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高精度三维地震资料处理方法研究

发表时间：2021/9/6 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：陈海军

[导读] 以高精度三维地震勘探资料作为研究对象，针对研究区噪音的类型和特点，应用联合多域去噪技术压制了面波、异常噪音、线性干扰且保留低频有效信号；地表一致性振幅补偿消除了地震波在浅、中、深层能量差异，使得振幅在纵向和横向上都能达到均衡；地表一致性反褶积消除地表激发、接收条件的变化造成的地震子波横向上的不一致性的问题，压缩地震子波，展宽频谱，提高地震资料纵向分辨率，同时保证有合理的信噪比。

北京京能油气资源开发有限公司陈海军北京 100022

摘要：以高精度三维地震勘探资料作为研究对象，针对研究区噪音的类型和特点，应用联合多域去噪技术压制了面波、异常噪音、线性干扰且保留低频有效信号；地表一致性振幅补偿消除了地震波在浅、中、深层能量差异，使得振幅在纵向和横向上都能达到均衡；地表一致性反褶积消除地表激发、接收条件的变化造成的地震子波横向上的不一致性的问题，压缩地震子波，展宽频谱，提高地震资料纵向分辨率，同时保证有合理的信噪比。层析静校正技术解决长波长静校正问题的基础上，地表一致性剩余静校正迭代技术。基于偏移距矢量片宽方位处理方法，以及解决宽方位采集的各向异性问题，主要包括OVT道集的抽取、数据规则化、OVT域叠前时间偏移以及方位各向异性校正等技术；偏移前进行Radon域进行多次波处理进行处理在保证偏移前CMP道集质量的前提下进行了Kirchhoff叠前时间偏移，用叠加速度作为初始均方根速度，利用叠前时间偏移和速度分析多次迭代进行速度模型修正，最终使得CRP道集拉平，实现共反射点叠加。
关键词：联合多域去噪；OVT域规则化；地表一致性反褶积；层析静校正；剩余静校正迭代；叠前时间偏移；高精度三维地震数据处理
        前言
        采集的三维地震资料具有全方位（纵横比0.86）、较高密度（CMP面元20mX20m）及高覆盖次数的特征。针对页岩气储层的低波阻抗、弱反射、强均质性和强各向异性，地质任务要求地震处理高保真、高信噪比、高分辨率的“三高”要求；去噪并保护有效信息、不破坏AVO特征，尽可能提高资料的信噪比，以识别具有弱反射特征的波组，识别薄互层。
        1采集概况及难点
        工区所处的南华北地区是由济源～中牟～黄口凹陷带、通许（或太康）隆起、周口坳陷、新蔡（或息县）隆起、信阳坳陷等组成的新生代沉积区，东、西两侧分别为徐淮隆起和豫西隆起，东部及南部边界分别是郯庐和伏牛～大别山两条巨型的断裂带，地理位置是北纬31°00′～35°00′、东经110°00′～118°00′，横垮河南省中南部、安徽省北部和江苏省西北部，面积约18万平方千米。
        本轮采集参数采用宽方位角采集能较好的满足储层的预测的数据要求，如三维数据的炮点和检波点位置图、覆盖次数图、可以看出炮点布设不规则导致其覆盖次数及其不均匀。
        2技术对策及处理流程
        主要的处理思路①层析静校正；②地表一致性振幅补偿；③多域联合去噪④稳健地表一致性反褶积；⑤OVT域3D-MPFI解决空间采用不规则问题。
        3处理关键性技术
        3.1静校正
        只有静校正问题解决后才能够更好的描述有效信号和噪声的差异，由于高频静校正影响成像的精度，而低频静校正则影响构造的形态，因此解决静校正问题对于去噪和偏移成像都至关重要。
        第一类：基于初至拾取的折射及折射层析类算法，最终选择偏移范围在50-2000m，反演的层数为5层，基准面替换速度1800m/s。

