两步法地表一致性反褶积技术及应用

林弘喆，林春华，何英伟，田 伟，冯德英

(1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712； 3. 大庆方兴油田开发有限责任公司，黑龙江 大庆 163411)

随着油气田勘探进入成熟阶段，油气勘探目标从寻找大型构造油气藏转向寻找隐蔽复杂油气藏。旧有的地震勘探分辨率己经不能满足地质解释的需要。高分辨率的地震数据应当具有零相位的频谱和较宽的频带，反褶积技术则是改善地震波频谱的有效手段之一[1]。

不同反褶积方法具有不同的优势和缺点，适用范围也有所不同。如Peacock[2]、Money[3]和Ulrych[4]等提出的预测反褶积，其可得到消除干扰后的一次反射信号，消除一次反射后面的海上鸣震等多次波干扰；在Oppenheim[5]提出的同态反褶积基础上，结合Wiggins[6]提出的最小熵反褶积的思路，曹孟起等[7]提出改进的统计法同态反褶积，使同态反褶积与最小熵反褶积取长补短，既节约了大量人工挑选子波时间，又解决了选取最佳子波受人为因素影响的问题，展宽了地震子波的振幅谱，提高了地震剖面的分辨率。

Tanner[8]、Levin[9]、Carry[10]等根据地表一致性静校正方法提出的地表一致性反褶积，能够一定程度上消除虚反射的影响，可以将叠前资料频率提高，同时可以对子波进行整形[11-12]。但是其一个重要假设是地表同一个位置滤波作用与地震波入射角无关，对于不同的埋深具有相同的滤波作用，而在实际处理中往往会出现炮点与检波点虚反射存在差异，导致不能够完全消除。基于这个问题，提出了一种优化的炮检域两步法地表一致性反褶积，该方法首先在共炮点域进行统计，并计算该域的反褶积算子。进一步对其共检波点、共偏移距和共CMP道集进行统计，最终通过上述的统计推算出该域反褶积算子。得到的反褶积算子就是消除上述所提到的差异的利器[13]。通过重点介绍该方法原理及其反褶积算子的设计，应用该方法消除地震资料中由于激发能量、激发子波等因素引起的子波波形的变化，从而达到提高该资料分辨率目的。

1 两步法地表一致性反褶积

一个记录地震道的最简单的模型是：

S(t)=W(t)*r(t)+n(t)

(1)

式(1)中，S(t)是地震信号，W(t)是地震子波，r(t)是反射系数，n(t)是噪声。地震信号是旅行时t的函数。实践中，此信号是经过采样获得的。信号样本可分别用向量S,W,r和n表示。

1.1 两步法地表一致性反褶积原理

在实际的情况中会出现各种各样的地表条件，这就导致了反射波的波形和振幅与理论上的差异较大。进一步就影响反射子波的一致性。那么在实际应用中，可以认为地表因素对地震的影响是基本不变的，其与地震波的传输路径不相关。其影响主要为炮点和检波点。

地震子波数学褶积模型可写作：

sij(t)=oi(t)*h(j-i)/2(t)*qj(t)*r(j+i)/2(t)

(2)

式(2)中,i是炮点坐标，j是检波点坐标，sij(t)是i炮j道的有效波，oi(t)是第i号震源脉冲，qj(t)是该道接收点响应，h(j-i)/2(t)是与偏移距有关的地层响应，该道半偏移距为h=(j-i)/2，r(j+i)/2(t)是该道的地层脉冲响应，即反射系数函数。

对上式(2)做傅里叶变换求复谱：

S(jω)=O(jω)H(jω)Q(jω)R(jω)

(3)

这样子波复频谱的振幅谱和相位谱可写为：

As(ω)=Ao(ω)Ah(ω)Aq(ω)Ar(ω)

(4)

Ψs(ω)=Ψo(ω)Ψh(ω)Ψq(ω)Ψr(ω)

(5)

假设子波w(t)是最小相位的，则只需考虑振幅谱。对振幅谱求对数：

lnAs(ω)=lnAo(ω)+lnAh(ω)+lnAq(ω)+

lnAr(ω)

(6)

(7)

即为炮点i、检波点j、频率ω条件下两者之差的平方和。

使能量误差为极小的条件为：

(8)

由此可求得一组方程，对之求解就可得到共中心点、炮点、检波点、以及共偏移距分量的子波对数振幅谱，从而得到各分量的振幅谱。

1.2 反褶积算子设计

在进行反褶积计算设计时，首先要基于地表的一致性和时变方式，在此基础上对最小相位算子和每个地震道反褶积进行设计。反褶积算子功率就是众多数据乘积的倒数，这些数据包括：震源、检波点、炮检距中点和偏移距谱分量。这样的设计可以将最小相位的算子修改成零相位等价算子(振幅效应不变)或准相位等价算子(相位效应不变)[14-16]。

设计方法如下。

1)对在每个时间窗口中获得的震源，检波点，炮检距的中点和偏移频谱分量求和，并转换成自相关序列。

2) 在自相关零延迟值后加上噪音，进而在每个时窗中加入反褶积预测算子(最小相位)。

3)对反褶积运算符进行相应的修改，在处理中可以将其替换为最小相位运算符、零相位等效运算符或准相位等效运算符。地震子波被压缩的关键在于预测步长和预测算子长度。若设计预测步长为PD个样点,预测算子长度为P0个样点时,反褶积算子长度则为PD+P0个样点。

