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地震资料的保幅宽频高分辨率处理

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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收 稿 日 期 : 2 0 0 6 - 0 5 - 1 6作 者 简 介 : 易 宗 富 , 男 , 1 9 8 2 年 1 月 毕 业 于 华 东 石 油 学 院 石 油 地 球 物 理 勘 查 专 业 , 长 期 致 力 于 地 震 资 料 处 理 方 法 的 研 究 。 联 系 电 话 :1 3 8 0 9 9 4 6 3 2 2 , y i z o n g f u @ 1 6 3 . c o m , 通 讯 地 址 : ( 8 3 7 0 0 1 ) 新 疆 乌 鲁 木 齐 市 北 京 北 路 4 7 号 地 球 物 理 研 究 所 。油 气 地 球 物 理2 0 0 6 年 7 月 P E T R O L E U M G E O P H Y S I C S 第 4 卷 第 3 期地 震 资 料 的 保 幅 宽 频 高 分 辨 率 处 理易 宗 富南 充 科 力 石 油 勘 探 开 发 有 限 公 司摘 要 : 目 前 常 用 的 高 分 辨 率 地 震 资 料 缺 少 低 频 、 频 带 窄 、 振 幅 谱 不 平 , 不 利 于 构 造 和 储 层 的 精 细 解 释 。 本 文 介 绍 的 保幅 宽 频 高 分 辨 率 处 理 以 相 对 振 幅 保 持 为 重 点 、 以 提 高 信 噪 比 为 基 础 、 以 展 宽 频 带 为 目 标 , 将 高 保 真 、 高 信 噪 比 、 高 分辨 率 有 机 结 合 , 获 得 的 地 震 资 料 分 辨 率 高 、 信 噪 比 高 , 有 利 于 识 别 小 断 层 、 薄 互 层 和 不 整 合 面 。关 键 词 : 振 幅 保 持 ; 频 带 展 宽 ; 信 噪 比 ; 分 辨 率 ; 断 层 ; 薄 互 层 ; 不 整 合 面x ( i ) = r( i ) * b ( i ) ( 1 )X ( f ) = R ( f ) B ( f )( 2 )对 国 内 各 处 理 中 心 或 处 理 公 司 常 规 处 理 的 地震 资 料 进 行 频 谱 分 析 , 不 难 发 现 其 振 幅 谱 要 么 为 俞式 子 波 谱 , 要 么 为 钟 形 谱 。 产 生 俞 式 子 波 谱 的 原 因是 叠 前 地 震 资 料 处 理 中 应 用 了 期 望 输 出 为 俞 式 子波 的 两 步 法 统 计 子 波 反 褶 积 ; 在 常 规 地 震 资 料 处 理过 程 中 , 如 果 没 有 使 用 子 波 反 褶 积 、 子 波 整 形 及 谱白 化 等 整 形 子 波 的 处 理 技 术 , 那 么 处 理 的 最 终 地 震剖 面 的 振 幅 谱 通 常 为 钟 形 谱 。随 着 地 震 勘 探 的 不 断 深 入 , 寻 找 地 下 油 气 藏 的难 度 越 来 越 大 。 近 年 来 , 各 油 田 公 司 越 来 越 重 视 复杂 隐 蔽 油 气 藏 的 勘 探 , 要 求 地 震 资 料 具 有 高 分 辨 率 。常 规 处 理 的 地 震 资 料 难 以 满 足 其 高 分 辨 率 的 要 求 。自 上 世 纪 9 0 年 代 以 来 , 高 分 辨 率 处 理 技 术 的研 究 和 应 用 在 诸 多 方 面 得 到 了 快 速 发 展 。 但 随 着 处理 难 度 的 增 加 , 高 分 辨 率 处 理 在 一 些 油 田 步 入 一 个误 区 , 认 为 高 分 辨 率 就 是 提 高 地 震 资 料 的 主 频 。 于是 我 们 看 到 了 这 样 的 高 分 辨 率 地 震 剖 面 : 主 频 高 但缺 乏 低 频 信 号 , 频 带 窄 且 波 形 振 荡 。