地震数据道内插技术

地震数据道内插技术

维波场道内插技术的效果为了节约成本，降低成本，提高工作量，通常使用更大的线距离和路距离。即使是目前的三维高分辨率地震勘探，空间采样率也无法满足位移精度的要求。因此,在进行滤波或偏移处理时必然会产生空间假频。同时,过大的线距和道距,会使构造模糊、断点不清晰,达不到油藏精细解释和描述的目的。故在地震资料处理中,必须使用地震道内插技术,使三维偏移处理前的波场资料(包括叠加数据和速度场)满足偏移成像的条件,使最终偏移成果剖面满足地质解释的要求。三维数据体内插较二维内插的优越性,主要体现在信号的保真度方面。由于噪声的随机性和信号在空间方向的相干性,使得三维数据体内插后的保真度要好于二维内插。就地震道内插技术而言,以往已有一些常用的方法,如线性加权内插法,t-x域矢量分解内插法、f-x域线性同相轴内插法、f-x域多项式拟合法、二维f-k谱外推法、广义预测算子法和最小平方倾角分解法等。此外,还有二维基础上的准三维方法,如在f-k域和f-x域联合实现的道内插方法及f-x,y域三维道内插方法。由于以上方法不是严格意义上的三维波场插值方法,对于断层分布多、地层倾角变化大、信噪比不高的资料,其应用会受到一定的限制。本文在理论模型研究的基础上,简要分析了二维f-x域插值和f-k域插值存在的问题,根据三维f-k谱分析,给出了在f-k域实现三维波场道内插的基本公式,并在自行开发的微机群上开发了相应的串行软件和基于HPF高性能语言的并行软件。理论模型和实际资料处理表明,用本文方法可以实现三维波场的精细、快速内插。二采样界面和反射系数为了检验f-k域三维波场道内插效果,同时为了较形象地说明二维f-x域和f-k域插值存在的问题,本文制作了一个三维模型(图1)。模型整体为一个地堑,中间的突起为一小的椭圆状背斜。沿构造走向设计纵测线200条,沿倾向设计横测线100条,线距和道距均为50m。时间方向取300个样点,采样间隔为4ms。界面的反射系数分别为:左、右地台为0.65;中间平地为0.35;两边倾斜界面为0.45;背斜构造为0.50。用于褶积计算的子波为雷克子波,主频为20Hz。图2a显示了过模型中线的一条地震剖面(inline51),时间截取了800ms。一地震道的一维谱在时间域(图2a),对于其中的背斜构造,我们几乎无法按文献所述方法进行同相轴的分解,因此很难实现复杂地震道准确内插。下面,来考察一下它的一维谱。对地震道s(t),做一维傅氏变换,得到的是该道的频谱S(f)=∫+∞−∞s(t)e−i2πftdt(1)S(f)=∫-∞+∞s(t)e-i2πftdt(1)沿x方向对每一道做FFT,得到f-x域振幅谱剖面(图2b)。从图中可以看到,在模型每一地层段内振幅谱不变,但地层段之间有很明显的分界,用拟合等方法插值,势必在同相轴连接处带来误差。二任意方向内插由上可知,在t-x域或f-x域内插会带来误差。下面我们来观察二维f-k谱。由二维傅氏变换,得到二维f-k谱S(f,k)=∫+∞−∞∫+∞−∞s(t,x)e−i2π(ft+kx)dtdx(2)S(f,k)=∫-∞+∞∫-∞+∞s(t,x)e-i2π(ft+kx)dtdx(2)二维f-k谱具有明确的物理意义(图3),从图3看出,图2a的水平同相轴的能量已集中在中间高视速度区,左、右两翼对应两个倾斜同相轴,结合部散布着背斜构造的能量。从二维谱上已找不到一维谱上的界面突变点。利用二维f-k频谱外推方法,我们可以得到任意道的二维内插频谱Sα(f,k)=S(f,k)ei2πkαΔx‚|k|＜12Δx(3)Sα(f,k)=S(f,k)ei2πkαΔx‚|k|＜12Δx(3)其中α为插值因子,若原剖面两道间均要内插N道,则α=1N+1‚2N+2‚⋯‚NN+1(4)α=1Ν+1‚2Ν+2‚⋯‚ΝΝ+1(4)二维f-k频谱外推方法能实现任意纵测线或横测线的波场内插,但它只能是二维插值。