CN1837859A - 三维地震资料处理质量监控技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维地震资料处理质量监控技术，步骤是：选定时窗和分析频率；对某炮各地震道在时窗内做快速富立叶变换，得到道数据在频率域变换结果；对同炮的所有地震道做频率域中值滤波，得到该炮的统计激发能量或噪声干扰量结果；将所有炮的计算结果绘到各炮点平面图上，监控三维激发能量或噪声干扰；对地震数据某炮的各地震道做归一化自相关；对同炮的所有地震道的自相关统计求和，得到该炮的统计自相关结果；寻找该炮统计自相关的零交叉时，将所有炮的零交叉时绘到各炮点平面位置上，完成激发子波监控。本发明计算数据量小，计算速度快，抗干扰能力强，结果稳定可靠。

Description

三维地震资料处理质量监控技术

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术，具体是一种三维地震资料处理质量监控技术。

技术背景

石油地震勘探是利用人工方法产生地震波，通过研究地震波在地下岩层中的传播情况，勘察地下地质构造和岩层变化，寻找油气田的一种地球物理勘探方法。地震勘探可以分为地震资料采集、地震资料处理、地震资料解释三个大的环节。

地震资料采集是通过人工的方法产生地震波，在陆地上通常使用炸药震源，在选定的炮点打一口浅井，井深一般为6-30米。炸药的药量一般为1-25公斤，装入电雷管放到井底，引爆炸药产生地震波。然后用地面地震接收仪器记录由地下反射回来的地震波所引起的地面振动信号，并记录在磁带上，提供给室内计算中心进行后续处理。

地震资料处理的主要是根据地震波的传播理论，利用电子计算机等设备和相应的地震资料处理软件，对野外采集的原始地震数据进行各种加工处理，以获得能反映地下地质结构的“地震剖面图”和反映地下岩石变化的地震波振幅、频率、传播速度等信息。用于研究地下地质构造，寻找有利含油气圈闭，确定钻井井位。

地震资料处理过程主要包括：(1)预处理：首先是将野外采集的原始地震数据进行解编或数据格式转换，把不同格式记录的原始地震数据转换成适合资料处理系统的数据格式；其次是加载观测系统信息，就是将野外采集的有关观测信息记入地震记录道头或特定的数据库，如：炮点位置、接收点位置、地表海拔高程、接收检波器的排列图形等。另外，还根据实际情况做预滤波、野外静校正等处理。(2)反褶积：由于大地滤波作用，激发所产生的地震子波在传播过程中频率会逐渐降低，延续时间逐渐变长，反褶积的目的就是压缩地震子波，提高地震资料的分辨能力。(3)水平叠加：包括两个主要步骤：速度分析和动校正，由于同一反射点每次观测的炮检距不同，地震波传播的路径和距离也不相同，每次观测所记录的反射波达到时间存在差异，这个时差与地层速度和反射界面的深度有关，称为正常时差。速度分析和动校正的目的就是消除不同炮检距造成的正常时差影响，对地下同一反射点的记录道进行同相叠加，来提高地震资料的信噪比。(4)偏移归位：在水平叠加剖面中，倾斜反射界面和断层面的反射波会偏离它的空间真实位置，另外水平叠加剖面中绕射波也很强。偏移的目的就是实现反射波的空间归位，把反射波偏移到其真实空间的位置上，并使绕射波收敛。

通过数据处理，可把野外采集的地震数据变为可供解释人员解释的，能反映地下地质结构的地震剖面和相关的地震信息(如速度、振幅、频率等)。

地震资料处理的目的是对地震数据进行去伪存真的加工过程，最终获得能真实反映地下地质情况的有效信息。因此，高质量的地震资料是油气勘探成功的关键。首先高质量的野外采集是地震勘探成功的基础，如果原始数据存在严重缺陷，则没有任何办法可以弥补。其次，地震资料处理包含各种处理方法和处理步骤，每一步骤的偏差，以及处理参数的不合理都会影响最终的处理效果。因此，对资料处理过程的每一步骤进行严格、科学的质量监控是勘探成功的重要环节。

早期地震勘探一般采用二维勘探，一条测线通常只有几百炮，每炮采集道数只有几十道，在地震资料处理中一般通过绘制全部数据的纯波炮集来进行监控，这样做能够较全面的监控地震数据质量，但随着三维地震勘探广泛应用，使得一块三维地震一般都有几千炮甚至几万炮，每一炮的接收道数也达到几千道或上万道，如果绘制全部数据的纯波炮集来进行监控每炮激发能量的大小和差异，对于具有几千炮乃至几万炮的三维数据而言，这意味着需要大量的绘图和人工分析，其工作量巨大，难以实现。如，一块100平方公里的三维勘探区块，按标准比例绘制一次炮集数据，图件的长度将超过10公里，在实际中几乎是不可能做到的。