基 于 此 , 笔 者 提 出 了 保 幅 宽 频 高 分 辨 率 处 理( H i g h R e s o l u t i o n P r o c e s s i n g o f A m p l i t u d e R e t e n t i o na n d B r o a d F r e q u e n c y , 简 称 H I R A B ) 。 其 在 提 高 地 震资 料 信 噪 比 和 振 幅 相 对 保 持 的 基 础 上 拓 宽 地 震 信号 的 有 效 频 带 、 提 高 分 辨 率 , 获 得 的 地 震 剖 面 具 有分 辨 率 高 、 信 噪 比 好 、 波 组 关 系 得 到 保 护 的 优 点 。1 H I R A B 的 理 论 基 础在 水 平 层 状 介 质 、 垂 直 入 射 条 件 下 , 无 噪 地 震记 录 可 表 示 为 反 射 系 数 与 地 震 子 波 的 褶 积 。 设 x ( i )为 地 震 记 录 , r( i ) 为 反 射 系 数 , b ( i ) 为 地 震 子 波 , 则 有设 X ( f ) 、 R ( f ) 、 B ( f ) 分 别 为 x ( i ) 、 r( i ) 、 b ( i ) 的频 谱 , 在 频 率 域 有图 1 表 示 由 实 际 声 波 和 密 度 测 井 计 算 的 反 射系 数 和 反 射 系 数 振 幅 谱 。 反 射 系 数 振 幅 谱 是 全 频 带的 , 变 化 剧 烈 。图 2 为 对 应 反 射 系 数 的 井 旁 零 相 位 地 震 子 波和 地 震 子 波 的 振 幅 谱 。 地 震 子 波 振 幅 谱 频 带 窄 、 平滑 、 变 化 缓 慢 。图 3 是 通 过 式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 计 算 出 的 合 成 地 震 记录 及 其 振 幅 谱 。地 震 资 料 处 理 依 据 褶 积 模 型 。 理 论 上 , 反 射 系数 为 白 噪 声 时 , 地 震 记 录 的 振 幅 谱 等 于 地 震 子 波 的振 幅 谱 。 实 际 地 震 记 录 的 振 幅 谱 与 地 震 子 波 的 振 幅谱 相 似 ( 图 3 和 图 2 ) , 这 是 反 褶 积 技 术 的 应 用 基础 。无 噪 声 的 地 震 剖 面 可 以 看 成 受 到 地 震 子 波 影响 的 反 射 系 数 剖 面 , 反 射 系 数 剖 面 是 最 高 分 辨 率 的地 震 剖 面 。 地 震 资 料 处 理 追 求 减 少 子 波 影 响 的 反 射系 数 剖 面 , 展 宽 、 展 平 有 效 信 号 频 谱 是 高 分 辨 率 处理 的 根 本 任 务 。地 震 资 料 的 主 频 通 常 描 述 为 频 带 的 中 心 频 率 。如 果 地 震 资 料 频 带 的 低 频 为 高 频 为 则 主 频 为式 ( 3 ) 表 明 , 当 频 带 的 高 频 时 , 低 频 其 主 频 f * 越 高 。 在 不 能 提 高 地 震 资 料 有 效 频 带 高 频 况 下 , 要 提 高 主 频 , 只 能 以 牺 牲 低 频 为 代 价 。著 名 地 球 物 理 学 家 李 庆 忠 院 士 在 《 走 向 精 确 勘探 的 道 路 ─ ─ 高 分 辨 地 震 勘 探 系 统 工 程 剖 析 》 一 书中 明 确 指 出 : 那 种 丢 掉 低 频 成 分 的 、 表 面 上 看 来 主频 较 高 的 分 辨 率 是 假 分 辨 率 。 所 以 , 以 压 制 低 频 信 号为 代 价 提 高 主 频 的 高 分 辨 率 处 理 方 法 是 不 可 取 的 。( 3 )f * = ( ( · 1 4 ·易 宗 富 : 保 幅 宽 频 高 分 辨 率 处 理第 4 卷 第 3 期 · 1 5 ·2 H I R A B 中 的 关 键 技 术研 究 表 明 : 要 查 明 地 下 5 ~ 3 0 m 厚 度 的 砂 层 , 最重 要 的 频 段 是 1 0 ~ 1 6 0 H z ; 要 查 明 大 套 灰 岩 顶 部 台 阶状 波 阻 抗 的 情 况 , 低 频 成 分 十 分 重 要 。 