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时空变域倾角滤波方法软件操作手册一、前言Seismic data acquisitionSeismic data processingFeed backData inputSeismic geology interpretationFeed backProcessing Result图1 地震数据处理的功能示意图地震勘探是石油勘探极为重要的一种勘探方法，而F-K域倾角滤波又是地震勘探的重要环节，一方面，F-K域倾角滤波通过对采集资料的实时处理和分析实现对野外地震采集资料的质量监控、参数的优选等，另一方面，通过对地震资料的各种处理应用于资料解释。叠前F-K域倾角滤波中，为了克服常规滤波方法如滤波等多道处理的混波、假频等缺陷，我们采用域滤波方法提取记录噪音初始模型，根据原始记录与噪音模型的差值结果对原始噪音模型进行加权处理，使合成噪音更加接近记录中的真实噪音，最终采用减法，从记录中减去合成的噪音以达到滤波目的。通过对叠前线性噪音的实际压制应用与分析，得到了较为满意的处理效果。二、系统硬件的构成时空变F-K域倾角滤波过程时将野外采集的原始地震数据转换成F-K域倾角滤波系统的内部数据格式并通过一系列的F-K域倾角滤波流程的处理实现对地震数据的分析和质量监控并最终提供处理成果，如叠加剖面等。要实现上述功能，F-K域倾角滤波必须包括两个部分：F-K域倾角滤波软件系统和硬件系统。Processing result output and displayField seismic datatape driverPeripheral equipment Processing computerData inputPlotterPrinter图2 地震数据处理系统的硬件组成F-K域倾角滤波系统的硬件主要实现原始地震数据的输入、应用各地球物理功能模块对地震数据的处理、F-K域倾角滤波成果的输出。针对上述功能的定义我们可将F-K域倾角滤波系统的硬件可分为外设和主机，外设主要包括磁带机、绘图仪和打印机等，它们实现原始地震数据的输入、分析处理成果的输出。主机实现对地震数据的各种运算和处理。三、软件的基本流程和功能在F-K域倾角滤波过程中，主要可包括为三个部分：叠前、叠加和叠后处理，叠前处理主要包括预处理、反褶积处理、叠加速度分析和动校正。而预处理主要包括野外带解编、观测系统定义及检查、道编辑、振幅恢复、噪音衰减和静校正以及在各处理流程中对地震采集数据的分析和质量监控。下图为的基本流程和对应的功能介绍：Field Seismic Data InputTrace Edit/Frequency Band Scan/Spectrum analysis/Energy analysisDefine Geometry输入原始地震数据并转换数据格式、检查磁带和班报通过对原始地震数据的频带、频谱、能量的分析，以及对原始地震数据的检查和编辑实现对地震采集数据的质量分析和监控定义炮、检点的空间位置和关系并计算CMP点的空间位置及与各地震数据道的关系、覆盖次数等Load Header将炮、检点及CMP点的空间位置以及与地震数据道对应关系等信息置入相应地震道头供进一步的处理Geometry QC检查观测系统，如炮点的位置、对应的排列是否正确等。如应用LMO检查炮点与接收排列的对应关系True Amplitude Recover消除几何扩散造成的深层地震反射波能量的衰减Statics Correction消除因地表起伏、低降速带厚度、速度的变化造成的地震波旅行时差De-convolution通过压缩地震子波提高地震数据的垂向分辨率Velocity Analysis根据水平层状、各向同性模型求取叠加速度。NMO消除因炮检距变化而引起的地震反射波旅行时差获得零偏移距CMP道集CMP Stack在动校正的基础上将同一CMP道集内的地震数据道相加获得CMP叠加道Migration在地层倾斜情况下，将共中心叠加道移至真实的反射点，反应真实的地下构造Band-pass Filter 消除高、低频噪音AGC地震数据能量均一化Trace Display处理成果显示、输出通过上面的介绍，我们对地震数据的有了基本的概念和认识，下面我们针对其中的重要处理流程和概念做进一步的介绍：1、 Geometry QC地震观测系统的正确与否是F-K域倾角滤波是否正确的关键，最经典也是最常用的观测系统检查方法-线行动校正（LMO）就是在地表条件一致性条件下（也就是相邻点的表层结构一致）消除炮检距造成的折射波旅行时差，形成零偏移距道集，检查炮点与对应排列。