匹配滤波在海洋三维四分量地震资料拼接中的应用

何俊强，李 玉，马志波

(1.中国地质大学 地球物理与信息技术学院，北京100083；2.中国地质大学 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室，北京 100083；3.北京万里祥石油科技有限公司，北京 100085)



匹配滤波在海洋三维四分量地震资料拼接中的应用

何俊强1,2，李 玉1,2，马志波3

(1.中国地质大学 地球物理与信息技术学院，北京100083；2.中国地质大学 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室，北京 100083；3.北京万里祥石油科技有限公司，北京 100085)

在海洋三维四分量(3D4C)地震数据的处理过程中，如果海上不同区块数据的震源不同，在资料拼接时会出现不匹配问题。目前纵波资料的拼接多采用匹配滤波，但该方法在转换波的拼接中应用较少，对于3D4C数据单独求取转换波的匹配滤波算子又会大大增加成本，由于同一震源激发同一检波器接收到的四分量数据的相位一致，为此将纵波的叠后匹配滤波算子应用在转换波的叠前道集中，对其相位进行匹配后再进行共转换点叠加，结合南美某工区的3D4C数据，取得了良好的应用效果。

匹配滤波；海洋地震勘探；转换波；3D4C；资料拼接

1 引 言

随着时间的推移，地震勘探逐渐向海洋扩展，并且从纵波勘探逐渐发展为多波勘探[1]，因此海洋三维四分量(Three Dimensional Four Component,3D4C)地震数据的处理成为了地震勘探的重点之一。由于海上同一时期不同船只采用的震源不同，采集到的地震反射资料的振幅、频率和相位等特征差别较大，在资料处理时难以实现同相叠加，另外不同年份采集的数据，由于采集设备的不同，其资料品质也千差万别，因此需要对不同区块或不同时期的数据进行匹配。

海洋3D4C数据分为X、Y、Z、P四个分量，其中Z、P分量为纵波处理数据，X、Y分量为转换波处理数据。纵波数据的匹配方法较多，主要有时移法、调整反褶积参数法和匹配滤波法[2-4]。目前，匹配滤波法的应用较为普遍，在海洋和陆地的纵波资料处理中取得了良好的效果[5-10]。但是该方法在转换波勘探[11]中应用较少，且单独对转换波数据求取匹配滤波算子会大大增加成本，由于海洋四分量的数据对于同一震源激发和同一检波器接收其相位是一致的，为此本文提出将纵波的叠后匹配滤波算子[12]应用在转换波的叠前道集，对其相位进行匹配后再进行共转换点叠加的方法，并结合南美某工区的3D4C数据进行了试验。

2 方法原理

2.1 叠后匹配滤波算子

在Z分量水平叠加剖面上的不同震源激发记录重合段，选取CDP号相同并具有高信噪比的两段叠加道，即xi(t)(i=1,2,L,N)和zi(t)(i=1,2,L,N)，其中N为叠加段的道数；t为时间；xi(t)为震源1的叠加道；zi(t)为震源2的叠加道；i为CDP号。令xi(t)为输入道，zi(t)为期望输出，设计一个匹配滤波算子mi(t)作用于地震道xi(t)，使xi(t)经匹配滤波后逼近地震道zi(t)[7,12]。

假设匹配滤波后实际输出xi(t)*mi(t)与期望输出zi(t)的误差为ei(t)，则

ei(t)=xi(t)*mi(t)-zi(t)

(1)

总误差能量为

(2)

应用最小二乘法原理，令总误差能量E对mi(t)的偏导数等于零，可得求解叠后匹配滤波算子的托普利兹矩阵方程

RxxM=Rxz

(3)

式中Rxx表示输入道的自相关函数矩阵；M为叠后匹配滤波算子向量；Rxz表示期望输出道与输入道的互相关函数向量。求解上式可得第i道的匹配滤波算子，即mi(t)。选取N个信噪比较高的叠加道求取滤波算子，取平均得到最终叠后匹配滤波算子。

2.2 转换波匹配方法

对于四分量的地震数据，转换波的匹配可按图1所示的流程进行，其具体步骤为：

1)对震源不同的两块数据(Data1和Data2)，先对其纵波资料即P、Z分量进行常规处理，再选择其重合部分的Z分量叠后数据，利用公式(3)求取Data1向Data2匹配的纵波叠后匹配滤波算子M；

