地震信號(hào)能量均一化對(duì)成像精度的影響

地震信號(hào)能量均一化對(duì)成像精度的影響

20世紀(jì)90年代以前，還研究了重疊前時(shí)間偏移技術(shù)，但由于重疊前偏移機(jī)的大量重新啟動(dòng)成本，磁盤和硬盤容量的體積需要很大，因此重疊后偏移法在實(shí)際應(yīng)用中是采用的。從90年代開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，疊前時(shí)間偏移技術(shù)才逐步發(fā)展和應(yīng)用。而且隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，常規(guī)的疊后時(shí)間偏移處理已不能滿足現(xiàn)有的勘探需求。與此同時(shí)，為進(jìn)一步發(fā)掘蘊(yùn)藏在老資料中的地質(zhì)信息，疊前時(shí)間偏移處理已開始大規(guī)模實(shí)行。目前主流的地震資料處理系統(tǒng)疊前時(shí)間偏移模塊設(shè)計(jì)思想大同小異,只是實(shí)現(xiàn)方法有所不同。我們使用的處理模塊以克希霍夫積分法為理論基礎(chǔ),是一種疊前的全偏移,適用于地層傾角大、構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)。克?；舴蚱频膶?shí)質(zhì)是沿繞射雙曲線作振幅疊加。由此可知,地震信號(hào)能量的均一化和保幅處理對(duì)成像精度的影響極大。但在疊前時(shí)間偏移處理中，經(jīng)常遇到卻比較棘手的一個(gè)問題就是能量不均衡問題。采用地表一致性振幅恢復(fù)手段,主要包括球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償和剩余能量補(bǔ)償?shù)?以解決不同記錄之間及同一記錄內(nèi)不同偏移距道集之間反射振幅的能量差異。一、振幅保持處理在地震勘探中，通過觀測(cè)可以直接記錄下來的最重要的參數(shù)是反射波的到達(dá)時(shí)間t和反射波振幅A。要利用反射波振幅信息就要充分了解影響反射波振幅的各種因素，以便從觀測(cè)資料中消除各種干擾因素，使反射波振幅僅僅（或主要）反映要了解的地質(zhì)因素。影響反射波振幅的因素是很多的，要消除這些因素的影響就要采用一些相對(duì)振幅保持處理方法。目前對(duì)數(shù)據(jù)振幅的處理方法很多，按其用途的不同大致可以分為兩種：一種常常是為了地震資料的顯示而加的，另一種是對(duì)地震波在傳播過程中的能量損耗進(jìn)行補(bǔ)償。振幅補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ趹?yīng)用軟件包內(nèi)統(tǒng)稱為振幅增益處理。主要有球面發(fā)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償、剩余能量補(bǔ)償、幾何排列補(bǔ)償、小波變換頻率補(bǔ)償?shù)鹊?。下面著重討論球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償和剩余能量補(bǔ)償三方面。二、基本原則和實(shí)施方法(一)幾何擴(kuò)散校正野外采集到的地震波,由于其能量的發(fā)散和衰減以及地層的吸收作用,導(dǎo)致地震波能量在縱向上表現(xiàn)為淺層能量強(qiáng),中、深層能量弱;近炮點(diǎn)能量強(qiáng),遠(yuǎn)炮點(diǎn)能量弱。這樣不但不能真實(shí)地反映地下地質(zhì)界面反射的強(qiáng)、弱,也影響了疊加成像、偏移歸位的效果。為了校正能量的發(fā)散和衰減以及地層吸收作用的影響,一般采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償，對(duì)數(shù)據(jù)加一增益恢復(fù)函數(shù)以校正波前（球面）擴(kuò)散對(duì)振幅的影響。增益是一種時(shí)變比例，這種比例函數(shù)根據(jù)所期望的規(guī)則確定。這就是加一幾何擴(kuò)散函數(shù)g(t)，將它與在每一時(shí)間抽樣上的道振幅相乘。而幾何擴(kuò)散函數(shù)g(t)依賴于與在特定測(cè)區(qū)一次反射波有關(guān)的平均一1次r波從概念上說，一個(gè)單炮可想像作一個(gè)點(diǎn)震源，它產(chǎn)生一個(gè)球面波場(chǎng)。地球?qū)λ鶄鞑サ牟▓?chǎng)產(chǎn)生兩個(gè)影響。在均勻界質(zhì)中，能量密度衰減正比例于，這里r是波前半徑。波振幅正比于能量密度的平方根，它隨1r衰減。這對(duì)沒有吸收的均勻界質(zhì)是真實(shí)的。