即在x方向插值时,利用不到y方向的信息;在y方向插值时,兼顾不到x方向的信息;要在三维数据体内任意方向插值,则更是无从谈起。总的来说,对于三维地震资料,尤其是复杂地区资料,无论是哪一种二维插值方法,客观上均存在着这种局限性。f-k三维波场道内插的方法原理对地震数据沿测线x方向、时间t方向,做FFT得到的是二维f-k谱,若再沿测线y方向做傅氏变换,就得到了三维f-k谱图4展示了模型数据的三维f-k谱中的一个剖面,选取的是|S(f,kx=0,ky)|。从图中可以看出y方向低波数的能量较强,并相对比较集中分布在一个较小的范围内,有利于三维插值。对式(5)所示的三维谱,根据式(3),并考虑到x、y两个方向的相移因子,我们可以得到任意方向内插后的三维f-k谱Sα‚β(f,kx,ky)=S(f,kx,ky)ei2π(kxαΔx+kyβΔy)‚|kx|＜12Δx‚|ky|＜12Δy(6)Sα‚β(f,kx,ky)=S(f,kx,ky)ei2π(kxαΔx+kyβΔy)‚|kx|＜12Δx‚|ky|＜12Δy(6)上式中,参数α、β决定纵、横测线的插值方向和间隔。对上式做三次傅氏反变换,就可以得到三维波场插值后的时空域结果。图5给出了模型数据插值前、后的比较,选取的是过模型中心点的一条主测线。可以看出,插值效果非常好,无论是水平层、倾斜层,还是小背斜,插值前、后几乎一样。并行实现步骤三维波场道内插是一个计算时间相对较长的处理模块,为了缩短处理周期,对于多节点的工作站或微机群,可以用并行编程方法实现高效快速处理。本文利用合作单位的“863”高新技术成果,用HPF高性能语言实现三维波场道内插的并行计算。下面给出了该算法并行实现的主要步骤。(1)处理机节点、核外数组的定义,文件映射到数组,数据按不同的结构分布。(2)线方向傅氏变换,计算二维谱(kx-y-f),并对谱作计算维调整,以便于步骤(3)按CDP方向计算三维谱。(3)计算三维谱(kx-ky-f)。(4)三维谱波场内插(kx-ky-f)。(5)反傅氏变换,得到插值后二维谱(kx-y-f),再对谱做计算维调整,便于步骤(6)按线方向计算时域波场值。(6)反傅氏变换,得到时域波场值。(7)插值后波场振幅均衡处理。(8)结果文件映射到文件。上述步骤中,步骤(2)～(8)均采用独立循环实现并行计算。实际资料处理表明,对于8个节点的机群系统,可以获得5.2倍的加速比。时空域中三维f-k域插值及效果分析选取胜利油田WY井区实际三维地震资料,该区共有40条线,线距为50m,每条测线的道数不一样,其中测线213～219每线670道,测线221～291每线676道,道距为25m。考虑到线距太大,对其进行三维道内插,使其线距变为25m。处理前,先要进行数据整理工作,使每线的道数相同;然后做三次FFT,得到三维f-k谱,在此基础上进行内插处理;接着再做三次反FFT变换,得到时空域的波场;最后,再对以上结果与原始数据做幅值匹配处理,最终输出内插结果。为了比较插值效果,先显示工区内的inline249剖面,该剖面既有较平地层,也有倾角较大地层,如图6a所示;然后沿横测线的方向进行插值,再在inline249线处抽出一条插值线来,此线就是二维f-k内插的结果,如图6b;最后用全区三维f-k域插值得到三维插值剖面,如图6c。由图6看出,二维插值和三维插值剖面与原剖面基本一致,较好地保持了地层层位、断点关系,但三维插值在波形连续性、抗噪性方面要好于二维插值。图7给出了该区crossline350线三维道内插前、后的结果比较。插值前为40道,插值后变成79道,剖面的形态不变,但道距已经变为25m,达到了偏移对输入数据的要求。维地震数据处理(1)地震数据道内插是偏移处理前的重要工作。如果地震道不做插值处理,输入数据不能满足空间采样要求,就会产生空间假频,严重