所 以 , 高 分 辨率 处 理 应 在 保 留 低 频 信 号 的 前 提 下 拓 展 高 频 信 号 。一 般 情 况 下 , 高 频 范 围 的 随 机 噪 声 强 、 信 噪 比 低 , 因此 , 提 高 高 频 段 的 信 噪 比 十 分 必 要 。振 幅 是 地 震 资 料 解 释 最 重 要 的 地 震 特 征 参 数 ,相 对 振 幅 保 持 处 理 的 理 念 应 贯 穿 于 高 分 辨 率 处 理的 始 终 。 H I R A B 方 法 把 相 对 振 幅 保 持 处 理 、 提 取 有效 高 频 信 号 和 展 平 展 宽 频 带 作 为 一 个 整 体 进 行 研究 , 使 处 理 后 的 资 料 既 保 留 了 低 频 成 分 , 又 拓 宽 了高 频 信 号 , 纵 向 分 辨 率 和 信 噪 比 同 时 提 高 , 深 浅 层能 量 保 持 不 变 , 波 组 关 系 清 楚 。H I R A B 将 高 分 辨 率 处 理 分 为 叠 前 和 叠 后 两 部分 。 叠 前 H I R A B 的 重 点 是 保 幅 和 保 护 高 频 信 号 不受 损 失 ; 叠 后 H I R A B 的 关 键 是 保 幅 、 提 高 信 噪 比 和展 平 、 展 宽 频 带 处 理 。2 . 1 保 持 振 幅叠 前 的 H I R A B 做 好 球 面 扩 散 、 吸 收 校 正 和 地表 一 致 性 振 幅 校 正 , 并 尽 可 能 采 用 相 对 振 幅 保 持 的处 理 模 块 , 比 如 保 幅 的 去 噪 、 保 幅 的 反 褶 积 、 保 幅 的水 平 叠 加 等 ; 叠 后 的 H I R A B 全 部 应 用 保 幅 处 理 模块 , 以 保 证 叠 后 处 理 的 振 幅 不 发 生 畸 变 。H I R A B 的 保 幅 特 征 表 现 为 纵 向 上 振 幅 有 强 有弱 、 波 组 关 系 清 楚 ; 横 向 上 分 辨 率 变 好 , 断 层 、 尖 灭 、不 整 合 面 等 更 加 清 晰 。 图 4 示 出 了 一 张 常 规 处 理 的偏 移 剖 面 及 其 叠 后 H I R A B 剖 面 。 显 然 , 后 者 的 纵 向分 辨 率 更 高 , 横 向 分 辨 率 也 高 , 断 裂 系 统 比 前 者 清楚 。 两 种 剖 面 的 振 幅 增 益 曲 线 ( 图 5 ) 一 致 , 说 明H I R A B 没 有 改 变 常 规 偏 移 剖 面 的 振 幅 相 对 大 小 , 它是 保 幅 的 。2 . 2 提 高 信 噪 比分 辨 率 和 信 噪 比 是 一 对 矛 盾 : 提 高 分 辨 率 使 信噪 比 减 小 ; 信 噪 比 增 强 引 起 分 辨 率 降 低 。 信 噪 比 是分 辨 率 的 基 础 , 没 有 足 够 的 信 噪 比 , 就 无 法 提 高 分辨 率 。 实 际 上 , 同 时 提 高 地 震 资 料 的 信 噪 比 和 分 辨率 也 是 可 以 实 现 的 : 首 先 对 偏 移 地 震 数 据 做 保 幅 的随 机 噪 声 衰 减 , 然 后 进 行 宽 频 处 理 , 得 到 H I R A B 剖面 。 与 偏 移 剖 面 相 比 , H I R A B 剖 面 的 分 辨 率 高 , 信 噪比 也 高 ( 图 4 ) 。油 气 地 球 物 理 2 0 0 6 年 7 月· 1 6 ·2 . 3 拓 展 频 带反 褶 积 是 提 高 分 辨 率 处 理 的 基 本 方 法 。 叠 前 应用 地 表 一 致 性 反 褶 积 压 缩 地 震 子 波 , 展 宽 频 带 。 高精 度 / 高 密 度 的 速 度 分 析 、 精 细 的 动 静 校 正 、 高 分 辨的 叠 加 有 利 于 高 频 信 号 的 保 护 。过 去 采 用 谱 白 化 的 方 法 做 叠 后 宽 频 处 理 。 