對(duì)于層狀界質(zhì)振幅近似地按減弱(Newman,1973)，這里t是雙程旅行時(shí)。因此幾何擴(kuò)散補(bǔ)償?shù)脑鲆婧瘮?shù)表達(dá)式為式中：v(t)是在測(cè)量區(qū)域平均的一次反射（只反射一次）的均方根速度；v(0)是在特定時(shí)刻t(0)時(shí)的速度值。實(shí)際上速度常隨深度增加，它使波前進(jìn)一步發(fā)散，振幅也隨距離衰減更快。其次原始震源信號(hào)的頻率成分在傳播過程中也以時(shí)變方式改變。實(shí)際上，高頻比低頻更快地被吸收，這是因?yàn)閹r石本身的衰減。幾何擴(kuò)散校正不能像恢復(fù)低頻振幅那樣多地恢復(fù)高頻振幅，因?yàn)楦哳l遭受了較強(qiáng)的吸收。吸收影響必須用修改信號(hào)的振幅譜來消除，也就是使譜加寬。反褶積和時(shí)變譜加白可以達(dá)到這個(gè)目的的處理。(二)地表一致性振幅補(bǔ)償為了校正能量的發(fā)散和衰減以及地層吸收作用的影響，對(duì)地震數(shù)據(jù)使用了球面幾何擴(kuò)散補(bǔ)償。但是經(jīng)過補(bǔ)償?shù)膯闻跈M向能量變化較大,炮間能量變化也較大,導(dǎo)致初疊剖面上存在嚴(yán)重的橫向不均勻性,反射波振幅特征不能充分反映巖性的變化。因此在流程中加入地表一致性振幅補(bǔ)償,其目的是消除由于激發(fā)、接收以及地層各向異性等因素引起的各炮、各道間的能量差異。這兩種振幅補(bǔ)償結(jié)合使地震資料在縱、橫向都得到了補(bǔ)償。振幅補(bǔ)償是高保真處理的關(guān)鍵,故一定不能使用不保幅的振幅補(bǔ)償模塊。地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)闹饕枷胧窃诮o定的時(shí)窗內(nèi)拾取計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)值作為振幅計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（拾取時(shí)為了使所拾取的參數(shù)準(zhǔn)確，可以對(duì)輸入的地震數(shù)據(jù)做適當(dāng)?shù)念A(yù)處理），接下來用高斯-斯德爾方法將拾取的振幅分解為炮點(diǎn)項(xiàng)、檢波點(diǎn)項(xiàng)、CMP項(xiàng)和偏移距項(xiàng)，最后在給定的時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)每一道計(jì)算和應(yīng)用比例因子。這個(gè)比例因子是所有地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)呐邳c(diǎn)項(xiàng)、檢波點(diǎn)項(xiàng)和偏移距項(xiàng)的幾何平均與每一道的炮點(diǎn)項(xiàng)、檢波點(diǎn)項(xiàng)和偏移距項(xiàng)的比率。振幅計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)有均方根振幅和平均絕對(duì)振幅兩種，噪音類型決定了選擇哪一個(gè)。通常使用均方根振幅標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)有大振幅噪音時(shí)它的效果并不好。在這種情況下，在地表一致性振幅補(bǔ)償之前要先做區(qū)域異常處理來除去大振幅噪音。平均絕對(duì)振幅標(biāo)準(zhǔn)受大振幅噪音的影響沒有這麼大。均方根振幅比平均絕對(duì)振幅要花費(fèi)更多的時(shí)間來計(jì)算，但是它更穩(wěn)定一些，因?yàn)槌思饷}沖它對(duì)別的變量并不敏感。下面是有關(guān)均方根振幅和平均絕對(duì)振幅的計(jì)算方法：式中：t是窗口開始時(shí)間；N是窗口長(zhǎng)度；j是從t開始到t+N結(jié)束的采樣點(diǎn)；a(j)是采樣點(diǎn)j的振幅。(三)剩余振幅分析補(bǔ)償技術(shù)總的來說，對(duì)一些特定的道集類型（例如：偏移距、炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)）地震數(shù)據(jù)的振幅隨著時(shí)間和偏離炮點(diǎn)的距離而減小。這種在時(shí)間和空間上的振幅衰減是波陣面擴(kuò)散、傳播損失、地層衰減、排列影響和其他一些復(fù)雜因素引起的結(jié)果。重要的是我們?cè)谘芯繑?shù)據(jù)的反射率變化之前要先校正這些影響。理論上來說，所有這些影響都可以建模并進(jìn)行確定性的校正。然而實(shí)際上這種建模需要對(duì)地下有一個(gè)詳細(xì)的了解和精確的速度信息。然而這個(gè)是不可能得到的。