地震資料高分辨率處理方法研究

實用文檔摘要目前我國油氣田已進入高成熟勘探階段,勘探目標由過去的尋找大規(guī)模的構造油氣藏轉移到尋找隱蔽性的巖性油氣這就要求地震資料具有較高的分辨率。因此，利用現(xiàn)有的地震資料進行高分辨率處理技術研究是非常必要的。由于地震波向地下傳播過程中高頻成分迅速衰減，因此，擴展或增強地震資料的高頻成分，拓寬頻寬是提高地震分辨率的關鍵。提高地震分辨率是地震數(shù)據(jù)處理的主要任務之一。本文首先介紹了地震資料處理的背景及高分辨率處理的意義和現(xiàn)狀，其次就是介紹分辨率的概念以及影響分辨率的因素，指出信噪比是影響分辨率的直接原因。著重介紹了提高分辨率的幾種方法：反褶積，疊后的有反Q濾波和譜白化。接著是反褶積提高地震分辨率的內(nèi)容，介紹了地震褶積模型，地震子波模型，分析了反褶積提高地震分辨率原理，強調高分辨率地震勘探的數(shù)據(jù)采集是獲得高分辨率地震資料的基礎。最后用幾種典型的方法對實際地震資料進行處理并進行效果對比。關鍵詞：地震勘探，分辨率，反褶積，高分辨率第一章緒論1.1地震資料處理背景油氣資源是社會的工業(yè)糧食，是國民經(jīng)濟的命脈。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對油氣的需求與日俱增。油氣大多都是埋藏在地表以下，獲取準確的地下油氣藏分布信息在油氣田開發(fā)過程中起著先導作用。長期以來，為了獲取地質構造和礦產(chǎn)分布信息，人們發(fā)明了三類方法：地質法；物探法；鉆探法。物探法是一種間接法，其中之一的地震物理勘探法是查明地質構造最有效的方法。地震勘探所依據(jù)的是巖石的彈性，其基本工作方法是在地表布置測線，在淺井中用炸藥震源人工激發(fā)地震波，地震波向下傳播，當遇到彈性不同的分界面時,就發(fā)生反射或折射。人們在測線的一些點上用專門的儀器記錄地震波，得到地震記錄。由于接收的地震波經(jīng)過了地下地層介質的改造，就帶有與地質構造，地層巖性等有關的各種信息，諸如時間能量、速度、頻率等。從地震記錄中提取這些信息，就有可能推斷解釋地質構造的形態(tài)，含油氣地層的分布等信息［1］［2］。地震物理勘探主要分三個步驟：野外數(shù)據(jù)采集，室內(nèi)資料處理，地震資料解釋。野外工作主要任務是采集有效的地震數(shù)據(jù);室內(nèi)地震處理是中間環(huán)節(jié)，對原始地震資料作解編、濾波、校正、反褶積等處理，以得到高精度的地質信息；地震資料解釋主要是通過對處理后的地震資料的研究，分析獲取地下地質構造和油氣礦資源的分布信息［3］。提高地震分辨率，獲取反射系數(shù)是地震數(shù)據(jù)處理的主要任務之一。提高地震信號分辨率在巖性劃分和地震層位分析方面上都很有意義。高分辨率地震技術是在構造復雜地區(qū)進行地震詳查確定小幅度構造，小斷層和表層構造的有效手段。這對于我國目前油氣田勘探有著重要意義，一方面是由于我國的地質構造特點，另一方面,東部油田也已進入深挖細找階段。地震勘探的高分辨率處理已成為油田勘探和開發(fā)的目標之一［4］。1.2地震數(shù)據(jù)處理發(fā)展歷程地震數(shù)據(jù)處理的發(fā)展過程與石油、天然氣地震勘探的發(fā)展歷程密切相關。自從20世紀20年代初期出現(xiàn)反射波地震勘探以來，石油天然氣地震勘探經(jīng)歷了三個發(fā)展階段［5］。第一個階段（約1920年至1958年）位光點地震勘探階段。在這個階段利用光點地震儀進行野外地震數(shù)據(jù)采集，野外地震記錄以光點振動記錄在照相紙上的形式進行記錄。室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理極為簡單，根據(jù)記錄的反射波時距曲線計算波的傳播速度，再根據(jù)波的旅行時和速度計算反射界面的深度和傾角確定反射界面的位置和形態(tài)，最后繪制反射界面的構造圖。這個階段的勘探對象以簡單的構造油氣藏為主。第二階段（約1985年至1968年）為模擬磁帶地震勘探階段。