因此，在目前在实际处理中只绘制部分控制点炮集数据，隔几十甚至几百炮绘制一炮来监控数据的质量变化。这种监控方法不能真正反映数据中所存在的问题，难以达到全面认识数据和监控数据的目的。

此外，在检测时对地震资料的品质和处理效果主要依靠个人的经验进行评价分析，人为因素影响较大，使得最终处理结果因人而异，费时费力，难以达到最佳监控效果。

发明的内容

本发明提供一种能在不绘图或少绘图的条件下对三维数据逐炮质量监控，达到快速有效、且方便准确的三维数据质量监控方法。

本发明采用以下技术方案：

三维地震资料处理质量监控技术采用如下步骤：

1)根据监控的需要选定分析时窗(目的层部位或干扰波部位)和分析频率(反射主频或干扰波频率)；

2)对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据在频率域的变换结果；

3)对同一炮的所有地震道做频率域中值滤波，得到该炮的统计激发能量或噪声干扰量结果；

4)将所有炮的激发能量或噪声干扰计算结果绘制到各炮点的平面位置图上，通过储层部位的空间变化平面分析图完成三维激发能量或噪声干扰的平面监控。

5)对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做归一化自相关，得到每一道数据的自相关结果；

6)对同一炮的所有地震道的自相关统计求和，得到该炮的统计自相关结果；

7)寻找该炮统计自相关的零交叉时，将所有炮的零交叉时结果绘制到各炮点的平面位置上，完成三维激发子波的平面监控。

本发明还采用以下技术方案：

激发能量、干扰能量采用如下公式计算：

$A_i^{\mathrm{TF}}\left(f\right)=\underset{j=j_1\mathrm{\Λ}{j}_2}{\mathrm{MedianFilter}}\left[\right|\mathrm{FFT}\left(x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\right|)]---\left(1\right)$

其中：x_ij(t)—采集的地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λj₂炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

A_i ^TF(f)——时频分析的炮集统计能量(f——为分析频率)

本发明激发子波检测方法通过如下公式计算：

$T_i\left(l\right)=\underset{\mathrm{\τ}=0\mathrm{\ΛN}}{\mathrm{Find}}\left\{\underset{j=j_1}{\overset{j_2}{\mathrm{\Σ}}}\right[\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}(t+\mathrm{\τ}))/\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\left]\right\}---\left(2\right)$

其中：x_ij(t)——地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λj₂炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

T_i(l)——零交叉时(1为零交叉时样点数)；τ——互相关时间；

Find{·}——寻找零交叉时；

分析频率选取，有效波时为20-35Hz，低频面波时为8-15Hz，工业干扰波为50Hz，高频干扰波为100Hz以上。

通过初至前信息进行高频干扰的能量分析。

本发明由于采用分析时窗进行分析计算，计算数据量小，计算速度快，而采用频率域中值滤波算法提高了该方法的抗干扰能力，使计算结果更加稳定可靠。

本发明通过选择分析时窗(目的层部位)和分析频率(反射主频)在尽量不绘图和少绘图的条件下完成对整个三维数据的逐炮激发能量分析。

本发明在采集、处理中进行了应用，地震资料的处理结果明显提高，由本发明监控处理的结果提供的井位钻井成功率较高。

在进行逐炮能量分析的基础上，可以根据分析结果从中选择出具有代表性的(最好和最差)炮集(或检波点集)数据进行进一步的统计定量分析，同时可以采用这些控制点炮(或检波点)集进行处理过程的质量监控，从而达到对整个三维数据的有效和经济的质量监控。

附图说明：

图1为三维激发能量平面分析；

图2为控制炮点激发能量分析；

图3为高频干扰三维统计分析；

图4为高频干扰控制点炮集显示；

图5为激发子波三维平面分析；

图6为控制线统计自相关分析。

具体实施方式

影响地震数据质量的主要因素有激发能量、激发子波和噪声干扰等。

激发能量直接反映激发时的状态，它能反映激发的近地表岩性、激发深度和爆炸效果等因素的差异。激发能量的改变将影响地震振幅、子波频率、子波相位等；从而直接影响地震成像的效果和反演储层信息的精度。在处理中有效地分析数据的激发能量变化是保真处理监控的重要依据之一。

