处理系统反褶积课件

反 褶 积 及 其 应 用 郭 维 婷 2 0 0 7 年 元 月 一 反褶积的基本概念 二 反褶积效果判定标准 三 常用反褶积方法简介 四 影响反褶积效果的因素 五 CGG系统反褶积程序简介 检波器把振动 转换成电信号 人工激发地震波,经地层反射回来后,由 检波器将震动信号转成电信号被仪器记 录下来. 反褶积的基本概念 检波器把振动 转换成电信号 从震源发出的原始地震脉冲在介质中传播时，由于介质对地震脉冲有 滤波作用，并且地层界面使波产生反射和折射，因此，自距震源一定 距离起，脉冲波形便发生变化而与原始波形不同，但在一定传播范围 内其形状甚本保持不变，这时的地震脉冲便称为子波。子波的形状决 定于震源和介质的滤波性质，其频率随传播距离的增大而有所降低， 振幅也逐渐减小。不同的界面各自的子波不同，每一道的地震记录可 以认为是由一系列的子波构成的。子波不仅用于制作理论地震记录， 而且在断层对比和反褶积处理等方面都需要它。 反褶积的基本概念 波阻抗 Z=.V Z1= 1.V1 Z2= 2.V2 反射系数= (Z2-Z1) (Z2+Z1) 地震记录的组成 地震记录 = 反射系数 子波 + 噪音 x(t) = e (t) b(t) + n(t)-去噪音 地震数据采样是由一个子波和反射系数序列 褶积再加上一些随机噪音而构成. 反褶积的基本概念 反射系数时间序列 理想情况下 ，地震记录应该是如上图所示的一系列尖 脉冲。一个尖脉冲代表一个反射界面.即 x(t) = e (t) t e（t）= x(t) 反褶积的基本概念 砂（15m） 砂（15m） 砂（15m） 泥（10m） 泥（10m） 隐 含 深度/时间 速度波阻抗反射系数 子波 地震记录 六个反射系数 与子波褶积 但是 地层 震源脉冲 大地滤波 地震子波b(t) b(t)已变成具有一定时间延迟的波形不能反映 地下某一界面 t t a a 反褶积的基本概念 在普通的地震记录上,一个界面的反射波一般是一 个延续时间为几十毫秒的波形.由于地下反射界面 是相距为几米到几十米的密集层,它们到达的时间 差仅为几毫秒到几十毫秒,因此,在反射地震记录上 它们彼此干扰,难于区分开来. 反褶积的基本概念 反褶积的基本概念 反褶积就是将地震波形消除 以得到反射系数的过程。也就是 说通过压缩地震记录中的基本子 波、压制交混回响和短周期多次 波给出地下地层反射系数序列， 从而提高时间分辨率 。目的是将 震源波形压缩为一个零延迟脉冲 ，以便能分辨可靠的很近的反射 同相轴。 反褶积的关键作用是提高分辨率. 激发接收条件不同及近地表结构的变 化会引起子波的空间变化,反褶积的另 一个重要作用是将子波统一. 海上勘探震源的混响和检波器的鸣震 要通过反褶积来压制,这是反褶积的第 三个作用. 由于受各种各样条件的影响,反褶积不可能达到 求取反射系数的目的,只能一定程度上压缩子波, 从而达到提高分辨率的目的. （据李庆忠） 不同带通相位子波对下伏不同带通相位子波对下伏 砂泥岩互层的反射波型砂泥岩互层的反射波型 原 始 剖 面 反 褶 积 后 剖 面 x(t) = e (t) b(t) 设计一个算子c(t),使c(t) b(t) =1,那麽 x(t) c(t) = e (t) c(t) b(t) = e (t) c(t)叫反褶积因子,它是b(t)的逆.求出c(t) , 把它与地震记录x(t) 褶积,就可求出反射系 数. 怎样实现 将 x(t) = e (t) b(t) 转换到频率域 X(F)=E(F) X B(F)-傅立叶变换 找一个C(F)使 C(F) X B(F) = 1 X(F) X C(F) = E(F) X B(F) X C(F) = E(F) C(F)则为频率域反褶积算子 C(F)-反傅立叶变换c(t)则为时间域反褶积 因子 怎样实现 怎样求反褶积因子c(t)呢? 我们知道, c(t)是地震子波b(t) 的逆,知 道了b(t) ,那c(t)也就知道了.