在這個階段利用模擬磁帶地震儀進行野外地震數(shù)據(jù)采集，野外地震記錄以模擬磁帶記錄形式記錄在模擬磁帶上。室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理將野外模擬磁帶在模擬磁帶回放儀上回放并進行模擬信號處理，可以進行模擬濾波和疊加處理。地震處理剖面的質量比第一階段有了明顯的提高，地震勘探的能力也得到顯著的增強。這個階段的勘探對象以較復雜的構造油氣藏為主。第三階段（約1968年至今）為數(shù)字地震勘探階段。進入20世紀60年代后，隨著數(shù)字計算機的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，地震勘探也進入了數(shù)字地震勘探階段。在這個階段利用數(shù)字地震儀在野外進行數(shù)字地震采集，野外地震記錄以數(shù)字磁帶記錄方式記錄在野外數(shù)字磁帶上。室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理將野外數(shù)字磁帶回放后，輸入數(shù)字計算機進行數(shù)字處理。由于數(shù)字計算機的飛速發(fā)展、大內(nèi)存和海量磁盤存儲及數(shù)字處理的高度靈活性使地震數(shù)據(jù)處理得到飛速的發(fā)展。1.3地震信號提高分辨率方法研究現(xiàn)狀及意義1.3.1研究現(xiàn)狀提高地震勘探分辨率是一項系統(tǒng)工程。目前采用的高分辨率采集、嚴格野外施工、提高炮點／檢波點測量定位精度、提高靜校正精度、高分辨處理等已經(jīng)取得了很大成效。反褶積作為提高疊后數(shù)據(jù)分辨率的重要手段，國內(nèi)外研究人員進行了深入的研究。提出了很多反褶積的實用算法，如脈沖反褶積、預測反褶積、最小熵反褶積、同態(tài)反褶積、均值范數(shù)反褶積等等，這些反褶積方法各有各的使用領域。與測井資料相比，地面地震資料的橫向分辨率遠高于測井，而垂向分辨率遠低于測井。在井中地球物理觀測中，檢波器在井中，一方面由于避開了低降速帶對高頻的吸收，得到了頻帶較寬的地震信號；另一方面，通過不同深度的連續(xù)觀測，可以計算精確的參數(shù)。與地面地震相比，VSP(verticlseismicprofile)、井間地震覆蓋面積較小，介于測井與地面地震之間，其垂向分辨率也介于測井與地面地震之間。近年來，VSP、井間地震等井中地球物理技術的發(fā)展和廣泛應用，使得利用地面地震、VSP、井問、測井等資料進行聯(lián)合采集、處理和反演成為可能。因此，在現(xiàn)有資料的基礎上，地面地震與VSP或井間地震相結合是提高分辨率的重要途徑之一。國外，Stewart，R．R和Disiena，J．P1989年提出利用VSPL06對地面地震資料進行高頻補償?shù)乃枷?，并進行初步試驗。但此后國外并沒有對這一思想進行進一步的研究和探討，也未見實際效果。國內(nèi)方面，王紫娟、劉德威等1995年完成了利用VSP，LOG對地面地震資料進行高頻補償?shù)膶嶋H資料處理，但未見非常理想的效果。1.3.2研究意義隨著石油勘探開發(fā)的不斷深入，油氣勘探目標以構造勘探為主逐漸進入以巖性勘探為主。巖性圈閉的勘探難度大，對地震數(shù)據(jù)的分辨率提出了更高的要求。作為高分辨率地震勘的一個環(huán)節(jié)，高分辨率地震數(shù)據(jù)處理非常重要。高保真的高分辨率地震數(shù)據(jù)是薄互層油氣藏地震屬性分析和儲層預測的基礎。1.4地震信號分辨率理論1.4.1分辨率的含義提高地震分辨率是地震勘探的永恒主題，提高地震資料分辨率，獲取反射系數(shù)是地震資料處理的主要任務之一。在資料處理中，獲取高分辨率、高信噪比的資料是處理的根本宗旨，也是我們?yōu)橹Φ哪繕恕Ｄ敲词裁词欠直媛?，而又如何獲得高分辨率的資料呢？日常生活中的分辨能力是指區(qū)分兩個靠近物體的能力，通常以絕對值表示。度量分辨率能力的強弱通常有兩種表示方式：一是距離表示，分辨的垂向距離或橫向范圍越小，則分辨能力越強；二是時間表示，在地震時間剖面上，相鄰地層時間間隔越小，則分辨能力越強。