建模是對(duì)地層響應(yīng)的一種簡(jiǎn)單考慮，它是不完全的。因此，結(jié)果往往要受到模型錯(cuò)誤的影響。有一個(gè)進(jìn)行確定性的振幅校正的方法，是用統(tǒng)計(jì)的方法來排除前面提到的一些因素引起的振幅變化。剩余振幅補(bǔ)償技術(shù)得到并應(yīng)用這種統(tǒng)計(jì)校正。稱為剩余振幅分析補(bǔ)償是因?yàn)閿?shù)據(jù)主要的振幅衰減已經(jīng)在前面的處理過程中得到校正，如通過球面擴(kuò)散振幅補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。不論是在疊前隨著偏移距還是疊后沿著一條線，應(yīng)用剩余校正都不應(yīng)該影響振幅特征。剩余振幅補(bǔ)償技術(shù)主要用于補(bǔ)償資料間的剩余能量差異。該技術(shù)基于統(tǒng)計(jì)方法，在分析步驟里通過在指定的處理域計(jì)算剩余能量補(bǔ)償因子，輸出一個(gè)文本文件，它包含成對(duì)的時(shí)間、RAC值和與它們相關(guān)聯(lián)的抽道信息。而在應(yīng)用步驟里輸出的是以RAC值標(biāo)定的振幅的地震數(shù)據(jù)，以消除各種異常因素引起的能量差異問題。前提條件是主要能量差異在前期處理已得到解決，如通過球面擴(kuò)散振幅補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。應(yīng)用方法：1、可用于疊前或疊后處理。2、可在需要的處理域進(jìn)行分析、補(bǔ)償。3、不需要預(yù)先在處理域進(jìn)行排序。使用方式：?jiǎn)为?dú)分析剩余能量差異，求取剩余能量補(bǔ)償因子。這種方式應(yīng)用于存在異常振幅的資料中，可對(duì)剩余能量補(bǔ)償因子進(jìn)行編輯、調(diào)整。分析、應(yīng)用同時(shí)進(jìn)行。分析、求取剩余能量補(bǔ)償因子后，直接應(yīng)用到地震資料中。這種方式應(yīng)用于低噪音的資料中，換言之，也就是在剩余能量補(bǔ)償因子差異不會(huì)很大的情況下使用。只進(jìn)行應(yīng)用。已有合適的剩余補(bǔ)償因子的條件下使用。三、能量一致性處理在地震資料處理中，時(shí)間（縱向）上的能量衰減和空間（橫向）上的能量差異是客觀存在的，如何解決資料處理中時(shí)間和空間上能量差異，保證疊前時(shí)間偏移成像的效果和精度，同時(shí)又要做到保幅或相對(duì)保幅，需要綜合應(yīng)用多種處理技術(shù)對(duì)疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理，使道集滿足疊前偏移要求。時(shí)間（縱向）上的能量衰減補(bǔ)償采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償技術(shù)和剩余振幅補(bǔ)償處理技術(shù)；空間（橫向）上的能量差異采用地表一致性振幅補(bǔ)償處理。能量一致性處理基本原則是必須保證保幅或相對(duì)保幅；保證偏移成像效果和精度。在實(shí)際應(yīng)用中能量一致性處理技術(shù)在勝利某探區(qū)取得了較好的處理效果。（一）強(qiáng)化內(nèi)壓電能量衰減補(bǔ)償方式利用球面擴(kuò)散補(bǔ)償處理技術(shù)可以很好地解決地震波在傳播過程中由于大地吸收所造成的深層能量衰減。球面擴(kuò)散補(bǔ)償中，常用的補(bǔ)償方式有Geospred、Newman、Second＿order、Fourth＿order、Sixth＿order五種。其中newman方式較好，不同區(qū)塊間，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整time/vel對(duì)等參數(shù)。（二）表面迄今為止的最大振幅補(bǔ)償消除各炮、道之間由于地表及接收條件的變化，造成的能量差異。全區(qū)地表一致性振幅補(bǔ)償好于單塊或單束線補(bǔ)償。（三）能量一致性處理通過球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性能量補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)能基本解決資料間的能量差異。但由于疊前時(shí)間偏移對(duì)資料的要求較高，即使采取了一定的能量一致性處理技術(shù)，仍然存在偏移劃弧的問題。在排除了速度不平滑等因素造成偏移劃弧后，分析其疊加純波，能量不均衡是引起偏移劃弧的根本原因。從共偏移距剖面來看，也同樣存在這一問題。四、振幅保持處理的依據(jù)地震波的振幅隨著傳播距離的增大而不斷衰減，振幅的衰減既隨傳播時(shí)間的不同而變化，又隨頻率的不同而變化，高頻成份比低頻成份衰減得更快，使得分