激发子波是在地震反演中识别油气储层空间变化的重要信息，在高分辨率地震勘探岩性油气藏勘探时，激发地震子波的优劣将直接影响勘探的成功率。在采集中影响激发子波的因素很多，例如激发井深、激发岩性和激发药量等。这些因素会造成激发子波的空间变化，严重影响地震识别岩层变化的能力。因此，快速准确地分析几千炮激发子波的变化是处理中十分重要的步骤。

地震成像的质量还受到干扰波的影响，特别是高频干扰能量的影响。这些高频干扰不随记录时间的增加而衰减，因此，在大地吸收衰减的作用下，随传播距离和频率的增加必然导致反射波信噪比的降低。这也是造成高频地震数据难以成像的主要原因之一。

由于以上的问题，在高分辨率采集和处理中需要监控和分析干扰能量和高频信噪比，才能预测最终可能获得的地震成像分辨率。

本发明的主要内容是采用了时频域分析方法，实现了三维快速质量监控的新方法。

本发明的具体实施办法是首先对野外采集的原始数据进行三维快速质量监控。其中包括三维激发能量检测、三维干扰能量检测和三维激发子波检测。

本发明三维快速激发能量检测方法和三维快速干扰能量检测方法采用如下公式计算(公式(1)所示)。

$A_i^{\mathrm{TF}}\left(f\right)=\underset{j=j_1\mathrm{\Λ}{j}_2}{\mathrm{MedianFilter}}\left[\right|\mathrm{FFT}\left(x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\right|)]---\left(1\right)$

其中：x_ij(t)—采集的地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λj₂炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

A_i ^TF(f)——时频分析的炮集统计能量(f——为分析频率)

公式(1)的物理含义是对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据在频率域的变换结果。然后对同一炮的所有道做频率域中值滤波，即得到该炮各个频率的统计能量结果。最后根据分析需要选择所需的分析频率的统计能量，将所有炮的计算结果绘制到各炮点的平面位置上，即完成了三维激发能量的平面监控。该方法由于采用分析时窗进行分析计算，计算数据量小，计算速度快，而采用频率域中值滤波算法提高了该方法的抗干扰能力，使计算结果更加稳定可靠

本发明三维快速激发子波检测方法通过公式(2)统计自相关的零交叉时进行了激发子波的监控分析。

$T_i\left(l\right)=\underset{\mathrm{\τ}=0\mathrm{\ΛN}}{\mathrm{Find}}\left\{\underset{j=j_1}{\overset{j_2}{\mathrm{\Σ}}}\right[\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}(t+\mathrm{\τ}))/\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\left]\right\}---\left(2\right)$

其中：x_ij(t)——地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λj₂炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

T_i(l)——零交叉时(1为零交叉时样点数)；τ——互相关时间；

Find{·}——寻找零交叉时；

公式(2)的物理含义是对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做归一化自相关，得到每一道数据的自相关结果。然后对同一炮的所有道的自相关统计求和，得到该炮的统计自相关结果。最后寻找该炮统计自相关的零交叉时，将所有炮的零交叉时结果绘制到各炮点的平面位置上，即完成了三维激发子波的平面监控。

以上三维监控分析方法除对原始采集数据进行监控分析，以获得原始数据的采集质量信息外，在以后的处理过程中，对每一步的处理结果都要进行相应的监控分析，以确保每一步的处理质量。

本发明实施例图1是根据公式(1)快速求得三维数据在储层部位的激发能量的空间变化平面分析图。从激发能量平面图可以看出该区采集数据的激发能量明显存在一定差异。

通过平面激发能量变化图，我们选择炮点A、B、C和D为分析控制点炮集，根据分析控制点的炮集数据进行定量分析和处理监控来达到监控整个三维数据的质量目的。

以上控制炮点A、B、C和D的单炮纯波显示如图2所示。从显示的控制点炮集数据可以明显看出，在沙丘部位激发的A和D炮激发的能量明显大于在农田区激发的B和C炮，通过野外采集信息可知在沙丘区激发的药量为4公斤，而在农田区激发的药量为3公斤，显然激发能量差异主要是由于激发药量差异造成的。从三维激发能量分析图(图1)中也可以看出弱振幅激发在农田区部分，而强振幅激发在沙丘区。

根据以上激发能量的分析，我们获得了激发能量在空间的变化规律，同时根据控制点炮集数据的统计定量分析确定该三维数据中激发能量的最大相对差异的定量值。从而可以利用最少的监控炮集数据达到监控整体三维(几千—几万炮)数据，实现对整个三维数据的处理过程质量监控和处理效果监控的目的。