大多数情况下 , b(t) 并不知道,(海上资料可知,这时的反 褶积我叫确定性反褶积)通常我们通过计算子 波的自相关来推导b(t),这种方法也叫统计性 反褶积.通常认为子波的自相关与地震记录的 自相关一致.这是反褶积运算的假设条件之一 . 怎样实现 一 反褶积的基本概念 二 反褶积效果判定标准 三 常用反褶积方法简介 四 影响反褶积效果的因素 五 CGG系统反褶积程序简介 反褶积效果判定标准 定量分析 1.地震记录的自相关 2.地震记录的频谱 定性分析 1.炮集记录分析 2.叠加剖面分析 图1-1 我们分析图1-1中的a,b两组波形。很容易看出 a 组中的两个波形不相似, b组中的两个波形 很相似。 自相关函数 图1-2 1)、一个任意波形X(t)，它的自相关函数xx() 的图形xx()这里 是移动时间，在=0时，有正的最大值。因为自己最相似 所以 xx()最大值。 2）、自相关函数的图形是以xx() 轴为对称的。即xx()= xx(- ) 。 3）、当趋于+时候， xx()趋于0。因为波形长度是有限 的，它们相对时移越大，重叠部分越少。当它们没有重叠 部分的时候xx()就等于0。 自相关函数 不同波形的自相关函数是不同的：有些波形相互稍微移动就 不相似了；有些波形随着相互移动的增大相似性慢慢减小；有 些波形的相似性随着相互移动的增大而周期性的出现，而这种 周期性和波形本身的周期性是相同的，这样，就说明X（t）的 自相关函数中包含着关于X（t）的频率成份的信息。这是自相 关函数非常重要的性质。 地震波的频率高-自相关函数极值部就窄 地震波的频率低-自相关函数极值部就宽。 * 图1-3 自相关函数 存在虚反射时地震记录的自相关特性 当地震记录内包含虚反射时，记录上一次反射与虚反射相隔时间是有规律的 而不是随机的。图1-4a所示，记录道上有四个一次反射。在每个一次反射后 面相隔tg时间就跟着一个虚反射。这样一个包含虚反射的自相关函数的图形 如1-4b所示。分析这个图形可以看出： 图1-4b 图1-4a 图1-4虚反射的产生 自相关函数 1）、自相关函数中心极大值两侧还有由虚反射形成的次极值xx(-tg)和 xx(+tg)。这点可以定性的说明：在每个一次反射后面相隔tg时间都跟 着一个虚反射。这样在计算自相关函数过程中，当相对时移 = tg时， 固定波形中的每一个虚反射的波形正好同移动波形中的一次波波形重合 。这样就会在自相关函数曲线上出现次极大值。当我们在一个地震记录 道的自相关函数曲线上发现这种对称的次极值，就可以断定有虚反射存 在。虚反射是多次波的一种。 2）、中心极大值到两侧次极值的时间间隔，代表虚反射相对于一次反 射波的延迟时间tg。 根据上面的分析，通过一个地震记录道的自相关函数曲线就能够帮助我 们判断记录中是否含有虚反射和多次波。这样，就可以为我们消除虚反 射提供了虚反射与一次反射波的时间差tg。 tg是值为消除虚反射 提供了依据。 图1-4b 自相关函数 单炮反褶积自相关 单炮没有反褶积自相关 单炮没有反褶积自相关 单炮反褶积自相关 不同预测间距自相关 Gap=8Gap=0Gap=12Gap=16Gap=20Gap=24Gap=28 频谱分析 反褶积后的结果是拓宽频带，而不只只是 提高高频 反褶积前频谱反褶积后频谱 时窗:600-1600ms 时窗:1600-3000ms时窗:1600-3000ms 时窗:600-1600ms 时窗:3000-4200ms时窗:3000-4200ms 频谱分析 叠前反褶积前后深层频谱分析对比 原始频谱 叠前反褶积频谱 频谱分析 不同预测间距频谱分析 gap=0gap=8 gap=16 gap=12 不同预测间距频谱分析 gap=20gap=16 gap=28 gap=24 反褶积前单炮反褶积后单炮反褶积前道集反褶积后道集 单炮分析 单炮分析 Gap=0Gap=8 