如炮点位置及对应排列正确，则相邻炮之间、同一炮集内不同接收排列之间具有相同的折射波初至时（在理论意义下各接收道折射波初至时为零），否则该炮集对应观测系统有误。下图所示为线行动校正的实现过程和理论计算公式：T=X/V (T为折射波初至时、X为偏移距、V为折射波速度)LMO图3 线行动校正计算公式与实现过程2、 Statics correction（静校正）图4 Spatial frequency spectrumAKLong wavelengthshort wavelengthKLL:length of spreadReflect layerSurfaceWeatheringBase of weatheredCDPSSSRRR静校正就是消除由地表起伏和表层结构变化造成的反射波旅行时差，图4所示为共CDP道集模型，该道集内各地震道反射波旅行时差包含两个部分。一部分为地表起伏和表层结构变化引起的时差-静校正时差，该时差与炮检距无关只与炮、检点空间位置有关，我们通过静校正消除该时差，另一部分为正常时差，该时差由炮检距不同引起，我们通过动校正消除，这部分我们将在后面叙述。静校正分为长波长校正（低频校正、基准面校正）和短波长校正（高频校正），如图4静校正量空间频率谱所示，当静校正量在空间范围内的变化率小于一个排列长度时称为短波长静校正量，它影响剖面的叠加效果，必须在叠前消除，而当静校正量在空间范围内的变化率小于一个排列长度时称为长波长静校正量，它不影响剖面的叠加效果而影响叠加剖面的构造形态，我们在叠后加以消除。图5为短波长静校正示意图，而图6为长波长静校正示意图。xtxtStack sectionxtCorrectionDesired sectionFinal sectionReflect EventReflect Event图6 长波长静校正示意图xtxtT-X curveDesired curveDistorted curveBefore static correctionAfter static correction图5 短波长静校正示意图3、 反褶积（De-convolution）在反射地震勘探法中我们假设地震记录为地震子波与反射系数序列的褶积（Convolution）并加上环境噪音，反褶积的过程是从地震纪录中提取子波（如自相关等）与地震记录进行反褶积运算，从理论上讲，经过反褶积运算后在没有噪音的情况下我们将得到结果为地震反射系数序列，对于实际的地震数据将压缩成近似于地震脉冲，从而提高地震数据的垂向分辨率。图7为地震反射褶积模型公式和反褶积公式：s(t)=w(t)*r(t)+n(t) (1)r(t)=s(t)*w(t)-1 (2) 图7 地震褶积模型与反褶积公式4、 动校正（Normal moveout correction）与叠加（Stack）图9 Model of reflection traveltimes curvertt2=t02+x2/v2图8 Common midpoint model共中心点叠加和多次覆盖技术是地震勘探和F-K域倾角滤波中非常重要的技术，图8为共中心点模型，当反射层为水平且反射层以上的介质为水平层状介质时，共中心道集与共反射点道集一致而且共中心点道集内各道的的反射波旅行时与地震道偏移距的关系曲线为双曲线，而动校正正是以此为假设按双曲线公式消除偏移距造成的反射波旅行时差得到零偏移距的共中心反射道集，叠加则是在动校正消除正常时差的基础上对共中心点道集内的地震道求和得到共中心叠加道。图10 动校正前CMP道集图11 动校正后CMP道集图9为共中心道集反射波旅行时时距曲线模型，对于共中心道集内的任何一个地震数据道，其反射波旅行时可分解两各部分，零偏移距反射波旅行时t0和与偏移距有关的反射波旅行时正常时差x/v，动校正就是消除正常时差x/v得到零偏移距共中心道集。