謝裕江鄭金明劉高

1)蘭州大學土木工程與力學學院，蘭州730000

2)中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京100083

3)西北核技術研究所，西安710024

4)西部災害與環(huán)境力學教育部重點實驗室，蘭州730000

HFE在提高地震數(shù)據(jù)分辨率中的應用*

謝裕江1，2)鄭金明1，3)劉高1，4)

1)蘭州大學土木工程與力學學院，蘭州730000

2)中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京100083

3)西北核技術研究所，西安710024

4)西部災害與環(huán)境力學教育部重點實驗室，蘭州730000

提高地震數(shù)據(jù)分辨率是地震勘探中獲得高質量數(shù)據(jù)的關鍵，而分辨率與信噪比的相互制約關系是高分辨率處理的根本問題。本文基于反褶積的基本原理，采用壓縮子波的方法，對原始地震數(shù)據(jù)進行高頻拓展法(High Frequency Expanding，HFE)處理。通過測試子波壓縮參數(shù)，分析研究可選參數(shù)對地震資料分辨率和保真度的影響，確定最佳處理參數(shù)，并應用于實際地震資料處理中。應用結果表明，HFE處理后的地震資料，其品質得到了明顯的改善，處理后的剖面弱反射帶層間細節(jié)反射更為豐富，橫向變化清晰，頻帶變寬，分辨率得到了很大提高。

HFE;分辨率;時頻特性;薄互層

引言

在地震勘探中，提高地震資料的信噪比與分辨率一直是物探技術研究領域的主題[1]。針對該問題，國內(nèi)外發(fā)展了多種方法，如各類反褶積技術[2]和分頻處理技術[3-6]。雖然這些方法不同程度地提高了地震信號的分辨率，但目前隨著工程規(guī)模和深度的加大，勘探中對之提出了更高的要求，如油氣勘探及工程地質勘查中的關鍵性薄層，常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理方法對薄層縱向上分辨困難，地震響應隱含于薄互層復合響應中，加大了儲層預測的難度;又如隨著各大油田勘探開發(fā)的不斷深入，巖性及構造-巖性油藏已經(jīng)成為主要評價開發(fā)對象，尤其是深部勘探時高頻信號衰減較大，地震響應不明顯。因此，針對目標層是薄層和深層的問題，常規(guī)方法很難滿足需要，需要更為行之有效的方法來保持信噪比，提高地震信號的分辨率，提高地震資料識別薄層及深層的能力，以便獲得更多的地質信息。為此，本文嘗試采用高頻拓展法(High Frequency Expanding，HFE)，對原始地震數(shù)據(jù)進行處理，以提高地震數(shù)據(jù)的分辨率，實現(xiàn)對薄層和深層的識別。

1 HFE及其基本原理

高頻拓展法(High Frequency Expanding，HFE)是一項全新的數(shù)據(jù)處理方法，有助于提高反演對薄互層的識別精度，徐衍和[7]、袁紅軍等[8]曾對其有過相應介紹。由于地層對地震波中高頻成分的強烈吸收，地面接收的地震記錄中高頻信息相對于低頻信息極弱，地震資料高分辨率處理的任務是盡可能地加強地震信號中有效反射波的高頻成分，這是高頻拓展法的基本思路。HFE認為，地震記錄是反射系數(shù)序列在頻率空間低頻端的投影，而將頻率空間低頻端的地震記錄反投影到更寬更高的頻帶，可以達到拓寬頻帶提高分辨率的目的。HFE高頻拓展等效于將一個由低頻子波形成的地震數(shù)據(jù)轉換為由高頻子波形成的地震數(shù)據(jù)，加強地震信號中有效反射波的高頻成分，從而提高分辨率。

低頻子波形成低分辨率地震記錄y(t)和高頻子波形成高分辨率地震記錄h(t)可分別表示為:

式中，a為子波壓縮參數(shù)，即低頻子波到高頻子波的壓縮倍數(shù)，r(t)是反射系數(shù)，w(t)是地震子波。

HFE高頻拓展方法的實質是在已知低頻子波y(t)的情況下，通過選定合適的a值，利用(2)式求解高頻子波h(t)，從而得到高分辨率地震數(shù)據(jù)。

但(1)式中r(t)和w(t)未知，求解(2)式時，不需要已知子波，這樣就避免了求取子波方法上存在的問題。由于不需要子波，HFE就可以保持地震子波時變、空變的相對關系，保持地震數(shù)據(jù)的時頻特性和波組特征。

2 HFE參數(shù)選取

子波壓縮參數(shù)a是HFE處理方法中最關鍵的處理參數(shù)，a的大小直接確定了拓頻所能達到的最高頻率fa，fa永遠小于截止頻率并且受到原始數(shù)據(jù)品質(主要是信噪比和信號有效頻帶寬度)的直接限制。

2.1 HFE參數(shù)描述

數(shù)據(jù)品質可以理解為原始數(shù)據(jù)的信息量。當信息量確定后，如果最高頻率選取過高(即子波壓縮程度參數(shù)值過大)，拓頻而得的部分頻率成分可信度會有所降低，影響拓頻的處理質量[8]。試驗時發(fā)現(xiàn)，當a＞2時，整個地震剖面雖然層間反射增加，但與井上記錄不吻合，拓頻得到的成分可信度不高。因此，選定1＜a≤2。

