地震資料低降速帶地震吸收補(bǔ)償反濾波器研究

1地震資料處理和地震勘探利用井深描述的反濾波器低速帶層對地震信號的高頻分量有嚴(yán)重影響，尤其是在沙漠地區(qū)。深層低速帶的沙子層嚴(yán)重衰減了地震信號的高頻分量，顯著降低了沙漠地區(qū)地震數(shù)據(jù)的分辨率，并影響了性質(zhì)的詳細(xì)解釋和儲層的描述。為提高地震剖面的分辨率,黃永平等通過高分辨三維地震采集技術(shù)2吸收補(bǔ)償反濾波器的基本原理就微測井來說,炮點深度可以用井深描述為z反算子利用最小平方法求解方程(2),可以得到維納方程Ap其中:A是一個矩陣,為x在時間域,可以采用萊文遜算法求解方程(3),也可以在頻率域求解方程(2),對方程(2)兩邊做傅氏變換,有其中:X將式(4)改寫為式中α表示噪聲。式(5)即為衰減補(bǔ)償反濾波器。3實例分析3.1下底部砂層結(jié)構(gòu)鄂爾多斯盆地北部塔巴廟地區(qū)表層主要為沙漠覆蓋,地形起伏不大,表層(沙層)為兩分結(jié)構(gòu):上半部分為干沙層,稱為低速帶,縱波速度為300～700m/s,厚度為1～25m;下半部分為含水沙層,隨著由下而上含水量的減少,地震波的層速度在不斷降低,稱為降速帶,縱波速度為1500～1800m/s,厚度為20～60m。沙層以下為基巖層,稱為高速層,縱波速度為2500～3200m/s。低降速帶的厚沙層對地震信號的高頻成分吸收嚴(yán)重,使得深層地震反射信號分辨率明顯降低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高分辨地震勘探的要求。3.2高頻成分對比在地震工區(qū)依據(jù)低降速帶厚度的不同選擇若干個點進(jìn)行微地震測井試驗。圖1為井中雷管激發(fā)、檢波器地面接收(接收點距井口5m)的典型微測井?dāng)?shù)據(jù)(只保留直達(dá)波部分)。采樣間隔為0.25ms,24～25m深度處為低降速帶的分界。從圖1可以看出,在深度為50～25m之間,隨著炮點的提升,地震信號的高頻成分有明顯增加的趨勢;在深度為24～5m之間,相對降速帶而言,直達(dá)波所含低頻成分較多,隨著炮點的提升,頻率變化不明顯,甚至有降低的趨勢。這是因為,24m以上是干沙層,震源在該層激發(fā)的地震子波的頻率就低于降速帶中激發(fā)子波的頻率?？梢?在干沙層中激發(fā),隨著炮點的提升,地震波的頻率變化并不明顯,甚至有降低的趨勢。圖2為炮點深度為50m和26m時所采集地震記錄直達(dá)波部分的功率譜對比。從圖2可以看出,炮點的位置越深,高頻成分損失越嚴(yán)重。對于石油地震勘探有效頻帶內(nèi)的頻率成分,例如100～200Hz,炮點位置越深,高頻成分損失得也越多。從而表明了近地表沙層對高頻信號的吸收作用是比較嚴(yán)重的。為驗證方法的有效性,實際數(shù)據(jù)取自華北石油局第四物探大隊在塔巴廟地區(qū)沿585測線采集的二維地震數(shù)據(jù),測線總長度為37.14km,道間距為30m,偏移距為120m,炮點間距為120m,每炮道數(shù)為192,采樣間隔為1ms,記錄長度為4096ms。3.3觀測實驗結(jié)果分析對585線二維數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)疊加處理,得到常規(guī)疊加剖面。所用處理流程為:預(yù)處理(道編輯、道切除、反褶積、帶通濾波等),靜校正,動校正,水平疊加等。采用高頻補(bǔ)償步驟如下:首先利用不同炮點深度的直達(dá)波數(shù)據(jù),求出不同厚度沙層的吸收補(bǔ)償反濾波器;然后,對常規(guī)疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行吸收補(bǔ)償反濾波處理,其微測井速度曲線及處理前、后的疊加剖面如圖3所示。由圖3可以看出,補(bǔ)償后疊加剖面的信息量增加,反射同相軸變細(xì),而且補(bǔ)償后疊加剖面出現(xiàn)了新的清晰的反射同相軸,和測井曲線吻合較好。這表明補(bǔ)償后的疊加數(shù)據(jù)高頻成分的反射能量大大增加,分辨率有了較大提高。圖4為補(bǔ)償前、后疊加數(shù)據(jù)對應(yīng)的頻譜分析圖。由圖4可以看出,補(bǔ)償前對應(yīng)的頻譜頻率從80Hz處開始有明顯衰減,而補(bǔ)償后對應(yīng)的頻譜頻率成分豐富,優(yōu)勢信噪比頻帶被展寬,且譜值分布相對均勻,衰減較慢。這表明吸收補(bǔ)償處理后的疊加數(shù)據(jù)高頻成分得到了較大程度的補(bǔ)償,而且由頻譜分析圖還可以看出,補(bǔ)償后數(shù)據(jù)的低頻成分基本不變,表明補(bǔ)償處理保護(hù)了低頻成分。為了檢驗高頻成分的有效性,對疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行了分頻掃描處理。圖5為80～150Hz的疊加剖面補(bǔ)償前、后的對比圖。由圖5可以看出,在80～150Hz范圍內(nèi),常規(guī)疊加剖面已經(jīng)沒有連續(xù)的地震同相軸,但是從吸收補(bǔ)償后的疊加剖面上仍然可以清晰地看到8個地震同相軸,而且這8個同相軸與測井?dāng)?shù)據(jù)基本吻合,證明其有一定的地質(zhì)意義。這充分表明了圖4中高頻成分是有效的。6反濾波器的應(yīng)用出現(xiàn)的問題(1)通過分析微測井?dāng)?shù)據(jù),表明震源分別在低速帶和降速帶激發(fā)時,后者激發(fā)出的地震子波遠(yuǎn)比前者的頻率要高,但低降速帶沙層對地震信號頻率和能量的吸收嚴(yán)重。(2)吸收補(bǔ)償反濾波器的應(yīng)用表明,吸收補(bǔ)償可以有效地拓寬疊加數(shù)據(jù)的頻帶寬度,有利于提高分辨率,保護(hù)低頻成分。進(jìn)而說明可以利用微測井資料補(bǔ)償?shù)徒邓賻У奈兆饔脤?dǎo)致的頻率衰減。(3)求取吸收補(bǔ)償反濾波