谱 白化 将 地 震 资 料 分 成 几 个 均 匀 频 段 , 计 算 每 个 频 段 的能 量 ; 将 各 个 频 段 的 能 量 分 别 与 期 望 能 量 相 比 , 求出 每 个 频 段 的 能 量 比 例 因 子 ; 将 能 量 比 例 因 子 作 用于 相 应 的 频 段 , 使 各 个 频 段 的 能 量 一 致 。 该 方 法 在展 宽 地 震 资 料 频 谱 的 同 时 使 所 需 频 带 范 围 内 的 频谱 变 平 , 从 而 提 高 了 地 震 资 料 的 分 辨 率 。 谱 白 化 是零 相 位 的 , 它 不 改 变 地 震 资 料 的 相 位 谱 , 但 存 在 以下 几 个 问 题 : 相 邻 频 段 之 间 的 拼 接 易 产 生 畸 变 ; 频段 不 能 太 小 , 否 则 会 引 起 较 为 严 重 的 吉 普 斯 效 应 ;容 易 产 生 较 强 的 高 频 噪 声 。使 用 一 种 称 之 为 谱 模 拟 的 方 法 对 展 宽 频 带 很有 效 果 。 谱 模 拟 以 反 射 系 数 的 振 幅 谱 作 为 期 望 输出 , 对 地 震 记 录 逐 个 频 率 点 进 行 振 幅 谱 的 展 宽 、 拉平 , 并 保 留 低 频 信 号 。 该 方 法 不 改 变 地 震 资 料 的 相位 谱 , 基 本 上 不 改 变 地 震 资 料 的 波 组 关 系 , 不 存 在相 邻 频 段 之 间 的 拼 接 和 吉 普 斯 效 应 , 而 且 引 起 的 高频 噪 声 较 小 。展 宽 、 拉 平 频 带 是 有 限 度 的 。 对 偏 移 剖 面 进 行频 谱 扫 描 , 根 据 各 个 扫 描 频 段 的 信 噪 比 确 定 有 效 频带 的 宽 度 , 确 保 宽 频 的 高 频 成 分 具 有 大 于 1 的 信 噪比 。图 6 中 : ( a ) 是 用 常 规 处 理 得 到 的 偏 移 剖 面 ;( b ) 是 从 叠 前 开 始 应 用 H I R A B 获 得 的 偏 移 剖 面 ;( c ) 和 ( d ) 为 它 们 相 应 的 振 幅 谱 。 图 中 可 见 : 常 规 剖面 的 频 带 为 1 4 ~ 8 0 H z ; H I R A B 剖 面 的 频 带 为1 4 ~ 1 1 0 H z , 低 频 没 有 改 变 , 高 频 拓 宽 了 3 0 H z 。3 H I R A B 的 应 用3 . 1 识 别 断 层不 考 虑 保 幅 、 提 高 信 噪 比 和 保 留 低 频 成 分 的 高分 辨 率 处 理 会 造 成 横 向 分 辨 率 的 损 失 , 具 体 表 现 为断 层 、 断 点 变 模 糊 。 由 H I R A B 获 得 的 高 分 辨 率 地 震资 料 基 本 上 不 存 在 这 样 的 问 题 。图 7 为 胜 利 油 田 常 规 处 理 的 一 条 I n l i n e 方 向 的偏 移 剖 面 和 相 应 的 H I R A B 剖 面 。 显 然 , H I R A B 剖 面 分辨 率 有 所 提 高 , 同 相 轴 连 续 性 变 好 , 断 层 更 清 晰 。易 宗 富 : 保 幅 宽 频 高 分 辨 率 处 理第 4 卷 第 3 期 · 1 7 ·另 外 , H I R A B 在 海 上 三 维 地 震 资 料 处 理 中 也 获 得了 很 好 的 效 果 : 与 常 规 处 理 剖 面 相 比 , 不 仅 大 大 提 高了 资 料 的 分 辨 率 , 使 断 层 / 断 点 更 加 清 晰 、 波 组 强 弱 关系 保 持 不 变 、 地 层 接 触 关 系 变 好 , 也 使 1 4 0 0 m s 以 上地 震 资 料 的 信 噪 比 改 善 、 频 带 拓 宽 。3 . 2 识 别 薄 互 层当 低 频 不 变 时 , 地 震 资 料 的 频 带 越 宽 、 主 频 越高 , 薄 互 层 的 分 辨 能 力 越 强 。 H I R A B 努 力 提 取 有 效高 频 信 号 , 尽 最 大 可 能 展 宽 频 带 。