基于CRP道集的频宽一致性子波反褶积技术

明　君,刘力辉,丁　燕,李　聪

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452；2.北京诺克斯达石油科技有限公司，北京100192）

技术方法

基于CRP道集的频宽一致性子波反褶积技术

明君1,刘力辉2,丁燕2,李聪2

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452；2.北京诺克斯达石油科技有限公司，北京100192）

将叠后复赛谱域子波提取技术用于叠前CRP道集子波提取和叠前提高分辨率处理时，由于道集内远近偏移距道频宽不一致，影响了子波的空间一致性，也影响了叠前子波反褶积提高分辨率的效果。为此，对复赛谱域子波提取技术进行了改进，使其提取的子波具有空间一致性，并将改进后的复赛谱域子波提取技术与道集谱平衡技术相结合，形成了一种道集内频宽一致性子波反褶积技术。该技术增加了子波反褶积希望输出的人为定义，使其能适应低信噪比资料的叠前提高分辨率处理。

复赛谱域子波提取；谱平衡；频宽一致的子波反褶积；叠前提高分辨率

0　引言

CRP道集优化是叠前反演和叠前属性提取的基础［1］，因此，基于CRP道集的优化处理越来越受到人们的重视。CRP道集优化主要包括提高信噪比、提高分辨率及增强保真度等方面的处理［2］，其中，提高分辨率处理是关键。AVO属性分析的基础是佐布里兹方程，而该方程是基于单一界面的，没有考虑层间干涉，所以在薄层地区CRP道集优化中的提高分辨率处理对AVO属性分析至关重要［3］。此外，CRP道集优化中的提高分辨率处理若能拓宽有效频带，对叠后进一步提高分辨率也具有重要意义，但叠前道集一般信噪比不高，是叠前提高分辨率处理的一个难点。

确定性子波反褶积、时变谱白化和反Q滤波是常规叠后提高分辨率处理的三大技术。对于叠前CRP道集上的提高分辨率处理，虽然时变谱白化和反Q滤波技术都具有一定的效果，但时变谱白化技术要求资料有一定的信噪比，而反Q滤波技术也受到多种因素的影响，如稳定性、噪声和Q值误差等。因此，针对低信噪比资料，在实际应用中寻找一种简便且稳定的叠前提高分辨率处理技术，具有很重要的现实意义。确定性子波反褶积中的同态反褶积［4］是一种非线性变换，对子波的相位没有要求，它通过将地震频谱转换成复赛谱，可有效地分离出地震子波和反射系数。该方法抗噪性相对较强，应用较广，但将它用于叠前提高分辨率处理时往往效果不甚理想。这主要是由于其假设子波不随时间和空间发生变化［5-7］，而实际叠前CRP道集资料中远近偏移距道的子波频带宽度、振幅能量及相位均会随着偏移距的变化而出现较大的改变［5，8］，显示出明显的空间不一致性，导致使用传统的同态反褶积方法达不到理想的提高分辨率效果。为此，笔者对复赛谱域混合相位子波提取的同态反褶积方法进行改进，并将它与CRP道集的谱平衡技术相结合，形成一种新的频宽一致性子波反褶积技术，用于叠前道集的提高分辨率处理。

1　方法原理

1.1复赛谱域子波提取技术

忽略噪声项，地震记录褶积模型在频率域表示为

式中：x（ω），w（ω）和ξ（ω）分别为地震记录、子波和反射系数的傅氏变换。

通过对式（1）取对数，可以将其转化为线性系统，即

对式（2）作反傅氏变换，则有

式中：x（t），w（t）和ξ（ω）分别为地震记录、子波和反射系数的时间序列的复赛谱序列。

由于子波和反射系数序列“平滑度”的差别，子波的复赛谱一般在原点附近，而反射系数序列的复赛谱远离原点［9-11］。基于这种认识，在复赛谱域设计低通滤波器就可以实现子波与反射系数的分离，达到子波提取的目的。相同振幅谱而相位谱不同的地震子波对应不同的最大或最小相位分量。在复赛谱域，遵照一定的规则，可将子波振幅谱分割为2部分，分别对应于子波的最大和最小相位分量，分割比例的不同决定了子波的不同相位，由此可以得到最小相位子波、零相位子波和一系列混合相位子波。根据地震记录信噪比谱，设定地震记录的希望输出，对地震记录进行确定性子波反褶积，再依据反褶积后地震记录方差模的大小和分辨率情况，最终从一系列相同振幅谱而相位谱不同的地震子波中确定理想的混合相位子波。