        第二类：基于反射波的剩余静校正可以有效的求取地表一致性中短波长剩余静校正，利用反褶积后数据作为输入，显示结果可以看出速度谱更加收敛、道集和叠加效果更清晰。
        3.2 高保真振幅补偿
        由于工区地表因素的影响，资料振幅差异大，造成炮间和道间振幅差异大。为了更好区别噪声和信号，去噪前需进行振幅级别校正和初步的球面扩散补偿或地表一致性振幅补偿处理。
        3.2.1球面扩散振幅补偿
         地震记录的振幅的变化与时间有关，振幅的变化范围也很大。几何扩散、传播过程中的能量损失、层间多次反射及非弹性损耗，都是振幅衰减的原因。振幅处理中主要有球面扩散振幅补偿、Q补偿、地表一致性振幅补偿、透射损失补偿等。
        3.2.2地表一致性振幅补偿
        地表一致性振幅补偿可以消除因地表激发接收条件差异造成的地震波振幅空间分布的不均匀。这些不均匀可以认为是由震源、检波点以及炮检距导致的，而不是由于地下地质特征差异造成的，统计并计算空间补偿因子，达到空间能量差异的补偿，其目的主要用于去噪。
        3.3联合多域去噪
        针对环境、工业干扰、面波、散射面波、导波等各类去噪处理常用的域有十字排列域、炮域、检波点域、CMP域、OVT域等。主要的处理技术如下：
        ①应用野外静校正量后，对地震数据进行地表一致性振幅补偿；②炮域对异常振幅压制；③交叉排列域压制地滚波等线性噪音④自适应谱编辑方法对低频强振幅进行压制；⑤在CMP域对残余噪音进行压制。
        3.4地表一致性反褶积
        对陆上资料，近地表激发和接收条件差异不仅对地震波能量造成了较大的影响，同时也会造成地震子的波畸变。对地震子波进行适度的压缩，尽可能展宽有效信号的频带，提高地震资料的分辨率，而许多常规的地表一致性反褶积方法受非一致性噪音干扰，不能求解出稳定有效的算子。非地表一致性的噪音，如地滚波，或环境异常振幅噪音会破坏地表一致性的分解，进而使算法容易受噪音影响，地表一致性稳健反褶积方法在反褶积分析后的数据上通过限制有效信号范围外的低频和高频噪音的成分，在分解和应用时只对有效频段内的信号频段进行频带展宽，从而提高反褶积的频带宽度和分辨率，该方法除了考虑地表一致性情况外，还考虑到了噪音对于子波的影响，能够更加好的稳定地震子波相位特征。它在进行反褶积计算的同时，也会分析数据的振幅能量地表一致性特征，补偿由于地表情况变化导致的能量不均衡现象。
        3.5 OVT域处理及规则化
        3.5.1OVT道集的抽取
        OVT是数据重排的一种新方法，OVT是十字排列道集内的一个数据子集，在一个十字排列内按照一倍的炮线距与一倍的检波线距划分出来的，规则分布的炮检点数据单元。在OVT处理中，首先要对数据进行抽取，输出得到矢量系统的绝对坐标、X和y方向的偏移距分组、方位角等信息。通过OVT的抽取方式分析，规则观测系统中的OVT道集具有以下特点：(1)OVT道集的个数与覆盖次数相等；(2)每个OVT都是由固定范围之内的炮检点组成；(3)每个OVT道集都是均匀规则的一次覆盖数据，因此动校正后的OVT道集相当于一个单次覆盖的叠加数据体网。
        3.5.2OVT体数据规则化
        在偏移处理过程中，对地震数据的规则化具有严格的要求，尽管在设计地震采集观测系统时会努力使观测系统的各个参数规则化，但是，由于受到采集工区环境的限制，不可避免地会出现观测系统不规则的现象，共中心点道集在空间上的位置分布不均匀，覆盖次数不规律，空间采样不均，从而导致偏移噪声等问题，降低成像质量。传统的数据规则化技术通常在共炮检距域进行数据插值，计算插值因子所用的地震数据来自不同的方位。对于方位各向异性较小的地区或者窄方位数据，这种方法一般也能获得较好的插值效果，但是对于构造倾角较大或者方位各向异性较强的宽方位数据，插值效果不够理想。与共炮检距道集相比，OVT域道集自身的优势使其更加有利于数据规则化技术的应用。在OVT域内，计算插值因子所用的地震数据具有固定的炮检距范围和方位角，因而具有更好的数据相似性，可以更加合理地求取插值因子，并可以取得更好的插值效果。
