慎國強(qiáng),王玉梅,孟憲軍,陸文凱,李 霞

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061;2.勝利油田物探研究院,山東東營 257022;3.清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100084)

基于時(shí)頻分析的地震道集校平技術(shù)應(yīng)用

慎國強(qiáng)1,2,王玉梅2,孟憲軍2,陸文凱3,李 霞2

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061;2.勝利油田物探研究院,山東東營 257022;3.清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100084)

依據(jù)現(xiàn)代信號(hào)分析理論,對疊前地震道集剩余動(dòng)校正量的消除技術(shù)進(jìn)行研究,在模型數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的試驗(yàn)基礎(chǔ)上,探討基于時(shí)頻分析技術(shù)的疊前道集校平方法。結(jié)果表明:通過對地震信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分解,并在信號(hào)重構(gòu)時(shí)完成高精度的剩余動(dòng)校正量的消除,處理前后信號(hào)振幅不變,道集同相性增強(qiáng),疊加后信號(hào)有效頻帶變寬;利用近偏移距地震道的疊加道作為模型道,在有效消除剩余時(shí)差和校平同相軸的同時(shí),避免了疊前道集動(dòng)校拉伸畸變對模型道的影響,保證了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精度;該方法在消除疊前道集中剩余動(dòng)校正量方面具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

時(shí)頻分析;模型道;道集校平;剩余動(dòng)校正量

疊前地震反演是目前油氣藏描述過程中的一項(xiàng)重要技術(shù),它以疊前地震道集的 AVA特征分析為基礎(chǔ)[1]。疊前地震資料剩余動(dòng)校正量的存在,在進(jìn)行地震屬性提取和地震反演時(shí),會(huì)導(dǎo)致屬性分析和反演精度的可靠性降低[2-3]。為了提高疊前屬性和反演的基礎(chǔ)資料精度,必須消除道集中的剩余動(dòng)校正量,常規(guī)的剩余速度分析和高次項(xiàng)動(dòng)校正技術(shù)在大多數(shù)情況下不能滿足要求。針對這種狀況,筆者采用其他消除剩余動(dòng)校正量的方法和思路[2,4],研究基于時(shí)頻分析的疊前道集剩余動(dòng)校正量估計(jì)和消除技術(shù)。

1 時(shí)頻分析道集校平原理

常用的時(shí)頻分析工具有短時(shí) Fourier變換、小波變換和 S變換等[5]。其中,與連續(xù)小波變換、短時(shí)Fourier變換相比,S變換有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。S變換除了窗函數(shù)隨著頻率改變之外和短時(shí) Fourier變換是一樣的,這使得 S變換在頻域比短時(shí) Fourier變換具有更高的分辨率。

S變換滿足下面的關(guān)系式:

對于一個(gè)地震道 x(t),應(yīng)用上述方法可產(chǎn)生一個(gè)二維時(shí)頻譜圖 X(t,ω),對于二維地震數(shù)據(jù),時(shí)頻分析的結(jié)果為三維數(shù)據(jù)體。記一個(gè)三維的共成像點(diǎn)道集為 g(t,x,y),t為時(shí)間,x,y為大地坐標(biāo)。記對應(yīng)(x,y)的地震道的偏移距為 o(x,y)。

1.1 模型道的建立

一般情況下,人們采用共成像點(diǎn)道集的疊加道來作為模型道[4],但為了減少動(dòng)校正的拉伸畸變對模型道的影響,只利用近偏移距地震道的疊加道作為模型道。記近偏移距地震道的集合為 Int={o(x,y)＜L},其中L為給定的偏移距閾值。所形成的模型道為

1.2 剩余動(dòng)校正量的估計(jì)

對模型道m(xù)(t)和任一地震道 g(t,x0,y0)先進(jìn)行時(shí)頻分解,分別得到M(t,f)和 G(t,f,x0,y0)。在時(shí)頻域中,對任一時(shí)間點(diǎn) t0,沿頻率軸得到一個(gè)向量作為特征,即對應(yīng)模型道的特征為M(t0,f),地震道的特征為 G(t0,f,x0,y0)。將地震道 g(t,x0,y0)上的每一點(diǎn)和模型道之間的剩余動(dòng)校正量記為Δt(t,x0,y0),利用時(shí)延估計(jì)技術(shù),對每一個(gè)頻率分量 f估計(jì)出該地震道上每一點(diǎn)和模型道之間的剩余動(dòng)校正量,即

該式即是求待校正地震道和模型道在同一頻率分量上的互相關(guān)。令待校正地震道沿模型道在某一時(shí)刻 t附近來回移動(dòng),使式 (3)的互相關(guān)達(dá)到最大時(shí)移即為該時(shí)刻 t的最佳剩余動(dòng)校正量。在實(shí)際剩余動(dòng)校正量的求取過程中采用沿 t軸滑動(dòng)時(shí)窗的方法,同時(shí)考慮地震同相軸在時(shí)間上前后順序的約束關(guān)系,即判斷求取的剩余動(dòng)校正量是否造成了串相位。一般情況下,利用事先給定的剩余動(dòng)校正量的值域范圍,使目標(biāo)函數(shù)式 (3)在該值域范圍內(nèi)達(dá)到最大化,可以得到一個(gè)比較精確的剩余動(dòng)校正量。

1.3 剩余動(dòng)校正量的消除

利用上一步得到的剩余動(dòng)校正量,對于地震道上的每一點(diǎn),在時(shí)頻域中補(bǔ)償剩余動(dòng)校正量對應(yīng)的相位,得到修正后的頻譜為

最后利用修正后的頻譜重構(gòu)得到消除剩余動(dòng)校正量后的地震道為

式中,IFFT(·)為一維反傅里葉變換。

2 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的有效性,將所提出的方法應(yīng)用于合成數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)處理。