Gap=12Gap=16 单炮分析 Gap=20 Gap=24 单炮分析 单炮分析 Gap=28 Gap=24 叠加分析 反褶积前叠加剖面反褶积后叠加剖面 反褶积前叠加剖面反褶积后叠加剖面 叠加分析 Gap=0 Gap=8 叠加分析 叠加分析 Gap=16 Gap=12 Gap=24 Gap=20 叠加分析 Gap=28 叠加分析 Gap=24 一 反褶积的基本概念 二 反褶积效果判定标准 三 常用反褶积方法简介 四 影响反褶积效果的因素 五 CGG系统反褶积程序简介 脉冲反褶积 预测反褶积 地表一致性反褶积+预测反褶积 常用反褶积方法简介 目前大港地区最常用的反褶积是预测反褶积,和地表 一致性反褶积加预测反褶积,其目的是压缩子波,从而提高 时间分辨率。前者对压制长短周期多次波效果较好,后者 先调整子波一致性,然后再提高分辨率.从理论上讲,当预 测反褶积的预测间隙等于采样率时,就等价于脉冲反褶积 。 这类处理的目的是提高资料的分辨率和信噪比。 常用反褶积方法简介 脉冲反褶积 将地震子波压缩为零延迟脉冲的过程成为脉冲 反褶积。主要功能是提高分辨率。 脉冲反褶积它的希望输出d（t）是一个尖脉 冲，即 b是地震记录 a是反褶积结果 脉冲反褶积 预测反褶积是为了消除长短周期的多次波 及混响对一次波的影响。做法上是根据一 次波去预测多次波及混响，然后从地震数 据中消除掉。 预测反褶积 也就是说： 给定一个n+个样点的输入子波，用长度 为n、预测步长为的预测滤波器作预测反 褶积能将此子波转换为另一个长度为的子 波。 这里 n 就是算子长度， 为预测步长。 预测反褶积 具体做法是： 第一步：预测时间以后的波形信号。 第二步：从信号中减去预测的信号。 积预测反褶 消除长周期的多次波,预测步长不易准确地确定,使用效果往往不 好,要采用其他方法.对于薄互层混响及层间多次,预测步长一般较 短,用预测反褶积的方法来消除它们的影响,其效果是明显的. 积预测反褶 地表条件的变化，对地震波的影响不仅仅是造成 到达时间的延迟，它对波的振幅特性和相位特性 均有改变，地表一致性反褶积是按地表一致性原 理从地震资料中统计求取反褶积因子的一种方法. 它分别从炮点,检波点,共中心点和共偏移距点几个 域中统计并计算反褶积因子,消除了地表的影响， 使子波形态及能量分布更趋于一致，同时可以使 深层资料的信噪比有所改善；然后再应用对子波 压缩作用较好的预测反褶积，进一步提高纵向分 辨率。 地表一致性反褶积 x(t) = e (t) b(t) + n(t) x(t)=e（t）s（t） r（t） d（t） m（t） s（t）， r（t）， d（t）, m（t）分别是与炮 点、检波点、炮检距、共中心点有关的子波 分量。 地表一致性反褶积 第一步:谱分析阶段 从地震数据道中得到一个 合适的功率谱(子波的振幅谱).单道计算. 第二步:谱分解阶段 对每一道都求得振幅谱分 量. 第三步: 谱平滑阶段 第四步: 应用阶段 地表一致性反褶积 地表一致性反褶积前后自相关图 地表一致性反褶积前后频谱 前 后 串联反褶积 地表一致性反褶积后,消除了地表的影响，使子波 形态及能量分布更趋于一致.但这种方法压缩子波, 消除虚反射和层间多次方面均不如预测反褶积效 果明显.因此 地表一致性反褶积 + 预测反褶积 目的层 串联反褶积前自相关串联反褶积后自相关 浅层浅层 深层 深层 串联反褶积 预测反褶积 地表一致性+预测反褶积 串联反褶积 T800ms-1200ms 预测反褶积串联反褶积后 串联反褶积 反褶积主要参数说明 主要参数包括: 1、自相关及反褶积应用时窗的选择 2、 算子设计-算子长度、预测距离、白噪 系数 1、计算时窗与应用时窗一一对应，按地层沉 积年代、地震波特征来选取，但计算时窗 应用时窗， 2、选多个时窗，计算时窗不重叠；应用时窗 要重叠，且覆盖整个数据。 3、计算时窗避开记录的强直达波和折射波， 也要避开信噪比低的区。 