        3.5.3OVT域叠前时间偏移
        目前，常用的叠前偏移方法是共炮检距域偏移，由于受观测系统的影响，共中心点面元内不同炮检距的覆盖次数分布不均匀，近、远炮检距覆盖次数低，而中炮检距覆盖次数高，实际地震资料中常见近、远炮检距的共炮检距道集有明显的空洞，这种情况常常导致偏移后CRP道集存在振幅不均衡的现象，不能够真实反映地下地层的情况。OVT域偏移与常规偏移方法相同，都是基于克西霍夫积分法叠前时间偏移方法，只是输入的道集不同。常规偏移输入的道集为共炮检距CMP道集，OVT域偏移的输入数据为OVT道集。OVT域偏移
后的道集，能量趋于一致，保留了完整的方位角和偏移距信息，有利于进行后续属性析、储集层预测、裂缝检测和流体识别，是叠前偏移理想的道集。
从偏移剖面可以看出，对于高角度成像和断裂刻画OVT偏移针对目的层段有着明显的优势。
        3.6叠前时间偏移及后续处理
        3.6.1叠前时间偏移
        常规处理中叠加是建立在水平层状介质及横向速度连续变化的基础上的，因此对构造起伏及横向速度剧烈变化的情况，它不能满足斯奈尔定律，造成速度分析的多解性，无法实现真正的共反射点叠加和准确的成像。通常的叠后时间偏移都假设叠加剖面是零炮检距剖面，但是当同一时间的反射具有不同的叠加速度时，叠加质量就会降低。当水平同相轴与倾斜同相轴相交时，我们只能取适合其中之一的速度，而不能两者兼顾，因为零炮检距剖面不论倾角如何都应保留所有的同相轴，因此在倾角不一致时，叠加剖面不等同于零炮检距剖面。叠前时间偏移，直接对道集进行偏移归位，不经过中间叠加等处理环节，在横向速度变化不剧烈的情况下，叠前时间偏移把存在于每一记录道中的反射波能量偏移到它的真实地下位置，实现地震反射波的正确归位。
目前常用的叠前时间偏移方法是克希霍夫积分法，此种方法需要对一些重点参数进行试验：
        （1）偏移孔径
        偏移孔径的选择往往决定了偏移效果和偏移效率，孔径选择太大不仅会影响偏移效率，而且产生偏移噪声，选择太小，水平方向采样不足，偏移结果会出现假频。叠前时间偏移孔径受三方面因素控制：确定的最大反射界面倾角、输入数据道长、旅行时孔径。
        根据反射波和绕射波时差大小，理论上可以确定最佳孔径的位置范围，在实际资料处理应用时，则存在难以实现的困难，主要是难以精确地计算地下每一点反射波走时，对于地下任意一点的反射波走时的计算不仅需要花费大量的机时，更为困难的是反射波走时的计算不仅取决于速度—深度模型，而且依赖于地下每点处的构造倾角，且构造倾角小的变化，会使反射波走产生大的变化。参考计算最大偏移孔径的经验公式： R=H*tanθ+OFFSETmax。
其中: R为最大偏移孔径；H为地层深度；θ为地层倾角，取全区最大地层倾角；OFFSETmax为最大偏移距。
        （2）反假频因子试验
        Kirchhoff 偏移是将空间和时间上的离散的输入数据求和。尽管输入数据在时间方向采样是充足的，但它在空间上常常是不足的。有时即使输入数据是用小道距记录的为的是对大倾角同相轴成像，但是偏移算子在空间上的采样与仍然可能存在不足，这是因为沿偏移求和轨迹的算子倾角对于给定的输入道距和频率成分过陡了，从而产生假频问题。为消除假频问题，沿偏移轨迹求和的样点必须满足倾角Nyquist采样准则：