分析表明：零相位等效反褶积算子最有利于扩宽频带，最小相位算子次之，准相位等价算子最差，小预测步长有利于扩展带宽，白噪声系数大小对设计操作和数据频谱影响不大[17]。

1.3 反褶积算子应用

经过以上的分析后得到的反褶积算子，在通过应用单炮资料褶积，对该算子进行一定的分析，一旦没有达到数据处理所需的分辨率，应及时的对上述过程进行验证并优化，经过优化后求得最理想的反褶积算子，并加上噪音衰减、速度滤波和真振幅恢复的操作，使地震数据进一步优化，实现反褶积处理[18-19]。

2 实际数据分析

在松辽盆地区域展开实际应用，工区地表以农田、沼泽盐碱地为主。满覆盖面积为50 km2，目的层海拔-700～-1 340 m之间，埋藏较浅。开展保幅高分辨处理，目的是进一步提高地震资料精度，为构造研究、井位部署提供可靠的基础资料。综合考虑研究区的构造特征以及勘探目标，应用炮检域两步法地表一致性反褶积可以很好的调整子波，提高分辨率。

2.1 反褶积参数选取

两步法地表一致性反褶积时窗通过切除库和时间组合进行控制，起始时间通过切除库控制以避开浅层噪声，终止时间为3 500 ms，采用3个时窗分别进行反褶积算子的统计和应用，时窗通过时空变切除库做到精确控制。通过地表一致性反褶积处理，主频较低的单炮频带有所拓宽，炮间的频率差异得到有效的消除，频率特征基本达到一致。

对于预测间距进行了参数的扫描和对比，对选取的参数的叠加扫描结果分别进行了偏移归位的处理，并将偏移结果与合成记录进行对比分析，这些参数组合对应不同的成果分辨率和波组特征。不同预测间距对应的剖面及自相关效果有一定差异，预测距离小，背景噪声大，频谱特征不符合自然衰减规律。图1为选取预测间距前后反褶积剖面、自相关及频谱，对比可以看出在选取合适的预测间距后子波一致性得到改善，自相关上主峰值横向上一致性增强，旁瓣虚反射得到有效的压缩，信噪比适中，目的层反射能量相对较强，并且剖面分辨率提高。

图1 选取不同预测间距后地表一致性反褶积前剖面、自相关及频谱

2.2 反褶积质量监控

分别从单炮记录、频谱等方面对处理结果进行质量监控。从图2中可以看出反褶积后质控单炮子波的续至相位得到有效压缩，单炮上有效反射同相轴更为突出，子波多相位问题(虚反射)得到有效解决。

图2 控制点单炮反褶积前后对比

图3为反褶积前后的叠加剖面及对应的频谱，子波频带得到明显拓宽，主频也有所提高，反褶积后从浅到深分辨率都有了明显的提升。通过对反褶积后的叠前时间偏移剖面对应的井震对比，目的层段的偏移成果与井合成记录在波形、振幅以及频率上都有很好的相似性，这也进一步验证了反褶积处理参数是相对合理的。

图3 反褶积前后的叠加效果

图4为控制线对应的叠前处理的最终叠加剖面，可以看到处理成果信噪比较高，波组特征清楚，绕射波明显，同相轴的连续性较好；同时通过精细的能量调整技术，叠加剖面上中深层的反射信号得到很好地恢复，在时间切片上，构造细节得到突出，横向上能量一致性较好，能够满足叠前偏移对数据能量的要求。另外，地震子波在反褶积处理后有效的被压缩。

图5为反褶积前后零交叉时平面中，自相关值由反褶积之前的12～19提高到现在的10～12之间，全区子波横向上基本趋于一致。资料有效频带较宽，频率成分丰富，尤其是很好地保留了低频信号，补偿了高频信号，主频由之前的14～22 Hz提高到现在的22～36 Hz之间，有效拓宽了频带。

图4 反褶积前后控制线叠加剖面

图5 反褶积前后主频对比

2.3 两步法地表一致性反褶积处理效果分析

尽管以上的质量监控从不同方面展示了反褶积处理的结果，但仍然需要应用直观成像进一步对比处理的成效。

经地表一致性两步反褶积处理后，最终剖面的整体能量、频率变得均衡一致，表明激发能量和频率的空间差异得到消除，同时剖面中反射同向轴多相位现象明显减少，进而反映出对于虚反射有了较好的压制，并使其分辨率明显提高，同时信噪比也有所改善。

图6a为应用炮检域两步法地表一致性反褶积处理最终成果，相较于图6b传统地表一致性成果，可以看到两步法地表一致性反褶积处理结果整体结构清楚，信噪比较高，断裂特征明显，地震反射特征清楚，分辨率得到显著提高。图7为目的层有效频带宽，两步法地表一致性反褶积有效拓宽了频带。

图6 成果数据目的层放大对比

图7 目的层段频谱对比

3 结 论

提高地震资料的分辨率、信噪比和保真度是保幅高分辨率处理的基础。两步法地表一致性反褶积可有效压缩地震子波，提高地震子波的空间一致性，同时具有很好的保幅性。松辽盆地某研究区实际地震资料处理表明，该方法可有效应用于中浅层目标勘探的地震资料处理，地震成像效果明显，成果资料地质构造清楚，地震反射特征清晰，断裂特征明显，信噪比较高，分辨率得到显著提高。同时该方法具有很好的推广应用前景。