1.2频宽一致性子波反褶积技术

频宽一致性子波反褶积技术主要是将改进后的复赛谱域子波提取技术与道集谱平衡技术进行了结合，其方法原理为：首先进行道集内子波提取及道集处理，在CRP道集内取标准道，采用Gabor变换的时频谱对远偏移距道进行谱平衡处理，并提取子波；其次，在道集间选取多个提取的子波形成子波集，采用“优化平均”法得到一个空间一致性子波；最后，根据井-震匹配和预测目的，人为定义希望输出子波的振幅谱，并求取反子波，从而获得分辨率得到了提高的叠前数据。

1.2.1叠前道集谱平衡技术

在实际应用中，采用同态反褶积方法对有些资料进行提高分辨率处理的效果好，而有些效果差。仔细分析后发现，提高分辨率效果差的资料大多都存在道集内远近偏移距道频宽不一致的现象，即远偏移距道波形“发胖”［12］，这会造成统计子波振幅谱时空间的不一致性。对有些资料作道集内远近偏移距道的频谱分析时会发现，远偏移距道的有效频带比近偏移距道的有效频带窄，即远近偏移距道的频宽不一致，而且有些差别还比较大。为此可采用谱平衡技术来提高复赛谱域子波提取的精度，从而提高反褶积效果。

所谓谱平衡技术［2］，就是将信噪比高的近、中偏移距道作为标准道，以标准道的时频特征为标准，将其他偏移距道的时频特征［13］向其靠拢，使得远近偏移距道的频宽保持一致。具体步骤为：①将欲补偿的道集进行时频展开，并参考标准道的时频谱，在时频谱上逐点补偿远偏移距道所丢失的高频信息，从而得到远近偏移距道频宽一致的道集；②进行滤波及道均衡，使各偏移距道的振幅能量保持一致。

1.2.2复赛谱统计“优化平均”

将复赛谱域子波提取技术用于叠前道集时，其重点在于如何求取空间一致的地震子波的振幅谱，使得其提取的子波是一种具有代表性的综合子波（图1）。对于一个三维资料，在特定的目的层段，选用一定的线距、道距和道集内不同的偏移距道作为分析样板，即可求得一个子波集。由于该子波集中不同地震道的信噪比与频谱特征均不相同，因此得出的子波空间一致性往往不太理想。为得到一个能代表整体数据特征的“典型”子波，笔者采用一种“剔除平均”的方法，根据井-震匹配和整体反褶积的效果，人为优选出一种子波，这样提取的子波不仅具有全区的代表性，而且用其所做的反褶积抗噪性较强。

对比图1（a）与图1（b）可以发现，多道统计平均后得到的子波振幅谱主频有所提高，频带得到了拓宽。从图1（c）可以看出，多道“优选”提取的子波旁瓣得到了压制，采用这种优选的子波进行反褶积处理能够达到提高分辨率的目的。

图1　多道子波振幅谱与单道子波振幅谱对比Fig.1　Comparison between multi-trace wavelet amplitude spectrum and single-trace wavelet amplitude spectrum