2)将两块数据的X、Y分量进行坐标旋转，得到R、T分量，并对R分量进行常规处理，包括去噪、滤波、振幅一致性补偿等，提高其信噪比；

图1 转换波匹配流程Fig.1 Matching process of converted wave

3)根据公式(3)将纵波叠后匹配滤波算子M应用于Data1的R分量道集，使Data1的R分量向Data2的R分量进行匹配；

4)将两块数据的R分量抽成CCP道集，然后合并在一起，并叠加验证。

3 实际资料分析

本次实际资料为南美海上某工区的3D4C数据，图2显示了两个区块的范围，红色为2005年采集的数据范围，蓝色为2014年采集的数据范围，阴影部分为两区块重合部分。

将2005年的数据向2014年匹配，选取重合部分信噪比较好的叠加道进行叠后匹配滤波算子的计算。图3为其中一个叠加地震道，红色线表示2014年，蓝色线表示2005年，可以看出同一位置处两个地震记录的相位振幅差别较大。图4为两地震道的匹配滤波算子，图5为匹配后的地震道对比，两者相位基本一致。选取8个地震道进行求取匹配滤波算子，并取平均，得最终匹配滤波算子(图6)。

将该滤波算子应用于2005年转换波数据的R分量，图7为匹配前和匹配后的R分量炮记录，对比黑色方框里的反射同相轴可以看出，反射波的相位发生了改变，红色波峰变成了黑色波谷，但振幅变化不大。将该分量抽成CCP道集并叠加。图8为匹配前和匹配后的转换波资料重叠处的叠加剖面，匹配前的剖面同相轴较为杂乱，且不连续，主要是因为两块数据的相位有差别，匹配后两块数据相位一致，同相轴更为连续，且与纵波剖面相比，同相轴基本吻合。

图2 两块不同年度3D4C资料范围示意图Fig.2 Schematic diagram of two 3D4C data ranges in different years

图3 匹配前地震道Fig.3 Seismic trace before matching

图4 单道匹配滤波算子Fig.4 Matched filtering operator of single trace

图5 匹配后地震道Fig.5 Seismic trace after matching

图6 最终匹配滤波算子Fig.6 Final matched filtering operator

图7 匹配滤波前(a)、后(b)的转换波R分量Fig.7 R component of converted wave before matching(a)、after matching(b)

图8 匹配滤波前(a)、后(b)的转换波叠加剖面Fig.8 Stack profile of converted wave before matching(a) andafter matching(b)

4 结 论

本文对实际海上3D4C资料进行了处理，将纵波的叠后匹配滤波算子应用于转换波的叠前资料，实现了两块区域转换波资料的相位匹配。该方法简单有效，而且叠前匹配可以使多区块的道集资料直接用于叠前偏移，使转换波资料的连片处理更为方便。

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The Application of Matched Filtering to Marine 3D4C Seismic Data Splicing

He Junqiang1,2,Li Yu1,2，Ma Zhibo3

(1.SchoolofGeophysicsandInformationTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China；2.KeyLaboratoryofUndergroundInformationDetectionTechniqueandInstrnmentofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;3.GoldenMilesPetrotech,Inc,Beijing100085,China)

In the course of processing the seismic data of marine 3D4C,the seismic data in the process of splicing will be mismatched if the data of hypocenter are different in different oceanic blocks. Now the matched filtering is widely used in data splice for longitudinal wave,but rarely for converted wave. And it will increase the cost greatly for obtaining the matched filtering operator of converted wave by single 3D4C data. Since the phase of the four component data received by the same hypocenter to inspire the same detector is consistent,the post stack matched filtering operator of the longitudinal wave is applied to the pre-stack trace of converted wave,then the common conversion point stacking will proceed after matching phase. Good application effect is gained within the 3D4C seismic data in an area of South America.

matched filtering; marine seismic exploration; converted wave; 3D4C; data splicing

1672—7940(2016)06—0707—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.004

国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号：2013AA064201)

何俊强(1992-)，男，硕士，主要从事地震勘探研究。E-mail:761420535@qq.com

P631.4

A

2016-03-29