三维地震资料叠前连片处理技术

1、三维地震资料叠前连片处理技术    1引言地震资料连片拼接处理技术对需要连片的地震数据有较多的要求。当地震数据的前提条件能较好满足连片要求时,便能得到满意的拼接效果。在以往地震资料采集时,由于受地质勘探目标、经济能力、勘探技术、勘探周期等因素的影响与制约,相邻区块间地震数据往往不能满足连片拼接前提条件,势必给后来的拼接处理造成困难。东方地球物理公司研究院海外业务部拉美数据处理中心(ADP)的处理人员,通过大量试验、分析、攻关,在综合软件环境下形成并采用了一套系统的连片拼接处理技术,该技术在三个不同大区块的三维地震资料连片拼接处理中获得了成功,取得了良好的

2、拼接效果。本文对这些实际连片拼接处理中取得的经验和认识进行归纳总结,以飨读者。2三维连片处理技术由于不同区块的地震数据采集年度不同、所采用的仪器、观测系统、施工参数(如采集仪器、震源类型、药量、井深、激发组合和接受组合等)和采集时的地表不同,导致不同区块的地震数据在观测系统和覆盖次数、面元大小、方位角、频率、相位和极性、各区块间的时差、原始数据品质、相邻区块间的重叠段长短以及重叠段的信噪比等方面存在差异。为了更好地消除这些差异,一般连片拼接处理可以分为三个步骤:首先是在各个单区块内,分别根据各区块地震数据特征,针对性地定义网格,进行最小相位化、叠前去噪、球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿、地表一

3、致性反褶积和地表一致性剩余静校正处理。利用单块内原始面元网格的优势,在合理统一处理参数的前提下,采用系列地表一致性处理,依次消除因地表因素造成的振幅不均衡、子波不一致、区域性的剩余静校正时差的影响,提高单区块地震资料的信噪比,为区块间的匹配整合奠定基础。其次进行匹配滤波和地震数据整合。通过在不同区块拼接处的水平叠加剖面上求取匹配滤波算子,将所得滤波因子应用于叠前地震数据,经过此项处理后,不同区块拼接处的叠前地震数据的振幅、频率和相位都能得到较好的匹配,深浅层的反射波数据都能达到无缝拼接。最后进行地震数据拼接整合后的处理。当数据拼接完成后,可以继续开展地表一致性振幅补偿、预测反褶积、全区统一速度

4、分析、地表一致性剩余静校正和面元均化处理。这样可以进一步均衡区块间的振幅差异、提高分辨率和消除整个区块的剩余静校正时差。应用面元均化技术,可以均化CMP面元中的炮检距分布,消除覆盖次数不均匀的现象,填补由于炮检距变化形成的浅层缺口和面元大小变化及方位角变化形成的空道。当面元均化不能较好地解决覆盖次数横向剧烈变化,而导致叠前偏移结果出现严重画弧时,可使用基于覆盖次数的振幅调节技术(图1)。以下重点介绍流程中几项处理技术。图1三维叠前连片拼接基本流程图2.1全区网格统一定义当不同区块的检波点线方向或CMP网格尺寸不相同时,为了保证全区的统一拼接,经详细统计和分析后,需要进行全区网格统一定义。新面元

5、的大小和新Inline线的方位角是全区网格定义时的两个重要因素。一般情况下,新面元大小和Inline线方位角的选取,要尽可能地与单区块资料中占绝大多数的相应参数保持一致,同时要保证连片处理后地震资料的信噪比和分辨率。当单块的原始资料的面元及方位角存在很大差异时,必须通过参数试验选取有利于完成地质勘探目标的相应参数。面元大小的选取与覆盖次数密切相关,当中心点密度不变时,信噪比与面元面积成正比,面元面积越大信噪比越高。同时,面元大小的确定通常要考虑勘探目标的大小,避免产生空间假频和满足横向分辨率要求。为了确保对目标体的识别,避免产生空间假频,至少能保证在Inline和Crossline两个方向的目

6、标范围内都有23个叠加道。面元边长的选取能保证在优势频率的波长内有2个以上的道。方位角的选取主要考虑连片整体勘探目标的走向,与原采集方位角有可能不一致,因为连片拼接处理的勘探目标很可能与原采集的勘探目标不一致。2.2全区统一静校正量计算采用折射和层析静校正量综合计算技术,计算全区统一的静校正量。首先运用折射静校正计算方法,求取一个全三维区块的近地表速度模型,监控应用折射静校正量后的叠加剖面的质量。如果折射静校正量能基本满足静校正的要求,则将该近地表速度模型作为计算层析反演静校正量的初始速度模型,此时即可对近地表结构划分成高度密集的速度单元,遵循费马原理计算旅行时,反演近地表速度模型,再通过迭代