1.2.3人为定义希望输出

常规确定性子波反褶积和时变谱白化技术都具有抗噪能力低的局限，但子波反褶积有一个明显的优势是能定义希望输出子波。最常规的希望输出子波为Ricker子波，其通过控制Ricker子波主频来控制希望输出频谱的特征，但Ricker子波的频带较窄，不能适应灵活、复杂的解释性处理要求。为此，笔者采用了一种人为定义希望输出频谱的方法，即手工定义希望输出的子波振幅谱（图2），使其主频偏向低频，频带得到拓宽，具有俞氏子波的特征，这样就可以压制高频噪声的抬升，将反褶积后道集的信噪比控制在合理的范围内，从而提高低信噪比资料的分辨率和AVO属性的稳定性。

对比图2（a）与图2（b）可看出，通过人为定义希望输出子波振幅谱进行频宽一致性子波反褶积处理后的振幅谱主频有所提高，频带得到了拓宽，高频噪声未抬升，表明频宽一致性子波反褶积技术具有一定的抗噪能力。

图2　人为定义希望输出子波振幅谱Fig.2　Artificial definition of the desired output wavelet amplitude spectrum

2　模型试算

为说明远近偏移距道频宽不一致对提高分辨率效果的影响，设计了如下实验模型：地层厚度依次取800m，32.5m，30m，20m，20m，20m，20m，60m；对应的纵波速度依次为3100m/s，2500m/s，2800m/s，3000m/s，2700m/s，3300m/s，3000m/s，3400m/s；横波速度依次为1280m/s，1265m/s，1255.023m/s，1224.745m/s，1653.406m/s，1697.836m/s，1224.745m/s，1749.286m/s；密度依次为2.3 g/cm3，2.12 g/cm3，2.01 g/cm3，2.12 g/cm3，2.07 g/cm3，2.21 g/cm3，2.10 g/cm3，2.20 g/cm3；道间距为40 m，雷克子波的主频为50 Hz。

动校正后的道集如图3（a）所示，可看出远偏移距道波形“发胖”。图3（b）是对图3（a）模型进行复赛谱域子波反褶积处理后的效果，可看出远偏移距道的分辨率未得到有效提高。图3（c）是对图3（a）模型进行频宽一致性反褶积处理后的效果，可以看出远、近偏移距道的分辨率均得到了有效提高。

图3　模型数据试算Fig.3　Numerical experiments

3　实际资料应用

渤中X油田位于渤海湾盆地渤中凹陷与黄河口凹陷的分界处，该区沙三段目的层段为湖底扇沉积，发育的微相类型为辫状水道，主要岩性为含砾砂岩、砂砾岩和泥岩互层。工区内有20多口井，为一开发井区，断块复杂，且横向沉积相变快，储层厚度为3～5 m，而地震主频仅为29 Hz。因此，地震资料分辨率低是该区储层预测的主要难题。

图4为渤中X油田的实际道集资料。从叠前道集上看，近偏移距道有多次波，地震资料信噪比较低，主频仅约20 Hz，原始地震资料的分辨率远达不到薄层反演的要求。此外，由于动校正拉伸使得道集资料中远近偏移距道频宽不一致，远偏移距道波形“发胖”，能量降低，给传统反褶积方法的应用造成严重困难。

图4　渤中X油田原始CRP道集及相应频谱Fig.4　The seismic profile of CRP gather and its frequency spectrum of Bozhong X oilfield

对渤中X油田的实际道集资料进行叠前提高分辨率处理，首先采用均值滤波对原始道集（图4）作去噪优化处理，去噪后的道集如图5（a）所示；然后对去噪后的道集作复赛谱域子波反褶积处理［图5（b）］和频宽一致性子波反褶积处理［图5（c）］。由于近道信噪比低，所以将谱平衡的模板道选择为15～20道。对比图5（b）和图5（c）可以看出，复赛谱域子波反褶积处理后远偏移距道的分辨率未得到显著提高，而频宽一致性子波反褶积处理后远、近偏移距道的分辨率均得到了显著提高。

图5　CRP道集提高分辨率效果的对比Fig.5　Comparison of increased resolution of CRP gathers

与去噪处理后的叠加剖面［图6（a）］相比，复赛谱域子波反褶积处理后的叠加剖面［图6（b）］变化不大，而频宽一致性子波反褶积处理后的叠加剖面［图6（c）］目的层主频由原来的20 Hz增大至40 Hz，频带拓宽为53 Hz，可达到的时间分辨率为12.2 ms，为后续将沙三段振幅属性用于沉积相等研究提供了依据［14-16］。