本发明采用通过初至前信息应用公式(1)进行高频干扰的能量分析。

图3给出某三维数据100Hz干扰能量的三维分析结果。可看出在不同位置采集的地震数据存在不同程度的高频干扰能量。其中，在农田区高频干扰能量强，沙丘区高频干扰能量相对较弱。这表明高频干扰主要来自人文干扰(人文干扰是指：地面环境中各种行进物体例如汽车、火车等、50Hz工业电，以及刮风下雨等干扰)。

根据三维高频干扰能量分析图，选择A、B、C、D四炮进行纯波显示如图4所示。可看出人文高频干扰差异是明显的。显然，人文高频干扰是影响农田区高分辨率成像的主要因素。针对这一问题在提高分辨率处理中应该对以上控制炮进行必要的监控分析，以保证在提高分辨率处理中没有增强高频干扰的影响。

此外，本发明还可以通过选择不同的分析时窗和分析频率，对低频面波干扰、50Hz工业电干扰及其它类型的信息进行三维监控分析。

图5根据公式(2)计算的某三维数据激发子波的空间变化，可明显看出，沙丘区和农田区激发子波存在明显差异。为能更好的反映空间激发子波的差异性，选择以下控制线进行质量监控。图6是选择控制炮线的统计自相关析结果。显然，从图6控制炮线的统计自相关可以看出空间激发子波的变化情况，位于沙丘区激发的子波，频率相对较低。位于农田区激发的子波，频率相对较高。影响激发子波变化的主要因素是激发井深的不同所造成的，即存在虚反射差异的影响，同时还可能存在激发岩性的差异。

通过以上对激发子波的分析可以看出，沙丘区和农田区的激发子波是不同。如不能很好的消除激发子波的空间变化，将会导致反演和波形聚类的解释失去意义，以及造成岩性变化的假象。因此，在提高分辨率的处理过程中，要严格监控以上控制炮线的激发子波变化，以达到相对保持波形的目的。

Claims (5)

1、一种三维地震资料处理质量监控技术，其特征采用如下步骤：

1)根据监控的需要选定分析时窗和分析频率；

2)对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据在频率域的变换结果；

3)对同一炮的所有地震道做频率域中值滤波，得到该炮的统计激发能量或噪声干扰量结果；

4)将所有炮的激发能量或噪声干扰计算结果绘制到各炮点的平面位置图上，通过储层部位的空间变化平面图监控三维激发能量或噪声干扰；

5)对地震数据某一炮的各地震道在选定的分析时窗内做归一化自相关，得到每一道数据的自相关结果；

6)对同一炮的所有地震道的自相关统计求和，得到该炮的统计自相关结果；

7)寻找该炮统计自相关的零交叉时，将所有炮的零交叉时结果绘制到各炮点的平面位置上，完成三维激发子波的平面监控。

2、根据权利要求1所述的一种三维地震资料处理质量监控技术，其特征在于：激发能量、干扰能量采用如下公式计算：

$A_i^{\mathrm{TF}}\left(f\right)=\underset{j=j_1\mathrm{\Λ}{j}_2}{\mathrm{MedianFilter}}\left[\right|\mathrm{FFT}\left(x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\right|)]---\left(1\right)$

其中：x_ij(t)——采集的地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λ_j2炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

A_i ^TF(f)——时频分析的炮集统计能量(f——为分析频率)

3、根据权利要求1所述的一种三维地震资料处理质量监控技术，其特征在于：激发子波检测方法通过如下公式计算：

$T_i\left(l\right)=\underset{\mathrm{\τ}=0\mathrm{\ΛN}}{\mathrm{Find}}\left\{\underset{j=j_1}{\overset{j_2}{\mathrm{\Σ}}}\right[\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}(t+\mathrm{\τ}))/\underset{t=t_1}{\overset{t_2}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}\left(t\right)x_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\left]\right\}---\left(2\right)$

其中：x_ij(t)——地震道数据

(i＝1，2，ΛN炮集号；j＝j₁，Λj₂炮集内分析道号；t＝t₁Λt₂分析时窗内样点)

T_i(l)——零交叉时(l为零交叉时样点数)；τ——互相关时间；

Find{·}——寻找零交叉时。

4、根据权利要求1所述的一种三维地震资料处理质量监控技术，其特征在于：分析频率选取，有效波时为20-35Hz，低频面波时为8-15Hz，工业干扰波为50Hz，高频干扰波为100Hz以上。

5、根据权利要求1所述的一种三维地震资料处理质量监控技术，其特征在于：通过初至前信息进行高频干扰的能量分析。

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