现在：(1)地表类型多样，低速带差异很大，导致地震信号的信噪比低，分辨率低，反射波同相轴连续性差，地震成像差；(2)由于地下地质构造复杂，特别是断层发育，影响了地震资料的品质，造成地震资料品质差，使处理难度增加，致使处理结果不能满足煤田勘探开发的需要。
因此研究复杂地区三维地震资料处理，对于提高复杂地区地震资料地质解释精度，具有非常重要的现实意义。在我国西部煤田，部分煤矿采区处于黄土丘陵地区，地貌沟壑发育，煤层埋藏浅，煤系地层横向变化大，地下地质构造复杂。这种浅埋深煤层地区煤层埋深一般在200米-300米，采用常规三维地震处理方法(埋深为500米以上的煤田的三维地震处理方法)，要在这一地区获得很好的地震成像效果，难度极大。
发明内容
本发明的目的是提供一种浅埋深煤层的三维地震数据处理方法及系统，用于实现提高浅埋深矿井复杂地质构造勘探精度的目的以及解决浅埋深煤层的成像问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种三维地震数据处理方法，该方法包括：采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制。
优选地，该方法还包括对经过面波压制后的三维地震数据依次进行反褶积、振幅补偿、剩余静校正、速度分析和三维偏移处理。
优选地，所述多种静校正方法包括高程静校正方法、模型静校正方法、微测井静校正方法、折射静校正方法以及层析静校正方法中的至少两者。
优选地，采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，通过静校正方法迭代处理三维地震数据，迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
本发明的技术方案还提供了一种浅埋深煤层的三维地震数据处理系统，该系统包括：静校正模块，用于采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或面波压制模块，用于对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制。
优选地，该系统还包括用于对面波压制后的三维地震数据进行综合处理的综合处理模块，且所述综合处理模块包括依次连接的反褶积模块、振幅补偿模块、剩余静校正模块、速度分析模块和三维偏移处理模块。
优选地，所述静校正模块包括：高程静校正模块、模型静校正模块、微测井静校正模块、折射静校正模块以及层析静校正模块中的至少两者；以及协调模块，用于协调所述高程静校正模块、模型静校正模块、微测井静校正模块、折射静校正模块以及层析静校正模块中的至少两者的配合。
优选地，所述静校正模块采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，通过静校正方法迭代处理三维地震数据，迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过多种静校正方法综合应用和迭代处理方法，实现了弱反射信号同相叠加，提高了弱反射信号的信噪比，消除由于地形起伏和地表低降速带横向变化对地震波传播时间的影响；通过频率-波数域三维锥形滤波，实现对面波进行压制，提高地震资料的信噪比；通过频谱整形零相位反褶积，减弱采集因素引起的地震数据频率差异，提高地震数据分辨率；通过三维剩余静校正、高精度速度分析和三维偏移等技术提高地震资料的成像质量。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的实施方式中的三维地震数据处理方法的流程示意图；
图2是本发明的实施方式中的三维地震数据处理系统的结构示意图；
图3是本发明的应用例中进行三维地震数据处理的流程示意图；
图4(a)是本发明的应用例中采用常规地震数据处理方法得到浅埋深煤层的成像图；
图4(b)是本发明的应用例中采用本发明的三维地震数据处理方法得到浅埋深煤层的成像图。
附图标记说明
100 静校正模块 200 面波压制模块
300 综合处理模块 301 反褶积模块
302 振幅补偿模块 303 剩余静校正模块
304 速度分析模块 305 三维偏移处理模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