图6　叠加剖面提高分辨率效果对比Fig.6　Comparison of increased resolution of poststack profiles

图7　振幅切片提高分辨率效果对比Fig.7　Comparison of increased resolution of poststack slices

将提取的沙三段振幅切片与沉积相（图7）进行对比后可看出：原始振幅切片［图7（a）］信噪比低，沉积模式不清晰；去噪后振幅切片［图7（b）］信噪比有所提高，连续性得到增强，但沉积模式仍然模糊不清；复赛谱域子波反褶积振幅切片［图7（c）］能够显现一定的沉积模式；频宽一致性子波反褶积振幅切片［图7（d）］与沉积相的模式［图7（e）］对应最好，扇三角洲前缘泥岩发育区、扇根和扇中主体轮廓均较清晰，更好地反映了沉积相的平面展布。因此，频宽一致性子波反褶积技术对提高低信噪比资料的分辨率具有更好的效果。

4　结论

（1）实验模型证明，远近偏移距道频宽不一致，采用常规复赛谱域子波提取技术不能有效提高CRP道集的分辨率。为此，对复赛谱域子波提取技术进行了改进，并将它与道集谱平衡技术相结合，形成了频宽一致性子波反褶积技术。

（2）实际资料应用证明，利用频宽一致性子波反褶积技术提取的子波具有空间一致性，能够有效压制高频噪声的抬升，对提高CRP道集低信噪比资料的分辨率具有较好的效果。

（References）：

［1］鲍熙杰，赵海波.CRP道集优化处理对叠前反演的影响［J］.石油地质与工程，2013，27（1）：39-41. Bao Xijie，Zhao Haibo.CRP gathers optimization effect on prestack inversion［J］.Petroleum Geology and Engineering，2013，27（1）：39-41.

［2］刘力辉，杨晓，丁燕，等.基于岩性预测的CRP道集优化处理［J］.石油物探，2013，52（5）：34-39. Liu Lihui，Yang Xiao，Ding Yan，et al.Advanced process of CRP gather based on the prediction of lithology［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2013，52（5）：34-39.

［3］赵伟，陈小宏，李景叶.薄互层调谐效应对AVO的影响［J］.石油物探，2006，45（6）：570-573. Zhao Wei，Chen Xiaohong，Li Jingye.The influence of thin interbed tuning effect of AVO［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2006，45（6）：570-573.

［4］王万里，李国发，桂金咏.混合相位子波有色反褶积［J］.岩性油气藏，2013，25（3）：82-86. Wang Wanli，Li Guofa，Gui Jinyong.Colored deconvolution of mixed phase wavelet［J］.Lithologic Reservoirs，2013，25（3）：82-86.

［5］Barnes A E.Another look at NMO stretch［J］.Geophysics，1992，57（5）：749-751.

［6］李秉富，魏长江.地震资料动校正拉伸畸变分析［J］.青岛海洋大学学报，1994（3）：39-44. Li Bingfu，Wei Changjiang.An analysis of NMO correction lengthening［J］.Journal of Ocean University of Qingdao，1994（3）：39-44.

［7］赵波，丈政军.除动校正拉伸影响的方法［J］.石油地球物理勘探，1995，30（3）：417-421. Zhao Bo，Zhang Zhengjun.A method for removing NMO correction lengthening［J］.Oil Geophysical Prospecting，1995，30（3）：417-421.

［8］黄绪德.反褶积与地震道反演［M］.北京：石油工业出版社，1992：256-278. Huang Xude.De-convolution and seismic inversion［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1992：256-278.

［9］李国发，彭苏萍，高日胜，等.复赛谱域提取混合相位子波的方法［J］.天然气工业，2005，25（1）：85-87. Li Gufa，Peng Suping，Gao Risheng，et al.Method of mixed phase wavelet extraction in cepstrum domain［J］.Gas Industries，2005，25（1）：85-87.