7、获得最终的近地表速度模型,进而计算层析静校正量。因为层析反演可以描述复杂的速度场,能够较好地解决长波长问题,避免假构造,更有利于识别低幅度构造。将统一计算的静校正量分解为低频分量和高频分量,在单块地震资料速度分析前,只应用高频分量。采用全区统一静校正量计算,可以避免由于不同区块单独计算的静校正量带来的拼接处校正量不一致的时差问题和边界效应。2.3全区统一的速度场建立由于连片区域面积大,速度场变化大,因此需要建立全区统一的速度场。在全区统一网格的基础上,根据地下地质构造和拼接带的分布,确立全区统一的速度分析点,统一控制全区的构造变化。速度分析的网格通常由大变小,个别地方适当加密,从纵、横向和速度

8、时间水平切片上监控速度场变化趋势,并利用速度谱、超道集和小叠加段精确拾取速度,确保最佳成像。2.4叠前噪声压制针对地震资料的噪声类型,对叠前数据采用区域滤波、自适应噪声压制、高能干扰分频压制、单频噪声压制、去野值和自动道编辑等噪声压制处理技术。叠前噪声压制应在单区块内完成,这样便可在避免伤及有效波、保持良好的波组特征的前提下,有效提高地震资料的信噪比,为提高速度分析精度和求取匹配滤波算子打下良好的基础。2.5球面扩散补偿由震源激发产生的总的弹性能量是一定的。当地震波在地下介质中传播时,由于波前面随着传播距离的增大而不断扩大,使波前面上单位面积的能量密度不断减小,能量发散因子数学表达式为Ddc=

9、v0v2t(1)式中:Ddc为发散因子;v0为深度等于零的速度;t为时间;v为均方根速度。通过应用球面扩散补偿能消除波前发散对反射振幅的影响,其补偿增益函数为发散因子的倒数。三维连片拼接处理应选取合理的全区统一的区域速度做球面扩散补偿。2.6地表一致性振幅校正为了消除地表因素对地震反射振幅的影响,必须对地震异常道进行校正剔除。根据地表一致性假设条件,i点激发,j点接收的地震道在时窗L范围内的振幅因子可表示为Aij= Si·Rj·Gk·Mh·Cm(2)式中:Si为与炮点i有关的振幅分量;Rj为与接收点j有关的振幅分量;Gk为与共中心点的位置k有关的振幅分量

10、;Mh为与炮检距h有关的振幅分量;Cm为与第m个记录通道有关的振幅分量。将式(2)取对数,得lnAij=lnSi+lnRj+lnGk+lnMh+lnCm(3)设A'ij为振幅因子的观测值,它是通过求记录的道均衡因子的倒数得到。令E =ij(lnAij-lnAij)2(4)为使式(4)达到最小,分别求S、R、G、M和C的偏导数,并令 E S= E R= E G= E M= E C=0(5)应用高斯赛德尔迭代法求解出5个振幅因子分量,然后再将其代入式(2)得到振幅因子Aij。校正比项是Aij与Aij之比。针对炮点项、接收点项、通道项和校正比项,选取相应的门槛值。在此基础

11、上,对保留下来的各道记录,用相应的校正比项的值做振幅校正,从而完成地表一致性振幅校正处理。在做球面扩散补偿时,由于所应用的均方根速度误差可能引起各道振幅的差异,均方根速度与波至时间和炮检距有关,因此把这部分振幅分量的变化归于炮检距项。经过地表一致性振幅校正处理后,CMP道集上振幅随炮检距的变化均匀,突变减少,振幅异常已被消除。2.7地表一致性反褶积地震记录的褶积模型可以表示为x (t) = w (t)*y(t)+n(t) (6)其中:x (t)为地震记录;w (t)为地震子波;y(t)为反射系数,n(t)为附加的噪声。根据地表一致性假设条件,对于炮点为i,接收点为j的道记录地震子波,用下式表示

12、wij= si(t)*rj(t)*g(i+j)/2(t)*m(i-j)(t) (7)其中:si(t)是与炮点位置i有关的子波分量;rj(t)是与接收点位置j有关的子波分量; g(i+j)/2(t)和m(i-j)(t)分别是与共中心点位置和共炮检距有关的子波分量。将式(7)做傅里叶变换后得到W() = S()·R()·G()·M() (8)假设输入子波为最小相位,只考虑振幅谱。将振幅谱部分取对数得lnAij=lnAs+lnAr+lnAg+lnAm(9)为了估算Aij,设lnAij为观测子波对数振幅谱,即输入地震记录道的对数功率谱,将它作为已知条件,根据最小平方法则,