2.2 HFE參數(shù)試驗

我們首先根據(jù)目的層段的位置將整個地震剖面分為3個層段，淺層段(0.0～0.75 s)、目的層段(0.75～2.25 s)、目的層底以下段(＞2.25 s)，大致給定淺層段、目的層段、目的層底以下段對應一個a值。其次以給定的3個a值為中參數(shù)組，選擇一條有代表性的聯(lián)井線，反復進行多井低、中、高3種拓頻參數(shù)試驗(表1)。

實驗得出，當1＜a≤2時，隨著a值的增大，地震資料的分辨能力得到了提高，在整體剖面基本結構不變的前提下，增加了許多相位，豐富了剖面結構的細節(jié)，改善了反射連續(xù)性，且與井上的合成記錄吻合度較好。多次試驗結果表明:較低參數(shù)與中參數(shù)而言，高參數(shù)組層間反射細節(jié)增加最多，橫向變化更清晰，且分辨出來的一些薄互層能夠與測井曲線有很好的吻合，最終確定高參數(shù)組為合適的參數(shù)組(圖1和圖2)。

表1 子波壓縮參數(shù)a值

圖1 HFE處理前后地震數(shù)據(jù)間的對比

圖2 井合成記錄與拓頻前后地震數(shù)據(jù)間的對比

3 HFE拓頻效果及驗證

研究區(qū)地震資料分辨率偏低，無法滿足薄層的識別及油氣藏描述需要，因此，對該區(qū)二維地震數(shù)據(jù)共32條測線選擇高參數(shù)組進行了HFE拓頻處理。

3.1 時頻分析

從HFE拓頻前后時頻分析圖可看出，在目的層段頻率范圍從10～40 Hz拓寬到10～75 Hz，拓寬35 Hz左右，達到了預期效果，并且基本保持了原始數(shù)據(jù)的信噪比、相對振幅關系和時頻特性(圖3)。

3.2 井旁道合成記錄對比及驗證

圖3 某測線地震數(shù)據(jù)HFE處理前后的時頻分析圖

圖4 HFE處理前后合成記錄對比圖

通過研究區(qū)S區(qū)塊S-18井HFE拓頻前后井旁道合成記錄可以看到，HFE拓頻前后合成記錄與井旁地震道都有很好的吻合度，原數(shù)據(jù)中與合成記錄吻合較好的層位，在HFE處理后也能夠很好地吻合，從橢圓圈內(nèi)可看到，拓頻后地震層間反射增加，分辨出來的薄層能夠與測井曲線有很好地吻合，驗證了拓頻結果真實可靠(圖4)。

3.3 過井剖面對比及驗證

通過過S-18井剖面對比分析可知，如圖5圓圈部分，原始地震剖面由于分辨率較低，目的層段在測井曲線上有明顯界面處原始地震數(shù)據(jù)也未能有所反映，而HFE拓頻處理后這些地方，在地震剖面上都有好的反映。經(jīng)HFE處理提高分辨率后，目的層段所在大波谷反射被分辨出幾個反射，揭示了地層間的細節(jié)接觸關系，有利于薄層的識別。此外，通過與測井曲線的對比驗證，可看出HFE處理結果中分辨出來的薄層能夠與測井曲線很好地吻合。說明了HFE拓頻而得到的高頻信息真實可靠(圖5)。

圖5 HFE處理前后地震剖面比較

4 結論

本文從HFE處理技術的原理入手，分析了HFE處理的特點，簡要介紹了HFE處理中子波壓縮參數(shù)a的選取，并通過研究區(qū)油氣田的實際應用得到了明顯效果，主要體現(xiàn)在:

(1)主頻提高、頻帶拓寬;

(2)地震反射層位的地質意義更明確、地震信息更加豐富、層間薄層反射明顯;

(3)合成記錄與地震資料吻合率更高;

(4)反映地震屬性更精細。

應用結果表明，該方法可以更好地為薄互儲層反演、油氣藏描述提供可靠的基礎資料，實際應用中已證實了該方法的有效性。鑒于HFE拓頻處理效果對原始數(shù)據(jù)的品質依賴較大，處理之前應盡量對原始數(shù)據(jù)進行保真處理。

(作者電子信箱，謝裕江:xieyj2010@lzu.edu.cn)

[1]王衛(wèi)華.提高地震剖面信噪比和分辨率的一種新途徑.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]馬朋善，王繼強，劉來祥，等.Morlet小波分頻處理在提高地震資料分辨率中的應用.石油物探，2007，46(3):283-287

[4]惠長松.分頻處理技術在儲集體識別中的應用.石油地質與工程，2009，23(4):41-48

[5]劉文霞.分頻處理技術在遼河深層地震資料處理中的應用.石油物探，2001，40(2):116-120

[6]楊貴祥.基于協(xié)調(diào)頻率與分頻處理的高分辨率反演技術.石油物探，2005，45(3):242-244

[7]徐衍和.優(yōu)化高頻拓展法在煤田勘探中的應用.中國煤田地質，2006，18(4):52-55

[8]袁紅軍，吳時國，王箭波，等.拓頻處理技術在大牛地氣田勘探開發(fā)中的應用.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。