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 方法一 计算时窗和应用时窗 方法二 计算时窗和应用时窗 方法三 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 计算时窗和应用时窗 方法三方法一 4切除库叠加1切除库叠加 计算时窗和应用时窗 自相关函数截取的长度。一般选择在 80ms-320ms之间，太小没效果，太 大浪费时。并且达到一定大小，反褶 积效果不明显。 大港地区一般为120ms-160ms。 算子长度 预测距离 预测距离控制着反褶积压缩地震子波的 程度，即反褶积后地震子波有一个不 短于预测距离的脉冲宽度。此值越大 反褶积效果越小。 预测间距、算子长度估计 反褶积因子的频谱是子波频谱的的逆,如果子波频 谱在某些频率上出现零值,会使子波不收敛.在自相 关函数上加上白噪后，会使反褶积因子收敛快且 稳定，但反褶积效果变差。此值越大，压缩子波 越轻。经验值0.1%-5%。信噪比高的资料加少的 白噪。 白噪系数 白噪系数 一 反褶积的基本概念 二 反褶积效果判定标准 三 常用反褶积方法简介 四 影响反褶积效果的因素 五 CGG系统反褶积程序简介 反褶积模型的假设条件： 1、地球是由常速水平层状介质组成的。 2、震源产生的平面纵波法向入射到地层的 界面上，不产生横波。 3、震源波形具有平稳性。 4、噪音成分为零。 5、震源波形已知。 6、地震记录具有子波的特征。 7、地震子波是最小相位。 影响反褶积效果的因素 假设三:震源波形具有平稳性 当地震波进入地层传播时,由于波前扩散- 振幅降低; 岩石吸收-频率衰减,这样使震源 波形不具有平稳性.尽管我们做了几何扩散 补偿,有时做了反Q滤波,都满足不了反褶积 算法的假设条件,势必影响反褶积效果. 假设三:震源波形具有平稳性 假设4噪音成分为零 随机噪音对反褶积算子的影响某种程 度上类似于预白的影响 假设4噪音成分为零 假设4噪音成分为零 反褶积前滤波 反褶积后滤波 假设4噪音成分为零 反褶积前滤反褶积后滤波 最小相位假设完全是为了适应计算上 的假设,能保证反褶积算子(子波的逆) 的稳定性.这意味着滤波器是个有限的 量.而实际记录往往不是最小相位. 假设7地震子波是最小相位 通常认为，炸药震源产生最小 相位子波；气枪震源产生混合相位 子波 ；可控震源产生零相位子波。 但震源子波经大地滤波到达检波点 已不具备这种性质. 最小相位子波 混合相位子波 最大相位子波 假设7地震子波是最小相位 假设7地震子波是最小相位 假设7地震子波是最小相位 最小相位后 最小相位前 假设7地震子波是最小相位 最小相位后 最小相位前 假设7地震子波是最小相位 最小相位后最小相位前 假设7地震子波是最小相位 最小相位后最小相位前 单道和多道问题 单道多道 实际上地震波从激发到接受下来，经过了不 少的滤波过程，因此地震数据可视为一系列的响 应函数褶积而成。如果把地震数据仅视为子波与 反射系数序列褶积，那麽子波的概念是一个各滤 波总体的响应。在处理过程中，一种方法只能消 除某一个或几个滤波器的影响，反褶积以后，其 输出仍保留有剩余子波的影响，分辨率仍然受到 限制。从这个意义上讲，处理的过程只能是把原 始数据的有效频带展宽到一定程度，而这种展宽 是要受原始数据频带宽度约束的。另一个不可忽 视的因素是，数据中噪音成分的存在不仅抑制各 种反褶积方法功能的实现，而且在反褶积过程中 ，噪声成分还会被放大，使数据的信噪比降低， 这是我们不希望看到的。 一 反褶积的基本概念 二 反褶积效果判定标准 三 常用反褶积方法简介 四 影响反褶积效果的因素 五 CGG反褶积主要程序简介 DECSC 地表一致性反褶 DECON 脉冲反褶积 TRITA 预测反褶积 MCDEC 多道预测反褶积 CGG反褶积主要程序 DECS