子波整形反褶积在提高分辨率处理中的作用

2012-09-12程志国王克非

天然气技术与经济 2012年6期

程志国王克非张龙

（中国石油新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆乌鲁木齐 830013）

0 引言

随着油气勘探的深入，勘探难度日益加大，勘探的主体目标由构造油气藏转为地层—岩性隐蔽油气藏［1］，而目前高分辨率层序地层学方法已经成为隐蔽油气藏不可或缺的解释方法。在高分辨率层序地层研究中，需要更精确地分辨小幅度构造、砂体和各种地层沉积特征，地震资料的分辨率常常制约着地层层序的识别能力，因而在地震资料处理中，应当在一定的信噪比基础上适当地拓宽地震资料的频带，提高分辨率。高分辨率地震资料处理包括一整套技术，涉及到处理的很多环节［2-3］，如静校正、振幅补偿、动校正等，其中反褶积环节是高分辨率地震资料处理的关键技术。笔者拟介绍在常规地表一致性反褶积的基础上使用子波整形反褶积进一步压缩子波、提高子波的一致性，达到提高地震资料分辨率的方法，旨在为高分辨率层序地层学研究提供坚实的基础。

1 处理方法

1.1 地震资料处理注意环节

在新疆地区地震勘探中，由于地表条件复杂，多为戈壁、沙漠，近地表低降速带对地震高频信号强烈吸收，随着传播距离的增加高频能量迅速衰减，给高分辨率地震勘探带来很大困难。影响地震资料的分辨率因素很多［4-5］，包括地震子波的吸收与衰减、资料的信噪比、子波的主频与频带宽度、子波的形状等，因而在地震资料处理中要注意以下环节：

1）静校正。由于地表高程、表层结构产生的时差会降低资料的信噪比和分辨率，因此要做好静校正和剩余静校正工作。

2）振幅和频率补偿。有效补偿地震波传播过程中能量和高频成分的衰减。

3）噪声压制。新疆地区地震勘探中，噪声非常发育，在地震资料中存在严重的面波、随机噪音和高频干扰，这些噪声降低了资料的信噪比和有效信号的优势频率，而信噪比和分辨率是对立统一的，没有信噪比就没有分辨率，资料的信噪比制约着分辨率的提高，而且在反褶积处理过程中，提高分辨率的同时不可避免地会将高频噪音放大，因而原始资料只有在一定的信噪比前提下，做好噪声压制工作，获得较高的信噪比，在此基础上才能进一步提高资料的分辨率。

4）反褶积。反褶积是地震资料处理中非常重要的环节也是提高分辨率的关键技术。影响分辨率的主要因素有地震子波的主频，地震勘探的纵、横向分辨率都与子波波长有关［6］，波长越短分辨率越高，而反褶积可以有效压缩地震子波，从而提高地震资料的分辨率。采用了地表一致性预测反褶积，一方面它可以根据预测步长控制子波的压缩程度，另一方面它还可以消除炮点和检波点间子波存在的差异，消除地表起伏变化引起的子波畸变，使得地震子波波形基本一致，实现相对保持振幅和波形的目的。

1.2 地表一致性反褶积

地表一致性反褶积输出的是最小相位子波，而影响地震资料分辨率的主要因素还有子波的频带宽度和子波形状。子波频带越宽，对应子波延续时间越短，分辨率越高，而与最小相位子波相比，在相同带宽条件下，零相位子波的旁瓣比最小相位子波小，能量集中在较窄的时间范围内，因而零相位子波的分辨率高。另外，零相位子波的最大峰值直接对应反射脉冲，因而可以较准确地确定反射界面的空间位置，便于解释和反演。此次地震资料处理使用子波整形反褶积将最小相位子波转化为零相位子波。