2.1 人工合成數(shù)據(jù)處理

圖 1是一個(gè)人工合成地震道集,該道集存在剩余動(dòng)校正,并疊加了信噪比為 30 dB的噪聲。圖 2中給出了該道集對應(yīng)的模型道和對該模型道進(jìn)行 S變換的振幅譜,圖 3是利用所提出方法對該道集進(jìn)行剩余動(dòng)校正后的結(jié)果。對比圖 1和圖 3,可以清楚地看到經(jīng)過校正后的剩余動(dòng)校正量得到了很好的消除。

圖 1 人工合成地震道集Fig.1 Manual synthetic seis m ic gathers

圖 2 模型道及其 S變換振幅譜Fig.2 M odel gathers and its S transform amplitude spectrum

圖 3 消除剩余動(dòng)校正量的道集Fig.3 Gathers after el im inating residual NMO

2.2 實(shí)際數(shù)據(jù)處理

在模型數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過實(shí)際地震資料的處理對所提方法開展了有效性測試。圖 4為剩余動(dòng)校正量消除前、后對應(yīng)的相同的連續(xù) 5個(gè)道集,其中每個(gè)道集有 18道數(shù)據(jù),采樣率為 4 ms,每個(gè)道集顯示了 1.72～2.22 s的數(shù)據(jù)。從圖中可以看出剩余動(dòng)校正量得到了有效的消除。

將圖 4中的第二個(gè)道集的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加,得到了一個(gè)疊加道。圖 5(a)部分顯示了第二道集處理前、后的疊加道。對應(yīng)兩個(gè)疊加道的振幅譜顯示在圖 5(b)。虛線是校正后的疊加道及其振幅譜,實(shí)線是處理前的疊加道及其振幅譜。從圖中可以看出,經(jīng)過本方法消除剩余動(dòng)校正量后,疊加道的分辨率得到提高,而且處理后疊加道的振幅譜較之處理前的得到了增強(qiáng),也說明處理后原始地震數(shù)據(jù)中的剩余動(dòng)校正量得到了有效的消除。

圖 4 剩余動(dòng)校正量消除效果對比Fig.4 Effect comparison before and after el im inat ing residual NMO

圖 5 剩余動(dòng)校正量消除前后的疊加道及振幅譜Fig.5 Stacked gathers and amplitude spectrum before and after el im inating residual NMO

對上述疊加道進(jìn)行 S變換。圖 6為剩余動(dòng)校正量消除前、后疊加道的 S變換振幅譜?？梢钥闯鼋?jīng)過本方法處理后,疊加道的有效頻帶變寬,幅度增強(qiáng),說明共成像道集經(jīng)過本方法處理后同相性增強(qiáng),原始道集中的剩余動(dòng)校正量得到了有效的消除。

疊前地震道集的校平處理,從原始資料的品質(zhì)上為疊前地震屬性和反演提供了良好的基礎(chǔ)保障,通過后續(xù)更進(jìn)一步開展反演試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)用工作,驗(yàn)證了經(jīng)過該技術(shù)校平后的道集數(shù)據(jù)有助于提高疊前屬性分析的精度。

圖 6 剩余動(dòng)校正量消除前后的 S變換振幅譜Fig.6 S transform amplitude spectrum before and after el im inat ing residual NMO

3 結(jié) 論

(1)通過對地震信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分解,并在信號(hào)重構(gòu)時(shí)完成高精度的剩余動(dòng)校正量的消除,處理前后信號(hào)振幅不變,道集同相性增強(qiáng),疊加后信號(hào)有效頻帶變寬。

(2)利用近偏移距地震道的疊加道作為模型道,在有效消除剩余時(shí)差和校平同相軸的同時(shí),避免了疊前道集動(dòng)校拉伸畸變對模型道的影響,保證了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精度。

(3)合成和實(shí)際數(shù)據(jù)的處理結(jié)果證明該方法在消除疊前道集中剩余動(dòng)校正量方面具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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Application of seism ic gather flatten ing techn ique based on time-frequency analysis

SHEN Guo-qiang1,2,WANG Yu-mei2,MENG Xian-jun2,LU Wen-kai3,L IXia2
(1.College of Geo-Resources and Info rmation in China University of Petroleum,Dongying257061,China;2.Geophysical Research Institute of Shengli O ilfield,Dongying257022,China;3.School of Info rmation Science and Technology of Tsinghua University,Beijing100084,China)

In terms of the modern signal analysis theory and the experiment ofmodel data and actual data,the method based on time-frequency analysis to conduct pre-stack gather s moothingwas discussed through the research of el iminating the residual nor malmoveout(NMO)of the pre-stack gather.The results show that the amplitude remains unchanged afterprocessing,gather in phase increases,and the effective frequency band of the post-stack signal broadens by t ime-frequency decomposition seis mic signal and high-accuracy elimination residual NMO in signal reconstruction.Using sub-stack of near-offset seismic gather as amodel trace,the impactof the dynamic stretching distortion on themodel trace is avoidedwhen the residualmoveout is el iminated effectively and the event is flattened,thus the accuracy of the technology can be ensured.This method shows practicalness for eliminating the residualNMO in the pre-stack gather.

time-frequency analysis;model trace;gather flattening;residual nomalmoveout

P 631.4

A

1673-5005(2010)01-0034-03

2009-08-11

國家科技支撐項(xiàng)目(2006BAB03B02)

慎國強(qiáng) (1973-),男 (漢族),河南新密人,高級工程師,碩士,主要從事地震資料特殊處理和儲(chǔ)層綜合描述工作。

(編輯 徐會(huì)永)