HFE在提高地震数据分辨率中的应用*

谢裕江郑金明刘高

1)兰州大学土木工程与力学学院，兰州730000

2)中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083

3)西北核技术研究所，西安710024

4)西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州730000

HFE在提高地震数据分辨率中的应用*

谢裕江1，2)郑金明1，3)刘高1，4)

1)兰州大学土木工程与力学学院，兰州730000

2)中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083

3)西北核技术研究所，西安710024

4)西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州730000

提高地震数据分辨率是地震勘探中获得高质量数据的关键，而分辨率与信噪比的相互制约关系是高分辨率处理的根本问题。本文基于反褶积的基本原理，采用压缩子波的方法，对原始地震数据进行高频拓展法(High Frequency Expanding，HFE)处理。通过测试子波压缩参数，分析研究可选参数对地震资料分辨率和保真度的影响，确定最佳处理参数，并应用于实际地震资料处理中。应用结果表明，HFE处理后的地震资料，其品质得到了明显的改善，处理后的剖面弱反射带层间细节反射更为丰富，横向变化清晰，频带变宽，分辨率得到了很大提高。

HFE;分辨率;时频特性;薄互层

引言

在地震勘探中，提高地震资料的信噪比与分辨率一直是物探技术研究领域的主题[1]。针对该问题，国内外发展了多种方法，如各类反褶积技术[2]和分频处理技术[3-6]。虽然这些方法不同程度地提高了地震信号的分辨率，但目前随着工程规模和深度的加大，勘探中对之提出了更高的要求，如油气勘探及工程地质勘查中的关键性薄层，常规地震数据处理方法对薄层纵向上分辨困难，地震响应隐含于薄互层复合响应中，加大了储层预测的难度;又如随着各大油田勘探开发的不断深入，岩性及构造-岩性油藏已经成为主要评价开发对象，尤其是深部勘探时高频信号衰减较大，地震响应不明显。因此，针对目标层是薄层和深层的问题，常规方法很难满足需要，需要更为行之有效的方法来保持信噪比，提高地震信号的分辨率，提高地震资料识别薄层及深层的能力，以便获得更多的地质信息。为此，本文尝试采用高频拓展法(High Frequency Expanding，HFE)，对原始地震数据进行处理，以提高地震数据的分辨率，实现对薄层和深层的识别。

1 HFE及其基本原理

高频拓展法(High Frequency Expanding，HFE)是一项全新的数据处理方法，有助于提高反演对薄互层的识别精度，徐衍和[7]、袁红军等[8]曾对其有过相应介绍。由于地层对地震波中高频成分的强烈吸收，地面接收的地震记录中高频信息相对于低频信息极弱，地震资料高分辨率处理的任务是尽可能地加强地震信号中有效反射波的高频成分，这是高频拓展法的基本思路。HFE认为，地震记录是反射系数序列在频率空间低频端的投影，而将频率空间低频端的地震记录反投影到更宽更高的频带，可以达到拓宽频带提高分辨率的目的。HFE高频拓展等效于将一个由低频子波形成的地震数据转换为由高频子波形成的地震数据，加强地震信号中有效反射波的高频成分，从而提高分辨率。

低频子波形成低分辨率地震记录y(t)和高频子波形成高分辨率地震记录h(t)可分别表示为:

式中，a为子波压缩参数，即低频子波到高频子波的压缩倍数，r(t)是反射系数，w(t)是地震子波。

HFE高频拓展方法的实质是在已知低频子波y(t)的情况下，通过选定合适的a值，利用(2)式求解高频子波h(t)，从而得到高分辨率地震数据。

但(1)式中r(t)和w(t)未知，求解(2)式时，不需要已知子波，这样就避免了求取子波方法上存在的问题。由于不需要子波，HFE就可以保持地震子波时变、空变的相对关系，保持地震数据的时频特性和波组特征。

2 HFE参数选取

子波压缩参数a是HFE处理方法中最关键的处理参数，a的大小直接确定了拓频所能达到的最高频率fa，fa永远小于截止频率并且受到原始数据品质(主要是信噪比和信号有效频带宽度)的直接限制。

2.1 HFE参数描述

数据品质可以理解为原始数据的信息量。当信息量确定后，如果最高频率选取过高(即子波压缩程度参数值过大)，拓频而得的部分频率成分可信度会有所降低，影响拓频的处理质量[8]。试验时发现，当a＞2时，整个地震剖面虽然层间反射增加，但与井上记录不吻合，拓频得到的成分可信度不高。因此，选定1＜a≤2。

2.2 HFE参数试验

我们首先根据目的层段的位置将整个地震剖面分为3个层段，浅层段(0.0～0.75 s)、目的层段(0.75～2.25 s)、目的层底以下段(＞2.25 s)，大致给定浅层段、目的层段、目的层底以下段对应一个a值。其次以给定的3个a值为中参数组，选择一条有代表性的联井线，反复进行多井低、中、高3种拓频参数试验(表1)。

实验得出，当1＜a≤2时，随着a值的增大，地震资料的分辨能力得到了提高，在整体剖面基本结构不变的前提下，增加了许多相位，丰富了剖面结构的细节，改善了反射连续性，且与井上的合成记录吻合度较好。多次试验结果表明:较低参数与中参数而言，高参数组层间反射细节增加最多，横向变化更清晰，且分辨出来的一些薄互层能够与测井曲线有很好的吻合，最终确定高参数组为合适的参数组(图1和图2)。