        偏移孔径越大，目的层以下画弧较明显，为了避免画弧，最终选择4500m的偏移孔径，最大地质倾角60°，反假频因子根据以往经验选择一倍面元大小20m。
        3.6.2偏移后去多次
        为保证偏移成像的质量，偏移后去多次并且进行速度调整使速度相对准确保障较高质量的道集。在偏移后进行速度的重新拾取及多次波的去除，针对多次波去除的速度谱及叠加剖面显示，可以看出速度谱表现去多次后更为收敛，道集更加清楚有益于速度分析，叠加上更为连续自然。
        3.6.5空间剩余相对振幅补偿
        该方法防止在叠前时间偏移中的划弧现象。当目标道的振幅相对于相邻地震道出现显著增强时就会在偏移后的剖面上产生同相轴的弧，这通常是由于强振幅噪音道或地层上覆岩性突变引起的振幅差异造成的。除了会导致偏移划弧之外，这些遗留在数据中的问题还会形成错误的AVO响应。因此该技术能够保留随着时间和偏移距的能量衰减趋势，同时压制由采集或者上覆构造产生的短波长异常能量，很好的消除垂向和横向的能量不均现象，有效的压制采集脚印。
        4 处理效果及建议
        通过原始资料分析，结合地质目标和处理要求，分析了处理难点，在进行了大量试验基础上，采取了有针对性的处理技术和措施，取得了比较好的效果。图4-1-1为最终常规叠加剖面和叠前时间偏移成果剖面，可以看出断点断面清楚，信噪比相对提高，叠前与叠后偏移比较显示，叠前时间偏移分辨率较高。
        图4-1-2可以看出，剖面整体质量较高，背景干净，断点、断面清晰。但是还存在着处理上的不足，OVT域浅层600ms以上整体不如offset域偏移，中深层OVT域与offset域相当，中层连续性局部区域offset域不如OVT域。
        图4-1-3，4时间切片显示。可以看出，断层断面清晰，采集脚印不明显，构造横向有差异，并且西姜寨大断层西部地层有局部剥蚀存在，断层东部信噪比较高，波组较全。

         图4-1-3 最终偏移叠加体1500ms时间切片显示         图4-1-4 最终偏移叠加体2500ms时间切片显示
        通过对本通过对本工区采集数据处理分析，结合本地区地表条件和地下构造特点，我们有以下建议：
        （1）虽然垂向上横向上各向异性微弱，如需进一步研究，建议采用叠前深度偏移解决此类问题。
        （2）本次采集道距，线距稍大，造成了低速面波的假频化，严重污染了信号；采用较小道间距采集可以对面波充分采样，这样面波在处理中可被有效的去除；本地区地下小断块发育，采用较小的道间距还可以提高空间分辨率，有利于本地区小断块准确成像；建议本地区采用较小的道间距进行采集以利于噪声的去除以及地下小断块的成像；
        （3）本地区资料的特点是近、中偏移距成像，采集时最大偏移距保持在4800m左右；
        （4）本地区采集数据近、中偏移距存在异常振幅（1500m偏移距范围内），这一问题的存在非常不利于浅层成像以及影响目的层偏移画弧，炮点布设不规则导致覆盖次数不均匀，振幅一致性处理难度大，OVT域表现尤为明显，尽量规则采集。
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