图 8 显 示 的 是 准 噶 尔 盆 地 一 条 I n l i n e 方 向 的 常规 处 理 剖 面 和 相 应 的 叠 后 处 理 的 H I R A B 剖 面 。 与常 规 处 理 剖 面 相 比 , H I R A B 剖 面 在 保 持 原 有 波 组 关系 的 基 础 上 获 得 了 很 高 的 分 辨 率 : 同 相 轴 明 显 增加 , 信 息 丰 富 , 对 薄 互 层 的 识 别 变 得 更 容 易 。 频 谱 分析 结 果 表 明 , 常 规 剖 面 的 频 带 为 1 1 ~ 7 0 H z , H I R A 的 频 带 为 1 1 ~ 1 1 0 H z 。图 9 是 大 庆 油 田 某 三 维 区 块 应 用 H I R A B 方 法识 别 薄 互 层 的 实 例 。 H I R A B 也 是 在 叠 后 做 的 。 从 图中 可 以 看 到 , H I R A B 剖 面 的 分 辨 率 明 显 高 于 常 规 剖面 , 并 且 断 层 清 楚 、 断 点 清 晰 , 更 有 利 于 分 辨 和 解 释薄 互 层 。 频 谱 分 析 结 果 : 常 规 剖 面 的 频 带 为 8 ~ 5 0 H z ,H I R A B 剖 面 的 频 带 为 8 ~ 7 0 H z 。油 气 地 球 物 理 2 0 0 6 年 7 月· 1 8 ·3 . 3 识 别 不 整 合 面图 1 0 是 准 噶 尔 盆 地 某 I n l i n e 线 的 常 规 处 理 和H I R A B 的 对 比 图 。 应 用 H I R A B 的 目 的 是 希 望2 0 0 0 m s 处 的 不 整 合 面 能 够 更 清 楚 一 些 。 处 理 结 果 可见 : H I R A B 剖 面 的 分 辨 率 和 信 噪 比 都 高 于 常 规 处 理剖 面 , 频 带 由 1 3 ~ 5 3 H z 拓 展 为 9 ~ 7 0 H z , 不 整 合 面 的清 晰 度 也 有 了 较 大 改 善 。4 结 束 语( 1 ) 地 震 资 料 高 分 辨 率 处 理 是 一 项 系 统 工 程 ,其 与 相 对 振 幅 保 持 处 理 及 提 高 信 噪 比 处 理 紧 密联 系 。( 2 ) 可 以 认 为 , 保 幅 是 高 分 辨 率 的 灵 魂 , 提 高信 噪 比 是 高 分 辨 率 的 基 础 , 宽 频 是 高 分 辨 率 行 之 有效 的 方 法 。( 3 ) H I R A B 能 拓 展 的 频 带 宽 度 取 决 于 地 震 资料 的 原 始 采 集 频 率 。 野 外 采 集 到 的 有 效 频 带 越 宽 ,H I R A B 可 拓 展 的 频 带 也 越 宽 , 但 不 能 超 过 采 集 频 带宽 度 。( 4 ) H I R A B 能 将 野 外 采 集 到 的 高 频 信 号 提 取出 来 , 这 是 展 宽 频 带 的 基 础 。 即 使 在 叠 后 地 震 资 料上 应 用 H I R A B , 也 可 能 将 频 带 的 高 频 拓 展 1 0 H 。( 5 ) 几 个 油 田 的 实 例 说 明 , 对 现 有 地 震 资 料 进行 高 分 辨 率 处 理 有 很 大 的 潜 力 。参 考 文 献[ 1 ] 李 庆 忠 . 走 向 精 确 勘 探 的 道 路 — —— 高 分 辨 地 震 勘 探 系 统 工 程剖 析 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 1 9 9 3[ 2 ] 俞 寿 朋 . 高 分 辨 率 地 震 勘 探 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 1 9 9 3[ 3 ] 陆 基 孟 . 地 震 勘 探 原 理 . 山 东 东 营 : 石 油 大 学 出 版 社 , 1 9 9 3[ 4 ] 易 宗 富 等 . 共 反 射 面 元 叠 加 技 术 的 应 用 . 