1.3 子波整形反褶积

子波整形反褶积方法是在每个道集分析时窗内使用复同态谱的方法提取估计子波，使用最小平方原理计算将估计子波变换成用户设计子波的整形滤波器，然后对每个道集应用这个子波整形滤波器。用户设计的子波可以是Butterworth、带通、Richer零相位和最小相位子波。此次地震资料处理设计的子波是Butterworth零相位子波，然后根据工区地质任务的主要目的层确定分析时窗，以及子波的频带参数。通过子波整形反褶积，最小相位子波变换为零相位子波，可以进一步压缩子波，适当提升高频端的能量。这样既提高了资料的分辨率，又提高了弱层和薄层的信噪比。

2 处理效果

笔者使用子波整形反褶积方法对新疆某地区的二维地震资料进行了处理。工区地表主要有水网、沼泽、厚浮土、盐碱地、胡杨林、红柳林、小沙漠和少量的农田，勘探的地质任务之一是寻找地层 — 岩性圈闭，要求对地震资料做高分辨率处理，提高资料的分辨率，为高分辨率层序地层学解释提供可靠依据。

首先对地震资料的原始单炮进行分析（图1）。从原始单炮上可以看出噪声主要是强能量的面波和一些高频随机噪声。对原始单炮进行高通滤波扫描，目的层在2 s至4 s左右50 Hz以上有效反射的能量就非常弱了。因此可以认为原始单炮在目的层时间范围内高频端在50 Hz左右。通过对原始单炮噪声和频率的分析，可以看出原始资料信噪比比较高，但资料的频带较窄，可以通过处理方法对资料的频带进行适当的展宽。

在反褶积处理前，首先对资料进行了精细的处理，包括静校正、压制噪声、补偿。在经过地表一致性反褶积预测步长试验后，选择12 ms的预测步长对资料进行地表一致性反褶积处理。为了充分挖掘地震资料分辨率的潜力，又进行了子波整形反褶积处理，将最小相位子波转化为零相位子波，以进一步提高资料的分辨率。

相比目前许多叠后提高分辨率的方法，叠前提高分辨率处理得到的剖面波组特征清楚、自然，波组连续性强，信噪比高。对比反褶积前后叠加剖面，反褶积前叠加剖面同向轴反射能量较弱，相位连续性差，分辨率较低（图2）。经过地表一致性反褶积和子波整形反褶积后剖面信噪比和分辨率得到提高，同相轴连续性增强，在目的层范围内，对薄层和弱层的识别能力加强。

原始初叠剖面和其他处理阶段的叠加剖面在目的层的频谱分析。在原始初叠剖面上，由于有强能量的低频面波的影响，所以在振幅谱上-20 dB对应的只有20 Hz（图3a）；经过叠前去噪，压制面波和其他噪声后，频带展宽到40 Hz（图3b）；使用地表一致性反褶积压缩子波，频带拓展到45 Hz（图3c）；最后使用子波整形反褶积，提高高频成分的能量，将优势频带拓展到60 Hz（图3d）。从对处理各环节叠加剖面的频谱分析可以看出，提高地震资料的分辨率是一整套处理方法，涉及处理各环节，在保持一定信噪比的前提下，分辨率是逐步得到适当提高的。

图2 子波整形反褶积前后叠加剖面对比图

图3 处理各环节叠加剖面目的层频谱分析图

对处理各环节的子波进行对比分析可知，原始单炮子波分辨率低，能量分散；噪声压制后的子波分辨率得到提高，能量集中；补偿后子波能量横向差异变小，但子波旁瓣还是比较多；地表一致性反褶积后子波得到压缩，一致性增强，但还有部分旁瓣明显；使用子波整形反褶积处理后，子波得到进一步压缩，子波旁瓣减弱，分辨率得到提高（图4）。从处理各环节的子波分析可以看出地震资料的分辨率是逐步得到提高的，子波整形反褶积可以进一步压缩子波，提高子波的一致性。

通过以上分析可以看出：① 原始单炮频带较窄，目的层高频端为50 Hz；② 通过高分辨率处理，叠加剖面目的层高频端拓宽到60Hz，信噪比也得到提高，识别薄储层的能力增强；③ 子波得到压缩，旁瓣减弱，一致性增强。