表1 子波压缩参数a值

图1 HFE处理前后地震数据间的对比

图2 井合成记录与拓频前后地震数据间的对比

3 HFE拓频效果及验证

研究区地震资料分辨率偏低，无法满足薄层的识别及油气藏描述需要，因此，对该区二维地震数据共32条测线选择高参数组进行了HFE拓频处理。

3.1 时频分析

从HFE拓频前后时频分析图可看出，在目的层段频率范围从10～40 Hz拓宽到10～75 Hz，拓宽35 Hz左右，达到了预期效果，并且基本保持了原始数据的信噪比、相对振幅关系和时频特性(图3)。

3.2 井旁道合成记录对比及验证

图3 某测线地震数据HFE处理前后的时频分析图

图4 HFE处理前后合成记录对比图

通过研究区S区块S-18井HFE拓频前后井旁道合成记录可以看到，HFE拓频前后合成记录与井旁地震道都有很好的吻合度，原数据中与合成记录吻合较好的层位，在HFE处理后也能够很好地吻合，从椭圆圈内可看到，拓频后地震层间反射增加，分辨出来的薄层能够与测井曲线有很好地吻合，验证了拓频结果真实可靠(图4)。

3.3 过井剖面对比及验证

通过过S-18井剖面对比分析可知，如图5圆圈部分，原始地震剖面由于分辨率较低，目的层段在测井曲线上有明显界面处原始地震数据也未能有所反映，而HFE拓频处理后这些地方，在地震剖面上都有好的反映。经HFE处理提高分辨率后，目的层段所在大波谷反射被分辨出几个反射，揭示了地层间的细节接触关系，有利于薄层的识别。此外，通过与测井曲线的对比验证，可看出HFE处理结果中分辨出来的薄层能够与测井曲线很好地吻合。说明了HFE拓频而得到的高频信息真实可靠(图5)。

图5 HFE处理前后地震剖面比较

4 结论

本文从HFE处理技术的原理入手，分析了HFE处理的特点，简要介绍了HFE处理中子波压缩参数a的选取，并通过研究区油气田的实际应用得到了明显效果，主要体现在:

(1)主频提高、频带拓宽;

(2)地震反射层位的地质意义更明确、地震信息更加丰富、层间薄层反射明显;

(3)合成记录与地震资料吻合率更高;

(4)反映地震属性更精细。

应用结果表明，该方法可以更好地为薄互储层反演、油气藏描述提供可靠的基础资料，实际应用中已证实了该方法的有效性。鉴于HFE拓频处理效果对原始数据的品质依赖较大，处理之前应尽量对原始数据进行保真处理。

(作者电子信箱，谢裕江:xieyj2010@lzu.edu.cn)

[1]王卫华.提高地震剖面信噪比和分辨率的一种新途径.石油地球物理勘探，1997，32(4):246-256

[2]Wylliem R J，Gregory A R.Formation factors of unconsolidated porous media:influence of particle shape and effect of cementation.Trans.AIME，1953，198:103-110

[3]马朋善，王继强，刘来祥，等.Morlet小波分频处理在提高地震资料分辨率中的应用.石油物探，2007，46(3):283-287

[4]惠长松.分频处理技术在储集体识别中的应用.石油地质与工程，2009，23(4):41-48

[5]刘文霞.分频处理技术在辽河深层地震资料处理中的应用.石油物探，2001，40(2):116-120

[6]杨贵祥.基于协调频率与分频处理的高分辨率反演技术.石油物探，2005，45(3):242-244

[7]徐衍和.优化高频拓展法在煤田勘探中的应用.中国煤田地质，2006，18(4):52-55

[8]袁红军，吴时国，王箭波，等.拓频处理技术在大牛地气田勘探开发中的应用.石油地球物理勘探，2008，43(1):69-76

Application of high-frequency expanding technique in im proving resolution of seism ic data

Xie Yujiang1，2)，Zheng Jinm ing1，3)，Liu Gao1，4)
1)School of Civil Engineering and mechanics，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China
2)College of Geoscience and Surveying Engineering，China University of mining and Technology，Beijing 100083，China
3)Northwest Institute of Nuclear Technology，Xi’an 710024，China
4)Key Laboratory of mechanics on Disaster and Environment in Western China，The ministry of Education of China，Lanzhou 730000，China

Improving resolution of seismic data is the key to obtaining high quality results in seismic exploration.Interaction between resolution and SNR is the basic issue in high frequency processing.Based on the principle of deconvolution，adopting the method of the compressed wavelet，the raw seismic data has been processed by use of high-frequency expanding technique(HFE)，analyzed and studied the effect of optional parameters through testing the wavelet compression parameter，the effect of optional parameters is analysed，and then the best option parameters has been selected，and applied them to actual seismic data processing.The results show that after high-frequency expanding processing，the quality of the seismic data has been improved greatly，section details of the weak reflection layer are more abundant and the lateral alternation is clearer，the resolution of the seismic data is highly improved.

high frequency expanding;resolution;time-frequency characteristics;thin interbeds

P315.61;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.03.006

2011-07-11;

2011-10-10。