新 疆 石 油 地 质 ,2 0 0 2 , 2 3 ( 3 ) : 2 1 7 ~ 2 1 8[ 5 ] 易 宗 富 等 . 三 维 叠 后 去 噪 应 注 意 断 层 保 护 . 新 疆 石 油 地 质 ,2 0 0 3 , 2 4 ( 2 ) : 1 3 6 ~ 1 3 7T h e s e i s m i c d a t a h i g h r e s o l u t i o n p r o c e s s i n g o fa m p l i t u d e r e t e n t i o n a n d b r o a d f r e q u e n c Z o n g - f u ( K e l i P e t r o l e u m e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t C o .L t d , N a n c h o n g , C h i n a )A b s t r a c t : T h e p r o b l e m s w h i c h e x i s t i n h i g h r e s o l u t i o np r o c e s s i n g , s u c h a s s h o r t a g e o f l o w f r e q u e n c y , n a r r o wf r e q u e n c y b a n d a n d a n d u n s m o o t h s p e c t r u m , a r e n o tb e n e f i c i a l t o t h e f i n e i n t e r p r e t a t i o n o f s t r u c t u r e a n d r e s e r v o i ra t p r e s e n t . T h e h i g h r e s o l u t i o n p r o c e s s i n g o f a m p l i t u d er e t e n t i o n a n d b r o a d f r e q u e n c y , t a k i n g t h e p r e s e r v e d a m p l i t u d ea s e m p h a s i s , i m p r o v i n g t h e s i g n a l t o n o i s e r a t i o a s b a s e s ,w i d e n i n g t h e b a n d a s t a r g e t , c o m b i n e s h i g h f i d e l i t y , h i g hs i g n a l t o n o i s e r a t i o a n d h i g h r e s o l u t i o n t o g e t h i g h r e s o l u t i o na n d h i g h s i g n a l t o n o i s e r a t i o , s o i t i s b e n e f i c i a l t o i d e n t i f ys m a l l f a u l t , t h i n i n t e r b e d a n d s u r f a c e o f u n c o n f o r m i t y .K e y w o r d s : p r e s e r v e d a m p l i t u d e , b r o a d b a n d , s i g n a l t o n o i s er a t i o , r e s o l u t i o n , f a u l t , t h i n i n t e r b e d , a n d s u r f a c e o fu n c o n f o r m i t y
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