图10和图11分别为动校正前后CMP道集，通过动校正后正常时差得到消除，反射同相轴水平。图12为共中心点叠加实现的过程示意。5、 偏移（Migration）图13为倾斜反射地层的叠加模型，其中S为炮点、R为接收点、M为共中心点，经过动校正和共中心点叠加处理后我们得到与真实反射点R0具有相同反射波旅行时的点R1的叠加数据，该点并不是倾斜低层的真正反射点，而是假设的水平地层R的假设反射点，偏移就是将R1点移至真正的反射点R0，反应真实的地下反射和地层构造形态。四、通用F-K域倾角滤波系统简介SRMR0R1Reflect LayerR图13 倾斜地层叠加模型t0t0Stack图12 叠加处理实现过程示意图目前，我们常用的F-K域倾角滤波系统主要有：OmegaF-K域倾角滤波、ProMAXF-K域倾角滤波系统、Geovecteur（Geocluster目前最新版本）F-K域倾角滤波系统和GRISYSF-K域倾角滤波系统等。下面我们对这些F-K域倾角滤波系统做一下简单的对比和介绍。OmegaF-K域倾角滤波系统是由Western GeoCo研制和开发的大型F-K域倾角滤波系统，包括常规的二维、三维处理以及多波、AVO、叠前深度偏移等F-K域倾角滤波子系统，具有完整的F-K域倾角滤波功能，可实现对不同地震数据的处理。该系统主界面由一个交互的主控界面组成，在该界面上选择的命令按钮调用相应的程序，包括交互地震作业编辑、交互地震数据显示（DDI）、交互速度拾取（VIP）、应用SPS文件交互定义观测系统（IGP）和交互Radon变换等，图14为OmegaF-K域倾角滤波系统的交互地震作业编辑和发送界面。该系统的特点是F-K域倾角滤波功能齐全、处理能力强、界面较为友好、交互能力较强，可以在DDI中实现对地震数据的分析、编辑、反褶积时窗的拾取和处理参数试验等并将试验结果生成地震处理作业，但是该系统数据结构和地震作业、地震图14 Omega系统交互作业编辑和运行界面流程组织界面参数编辑界面数据的管理相对较为复杂，模块参数的填写复杂。地震作业编辑、发送命令菜单参数说明模块参数区联机帮助模块列表、调用区地震作业编辑窗口作业队列窗口图15 交互地震作业编辑、运行界面ProMAXF-K域倾角滤波系统是由Landmark公司研制开发的完整的F-K域倾角滤波系统，该系统以SUN、IBM等工作站和并行机、PC Cluster和UNIX、Linxu操作系统为平台，包括二维、三维、VSP、AVO、多波、PSDM和四维F-K域倾角滤波等，该系统拥有友好的交互用户界面、先进的数据结构、出色的地震数据质量监控和交互处理能力，地震作业、地震数据、参数表和地震数据库在统一的界面下管理，地震数据的显示、编辑、参数对比、各种时窗的拾取在同一个界面中实现。该系统当然也存在不足之处，作为系统开发的F-K域倾角滤波系统，虽然经过多年的发展，系统的处理功能得到了很大发展和完善，但处理功能模块相对较少，尤其是叠前去噪和叠后修饰功能不够灵活且较弱，图15为ProMAXF-K域倾角滤波系统的交地震作业编辑界面。图16Geovecteur系统主界面和交互地震作业编辑界面Geovecteur（Geocluster目前最新版本）F-K域倾角滤波系统是由法国CGG公司研制和开发的F-K域倾角滤波系统，该系统以UNIX和Linxu操作系统和SUN、IBM工作站和并行机或PC Cluster为平台，具有完整的F-K域倾角滤波功能，包括二维、三维以及PSDM等。在噪音压制、静校正等方面具有一些特色模块，如线线性噪音压制模块SIEVE、自动剩余静校正模块SATAN、偏移模块WEMIG、叠前部分偏移模块DMOSTK和模型化处理等，具有交互地震作业编辑、发送以及交互速度拾取、交互定义切除参数等交互功能，但数据和地震作业的管理能力差，交互处理能力较弱，虽然地震作业、地震数据及数据库存放在地震工区目录下的不同目录中，但无法实现在同一界面对地震共区、测线、地震作业、地震数据及各种参数表和地震数据库的管理。图16 为GeovecteurF-K域倾角滤波系统的主界面和交互地震作业编辑界面图17 GRISYS系统主控界面和交互作业编辑界面GRISYSF-K域倾角滤波系统为东方地球物理公司自主研制和开发的F-K域倾角滤波系统