［10］Ulrych T J.Application of homomorphic deconvolution to seismology［J］.Geophysics，1971，36（4）：650-660.

［11］Stoffa P L，Buhl P，Bryan G M.The application of homomorphic deconvolution to shallow-water marine seismology-PartⅠ：Models［J］.Geophysics，1974，39（4）：401-416.

［12］Xu Y，Chopra S.Improving AVO fidelity by NMO stretching and offset-dependent tuning corrections［J］.The Leading Edge，2007，26（12）：1548-1551.

［13］刁瑞，尚新民，芮拥军，等.时频域谱模拟反褶积方法研究［J］.岩性油气藏，2013，25（1）：116-121. Diao Rui，Shang Xinmin，Rui Yongjun，et al.Study on spectral modeling deconvolution in time-frequency domain［J］.Lithologic Reservoirs，2013，25（1）：116-121.

［14］陈可洋，吴清岭，李来林，等.松辽盆地三维地震资料连片处理关键技术及其应用效果分析［J］.岩性油气藏，2012，24（2）：87-91. Chen Keyang，Wu Qingling，Li Lailin，et al.Key techniques and case study of Multi-survey joint processing of 3-D seismic data in Songliao Basin［J］.Lithologic Reservoirs，2012，24（2）：87-91.

［15］张猛刚，洪忠，窦玉坛，等.时频分析在苏里格地区含气性检测中的应用［J］.岩性油气藏，2013，25（5）：76-85. Zhang Menggang，Hong Zhong，Dou Yutan，et al.Application of time-frequency analysis technology to the gas detection in Sulige area［J］.Lithologic Reservoirs，2013，25（5）：76-85.

［16］陶云光，袁刚，陈新安，等.二维地震连片相对保幅处理及储层预测技术在塔西南地区的应用［J］.岩性油气藏，2007，19（1）：96-100. Tao Yunguang，Yuan Gang，Chen Xin'an et al.Application of relative preserved amplitude of 2D Merging seismic data processing and reservoir prediction in Southwest Tarim［J］.Lithologic Reservoirs，2007，19（1）：96-100.

（本文编辑：王会玲）

Wavelet deconvolution with spatial consistency based on CRP gathers

Ming Jun1，Liu Lihui2，Ding Yan2，Li Cong2
（1.Tianjin Branch Company，CNOOC，Tianjin 300452，China；2.Beijing Rockstar Oil&Techology Company Ltd.，Beijing 100192，China）

When poststack wavelet extraction method of cepstrum domain is used for prestack wave extraction of CRP gathers and prestack raising resolution processing，the far and near bandwidth of the gather is not consistent，which influences the spatial consistency of wavelet and the effect of the resolution of prestack wavelet deconvolution.Therefore，this paper improved the wavelet extraction technology by using multi-cepstrum average，made the extraction wavelets have spatial consistency，and combined this improved wavelet extraction technology of cepstrum domain with spectral balance technology，to form a wavelet extraction technology which can keep the bandwidth consistent between the traces. This technology added artificial definition of the output of wavelet deconvolution，which makes it can adapt to prestack extraction frequency processing of the data with low signal to noise ratio.

wavelet extraction of cepstrum domain；spectral balance technology；wavelet deconvolution keeping bandwidth consistant；prestack raising resolution processing

P631.4

A

1673-8926（2015）06-0097-07

2015-07-20；

2015-09-17

中国海洋石油总公司“十二五”科技重大专项“渤海典型低孔低渗油藏勘探开发关键技术研究与实践”（编号：CNOOC-KJ-125-ZDXM-07）资助

明君（1970-），男，博士，高级工程师，主要从事油田地球物理综合解释和方法研究。地址：（300452）天津市滨海新区塘沽闸北路1号609信箱渤海石油研究院。E-mail：mingjun@cnooc.com.cn。