针对黄土丘陵地貌沟壑发育，煤层埋藏浅，煤系地层横向变化大，地下地质构造复杂等地质问题，本实施方式提供了一种浅埋深煤层的三维地震数据处理方法，如图1所示，该方法包括：采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制。此外，还包括对经过面波压制后的三维地震数据依次进行反褶积、振幅补偿、剩余静校正、速度分析和三维偏移处理。
参考图1，本实施方式的三维地震数据处理方法主要包括以下三个方面的技术方案。
一、静校正步骤。
具体地，本区黄土丘陵地貌，沟壑纵横，侵蚀切割作用强烈，地面高程相对高差大，煤层埋藏浅，近地表速度横向变化剧烈，从而采用单一的静校正方法难以解决严重的静校正问题。因此，本实施方式采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加，从而提高了弱反射信号的信噪比。
本实施方式中采用的静校正方法包括高程静校正方法、模型静校正方法、微测井静校正方法、折射静校正方法以及层析静校正方法中的至少两者，将这些单一的静校正方法进行综合和协调，从而集合各种静校正方法的优点，有利于保证三维地震数据中的弱反射信号同相叠加。
其中，层析静校正是利用初至波(或者是初至波的一部分)反演表层低速带速度结构并据此计算静校正量的方法。层析静校正需要寻找使目标函数达到最小的近地表慢度模型矩阵，以获得好的层析静校正结果，从而层析静校正过程中要考虑慢度模型在X、Y和Z方法的参数的选择。需说明的是，选择好慢度模型的参数，层析静校正的具体实现方法在本领域中有很多，在此不再赘述。
折射静校正的具体实现技术有许多种，但原理都是基于基本折射方程，即
TSR＝TS+X/v2+TR
式中，S和R分别表示炮点和接收点；TS和TR分别是炮点和接收点的延迟时(TS+TR是截距时间，在折射面水平时，TS和TR为截距时间的1/2)；X是炮检距；v2是折射速度。
据此，本实施方式中优选采用层析静校正和折射静校正综合校正的方法，该方法具体包括：在层析静校正的过程中，分别对慢度模型在X、Y和Z方向的参数进行优选，再基于优选后的参数进行层析静校正；在折射静校正的过程中，当折射分支时，选择非歧义点作为控制点，并根据炮点和接收点的延迟时在应用控制点前后的效果对比来强化折射分支控制点的选点流程，重新圈定控制点。此外，采用折射静校正时，还包括：对比折射速度在应用控制点前后的效果，以确定速度建立方法，同时结合区域速度特征确定速度平滑参数，以使建立的速度模型与区域速度变化趋势相近。另外，对于本实施方式中的综合校正方法，可先进行层析静校正，再进行折射静校正，或者先进行折射静校正，再进行层析静校正。对于上述采用层析静校正和折射静校正综合校正的方法的基本步骤，下面给出具体的实施步骤：
步骤1)，获得生产炮初至波资料。
步骤2)，以准确拾取的初至波时间为基础，用优化的参数进行层析反演静校正量计算。
步骤3)，利用初至拾取的折射时间，计算折射静校正量，与步骤2)计算得到的基础静校正量进行叠加成像效果对比，选出折射静校正量成像具有优势的区域范围；或者利用近地表的信息获取的其它静校正量，与步骤2)计算得到的基础静校正量进行叠加成像效果对比，选出层析静校正量成像具有优势的区域范围。
步骤4)，根据野外采集施工的设计排列长度以及地下构造的形态大小，确定低频平滑半径，构造半径≤低频平滑半径≤设计排列长度的二分之一，在炮域和检波点域将层析静校正量和折射静校正量分别分解为低频分量和高频分量。
具体地，分别用STA、STC、STR表示重构后的静校正量、层析静校正量和折射静校正量，根据给定的排列长度Len将层析静校正量、折射或其它静校正量分解为各自的高频分量和低频分量：
STC＝STCL+STCH
STR＝STRL+STRH
STCL和STCH分别是层析静校正量分解出的低频和高频静校正量；STRL和STRH分别是折射或其它静校正量分解出的低频和高频静校正量。
步骤5)，在叠加数据体上，利用定量信噪比分析方法，选出折射静校正量成像效果好于层析静校正量的区域；
步骤6)，在步骤5)选定的区域，对炮点静校正高频量与检波点静校正高频量分别在两个域进行拟合，用变差拟合函数STAH＝(STRH*D1+STCH*D2)/(D1+D2)对层析静校正高频量和折射静校正高频量过渡的边界进行处理，其中，D1是过渡区域内某P点到外边界线B的距离，D2是P点到内边界虚线的距离，D1+D2是过渡区域的宽度，要根据设计排列长度和构造幅度的大小来确定，D1+D2≥设计排列长度，D1和D2的值一般选择1/2至3/2倍的野外施工设计排列长度。