13、令E =ij(lnAij-lnAij)2(10)应用高斯塞得尔迭代法,通过式(10)估算出子波的四项分量As、Ar、Ag和Am,进而导出各项反褶积因子。再对每道记录分别用各项的反褶积因子处理,完成地表一致性反褶积处理。2.8地表一致性剩余静校正地表一致性剩余静校正与地表一致性振幅校正和地表一致性反褶积的基本算法都是一致的。所不同的是地表一致性振幅校正计算的是振幅因子分量,地表一致性反褶积计算的是子波分量,而地表一致性静校正计算的是剩余时差分量。经过野外一次静校正和动校正后的地震道集剩余时差用五个分量表示,其表达式为tij= Si+Rj+Gk+Mk·x2ij+Dk·yij(1

14、1)式中:tij为炮点为i接收点为j的地震道剩余时差;Si和Rj分别是炮点和接收点的剩余时差分量;Gk为第k个CMP道集相对第一个道集因地层起伏引起的双程旅行时差分量;Mk·x2ij是第k个道集中炮点为i接收点为j的记录道剩余动校正量,且Mk是剩余动校正量因子,xij是炮检距;Dk·yij是第k个道集上反射点垂直偏离测线所引起的时差,其中Dk为横向倾角因子,yij为反射点垂直偏离测线的距离。通过与地表一致性振幅校正类似的算法可以实现五个时差分量的分离,用分离出的炮点和接收点剩余时差分量对相应地震道做静校正。2.9匹配滤波为了能够求取稳定的匹配滤波算子,采用在不同区块拼接处的

15、水平叠加剖面上求取匹配滤波算子,再将所得滤波因子应用于叠前地震数据。经过此项处理后,不同区块拼接处的叠前地震数据的振幅、频率和相位都能得到较好的匹配,深浅层的反射波数据均能达到无缝拼接。在不同区块拼接处的叠加剖面上,选取CMP号相同、具有较高信噪比的数据段叠加道,即xi(t) (i =1,2,N)zi(t) (i =1,2,N)(12)其中:N为叠加段的道数;xi(t)、zi(t)为两个不同区块的第i个叠加道。设计一个匹配滤波算子mi(t)作用于叠加道xi(t),使xi(t)经匹配滤波后逼近叠加道zi(t)。假设匹配滤波器的实际输出xi(t) mi(t)与期望输出zi(t)的误差为ei(t),

16、则有ei(t) = xi(t)mi(t)-zi(t) (13)误差总能量为E =ie2i(t) (14)应用最小二乘法原理,令误差总能量E对mi(t)的偏导数等于零,即 E mi=  mie2i(t) =0(15)可得下列托布里兹矩阵方程Rxx·M=Rxz(16)式中:Rxx为叠加道xi(t)的自相关函数矩阵;M为匹配滤波算子向量;Rxz表示期望输出道zi(t)与输入道xi(t)的互相关函数向量。式(16)的矩阵形式为Rxx(0) Rxx(1)Rxx(N)Rxx(1) Rxx(0)Rxx(N-1) Rxx(N) Rxx(N-1)Rxx(0)×&

17、#215;M(0)M(1)M(N)=Rxz(0)Rxz(1)Rxz(N)(17)求解式(17),可以得到第i道叠加道的匹配滤波算子mi(t)。选择相关性强、信噪比较高的地震道计算出来的N个算子进行平均,得到匹配滤波算子,即m(t) =1NNi=1mi(t) (18)再将匹配滤波算子应用到需要匹配区块的所有叠前地震数据,即完成叠前匹配滤波处理。2.10面元均化应用面元均化处理技术,可根据地下构造、覆盖次数、动校正拉伸、观测排列情况及干扰波发育程度等因素对三维CMP面元进行调整和分配。采用“近者优先”的加权原则,从相邻面元中借助距离子面元最近的道来添补子面元内道数的缺失,可以均化CMP面元中的炮检

18、距,消除覆盖次数不均匀的现象,填补由于炮检距变化造成的浅层缺口和面元大小变化及方位角变化形成的空道。经面元均化后的数据有利于提高速度分析和动校正的精度,同时避免DMO和偏移中由于振幅不均所造成的画弧或假频现象。如果经过面元均化技术处理后的数据仍然存在覆盖次数的横向剧烈变化,导致叠前偏移结果出现严重画弧时,可使用基于覆盖次数的振幅调节技术解决画弧问题。3应用实例图2为B区的三个三维区块分布图,连片拼接后的总面积达1988km2。由于三个区块的采集年度不同,所采用的仪器、观测系统、覆盖次数、面元大小、方位角等都有较大的差异(表1和图3)。三个区块的原始数据品质差异较大(图4图5)、地震资料信噪比低(图6图7),重复段不足,拼接处地质构造复杂,因此该项目连片拼接处理面临较大困难。通过应用折射和层析静校正量综合计算技术,统一计算大三维区块的层析静校正量,将层析静校正量进行高、低频的统一分解(图8图10