步骤7)，在炮点域、检波点域分别将层析静校正量的低频分量和经步骤6)变差函数拟合得到的高频分量进行重构，那么，经过高低频分离与重构后的静校正量则为：STA＝STCL+STAH。
另外，在采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，为保证三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加，本实施方式采用静校正方法迭代处理三维地震数据，且迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
因此，本实施方式建议了多种静校正方法综合应用和迭代处理的静校正模式，能够消除由于地形起伏和地表低、降速带横向变化对地震波传播时间的影响。
二、面波压制步骤
具体地，本实施方式的浅埋深煤层位于黄土丘陵地貌，目的煤层埋深浅，原始数据显示，该区数据主要存在强的直达波和面波干扰，表现特征是能量强、频率低、速度低，而且因非零纵距的原因，面波表现为非线性特征，从而常规的在单炮记录上用二维频率-波数域去噪方法很难对其进行很好地压制。
因此针对浅埋深煤层的实际数据特征，本实施方式对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制，具体包括：将经过静校正后的三维地震数据按照互相垂直的一条炮线和一条接收线重新排列，重排后使三维地震数据面波落在锥形区域内，再在三维数据体中对三维锥形进行频率波数域滤波，以对面波进行压制。
三、综合处理步骤
本实施方式中对经过面波压制后的三维地震数据进行综合处理，包括：依次进行反褶积、振幅补偿、剩余静校正、速度分析和三维偏移处理。其中，反褶积直接针对进行面波压制后的三维地震数据，而经三给偏移处理后数据直接输出，以供技术人员参考和使用。
1、反褶积
对于浅埋深煤层，因激发和接收条件的差异，记录的地震数据除了振幅差异外，频率差异也非常大，因此本实施方式通过频谱整形零相位反褶积来适当提高地震数据分辨率，减弱采集因素引起的地震数据的频率差异。
2、振幅补偿
对于浅埋深煤层，受几何扩散作用和大地吸收作用的影响，地震波在地下介质传播的过程中，随着传播路程的增加，反射能量逐渐变弱。另外，受激发和接收条件等因素的影响，原始地震记录的能量在不同区域也存在一定差别。因此，本实施方式采用地表一致性振幅补偿，补偿地震记录能量的损失，改善地震记录的横向一致性，进而使三维地震资料的能量变化，能够真实反映出地下储层的岩性变化。
3、剩余静校正
通过剩余静校正，可以消除地震记录中存在的高频剩余静校正量，其是本实施方式为保证有效波达到最佳叠加效果的重要手段之一。在剩余静校正的基础上进行叠加速度分析，就可以为后面的叠加处理提供更为准确的叠加速度信息。需要指出的是，剩余静校正和速度分析是一个反复迭代的过程，迭代的次数在一定程度上影响着处理的精度。
4、速度分析
速度是地震资料处理的重要参数之一，其精度直接影响着叠加处理的效果。为了提高速度谱解释的精度，本实施方式首先进行速度扫描，得到浅埋深煤层由浅至深的速度规律，然后以此为参考速度计算速度谱，并且和剩余静较正进行二次迭代。
5、三维偏移
本实施方式中，三维偏移的主要目的是消除地下倾斜界面对反射波的影响，使之成像归位到真实的反射界面位置上去，从而正确地反应地下形态和构造变化情况。本实施方式采用具有吸收边界的有限差分三维一步法偏移，具有精度高、频散低、边界吸收整洁等特点，偏移后的时间剖面分辨率高，能量强，归位准确，波组特征明显。
需说明的是，本实施方式中进行反褶积、振幅补偿、剩余静校正、速度分析和三维偏移处理的算法为本领域的成熟技术，在此不再赘述。
针对上述浅埋深煤层的三维地震数据处理方法，基于同样的发明构思，本实施方式还提供了一种三维地震数据处理系统，如图2所示，该系统包括：静校正模块100，用于采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；面波压制模块200，用于对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制；以及综合处理模块300，用于对经过面波压制后的三维地震数据进行综合处理，输出综合处理后的三维地震数据。
其中，所述静校正模块包括：高程静校正模块、模型静校正模块、微测井静校正模块、折射静校正模块以及层析静校正模块中的至少两者；以及协调模块，用于协调所述高程静校正模块、模型静校正模块、微测井静校正模块、折射静校正模块以及层析静校正模块中的至少两者的配合。并且，所述静校正模块采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，通过静校正方法迭代处理三维地震数据，迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
另外，所述综合处理模块300包括依次连接的反褶积模块301、振幅补偿模块302、剩余静校正模块303、速度分析模块304和三维偏移处理模块305。
该三维地震数据处理系统与上述的三维地震数据处理方法的技术方案相对应，因此其包括的各个功能模块的具体实现可参考上文进行理解，在此不再赘述。
下面以一具体的应用例来说明本实施方式的三维地震数据处理方法及系统的流程，本应用例的研究区中地表大部分被新生界地层覆盖，属于典型的黄土丘陵地貌，主采煤层埋深均在300m以浅，属于浅埋深矿井。
根据本实施方式中的浅埋深煤层三维地震数据处理方法，提出了如图3所示的有针对性的处理流程，其中数据加载、道编辑以及球面扩散补偿为地震数据的预处理过程，静校正通过层析反演算法实现，而面波压制、零相位频谱整形反褶积、地表一致性振幅补偿、速度分析、剩余静校正和三维偏移上文描述，其中三维偏移技术的实现包括面元均化处理、三维DMO(三维倾角时差校正)、叠加速度分析、三维随机噪声衰减、三维插值、三维一步法偏移、时变滤波/动平衡等步骤，最后输出成像结果。
图4(a)和图4(b)示意了常规处理方法和本实施方式的处理方法的效果对比，可以看出，相对于常规处理方法，本实施方式的方法使得主要煤层反射同相轴连续，断层清晰，因此表明通过本实施方式的浅埋深煤层的三维地震资料处理方法，可以很好地解决浅埋深煤层的成像问题。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种三维地震数据处理方法，其特征在于，该方法包括：
采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或
对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制；
其中，所述多种静校正方法是采用层析静校正方法和折射静校正方法进行综合校正的方法，且该综合校正的方法包括：在层析静校正的过程中，分别对慢度模型在X、Y和Z方向的参数进行优选，再基于优选后的参数进行层析静校正；在折射静校正的过程中，当折射分支时，选择非歧义点作为控制点，并根据炮点和接收点的延迟时在应用控制点前后的效果对比来强化折射分支控制点的选点流程，重新圈定控制点。
2.根据权利要求1所述的三维地震数据处理方法，其特征在于，该方法还包括对经过面波压制后的三维地震数据依次进行反褶积、振幅补偿、剩余静校正、速度分析和三维偏移处理。
3.根据权利要求1或2所述的三维地震数据处理方法，其特征在于，采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，通过静校正方法迭代处理三维地震数据，迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
4.一种三维地震数据处理系统，其特征在于，该系统包括：
静校正模块，用于采用多种静校正方法协调处理三维地震数据，以使得三维地震数据中的弱反射信号同相叠加；和/或
面波压制模块，用于对经过静校正后的三维地震数据，采用基于频率-波数域的三维锥形滤波进行面波压制；
其中，所述多种静校正方法是采用层析静校正方法和折射静校正方法进行综合校正的方法，且该综合校正的方法包括：在层析静校正的过程中，分别对慢度模型在X、Y和Z方向的参数进行优选，再基于优选后的参数进行层析静校正；在折射静校正的过程中，当折射分支时，选择非歧义点作为控制点，并根据炮点和接收点的延迟时在应用控制点前后的效果对比来强化折射分支控制点的选点流程，重新圈定控制点。
5.根据权利要求4所述的三维地震数据处理系统，其特征在于，该系统还包括用于对面波压制后的三维地震数据进行综合处理的综合处理模块，且所述综合处理模块包括依次连接的反褶积模块、振幅补偿模块、剩余静校正模块、速度分析模块和三维偏移处理模块。
6.根据权利要求4或5所述的三维地震数据处理系统，其特征在于，所述静校正模块采用多种静校正方法协调处理三维地震数据的过程中，通过静校正方法迭代处理三维地震数据，迭代的次数需要满足使三维地震数据中的弱反射信号全部同相叠加。
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