地震勘探上的“分辨率”，是指地震子波對地層薄層厚度的最大區(qū)分能力。地震記錄分辨率包括橫向分辨率和縱向分辨率。本文中，僅指縱向分辨率。根據(jù)“魯濱遜”地震記錄數(shù)學模型［6］,地震記錄儀所采集到的地震記錄是地震子波和地層反射系數(shù)的褶積再加噪音構成，即：(1.1)其中，一采集到的原始地震信號，即地震記錄；一地震子波，它是由野外人工放炮所形成的尖脈沖經(jīng)過檢波儀器，大地表層，地層深處等多次濾波所形成的；一地層反射系數(shù)，地質學上把大地分為若干層，每一層對聲波有著不同的反射能力并用相應的反射系數(shù)表示；一各種加性噪聲干擾。地震檢波儀采集地震信號的對應流程：野外人工放炮，產(chǎn)生“野子波”，它是一個尖脈沖，野子波穿透地層向大地深處傳去。在傳播的過程中，遇到不同地層界面時，發(fā)生反射、折射及透射。反射部分的能量傳回地表被檢波儀器接收，代表某一地層，透射部分的能量繼續(xù)向下傳播，依次類推，形成了地震記錄。野子波由于與地層的摩擦，發(fā)生了反射，折射，透射等，能量逐漸減小，由剛開始的尖脈沖，逐漸變成了“地震子波”。實際上，對地震分辨率的概念，幾十年來一直存在不少爭議［7］［8］,為使問題不過于復雜，精確的定義采用運動特性描述下的分辨率概念：地震子波b(t)在相鄰兩個地質界面上反射，相互干涉疊加后,通過兩個子波主峰能量所能區(qū)分的最小時間差或最小薄層厚度。同一地震資料相同時窗內(nèi)，不同分辨率示意圖如圖1.1，1.2所示。圖1.1低分辨率地震記錄圖1.2高分辨率地震記錄1.4.2影響地震資料分辨率的因素1.4.2.1噪音由于地下地質情況、采集因素、環(huán)境噪聲等因素影響，野外采集的地震資料會夾雜各種各樣的噪聲，如異常振幅(包括野值、尖脈沖、高能干擾、50Hz工業(yè)電等)、規(guī)則噪聲(包括面波、聲波、多次折射、傾斜干擾等)、隨機噪聲等。這些噪聲都會給地震資料處理帶來不良影響。（1）影響資料的信噪比，特別是高頻信息的信噪比，因噪音的存在而損失嚴重，造成地震資料有效頻帶變窄，降低了地震資料的分辨率。（2）影響反褶積因子，造成反褶積不能很好地統(tǒng)計子波，使反褶積效果變差，達不到壓縮子波、拓寬頻帶、提高分辨率的目的。（3）影響速度拾取,造成動、靜校正誤差，使得靜校正量求取不準，資料不能同相疊加，信噪比降低的同時降低資料分辨率。1.4.2.2大地濾波作用地震波在傳播過程中，由于地層的吸收效應，經(jīng)大地濾波后，其能量衰減嚴重，在相同的傳播條件下，高頻成分能量衰減速度比低頻成分能量衰減速度快，所以，隨著深度的增加，地震波的高頻成分逐漸減少。1.4.2.3信號不同相由于地表的起伏和低降速帶速度、厚度的變化，導致來自同一反射層的地震信號波形不齊，存在一定的時差。因此，疊加在一起不僅降低資料的信噪比，而且嚴重影響分辨率。1.4.2.4大炮檢距的影響大炮檢距勘探對提高中深層資料信噪比有很大益處,但大炮檢距數(shù)據(jù)對分辨率卻有很大影響。(1)大炮檢距資料地震波傳播路徑過長，地震信息高頻成分損失嚴重，使資料高頻成分的信噪比降低，降低主頻，從而降低資料分辨率。(2)隨著地震波傳播時間的增大，子波的延續(xù)時間變長，大炮檢距數(shù)據(jù)相鄰反射的到達時間差減小。使相鄰反射的分辨能力降低[3]。(3)大炮檢距增大，覆蓋次數(shù)增加，資料信噪比提高的同時，分辨率因疊加效應而降低。(4)隨著大炮檢距的增大，動校拉伸增大，反射信號向低頻端移動，使資料分辨率降低。1.4.3子波分辨率地震子波的分辮率即地震子波對相鄰地層界面的分辨能力。它與地震子波的延續(xù)長度有關。要將兩個相鄰地層界面分開，地震子波的延續(xù)長度越短越好，即地震子波的延續(xù)長度越大則子波的分辨率越差，地震子波的延續(xù)長度越小則對應子波的分辨率越高；或者說地震子波的分辨率與子波包絡的形態(tài)有關，子波包絡瘦則其分辨率就高，子波包絡胖則其分辨率就低。地震子波從理論上有零相位子波，最小相位子波，混合相位子波和最大相位子波。最小相位子波、最大相位子波、混合相位子波是物理可實現(xiàn)子波，是單邊子波。零相位子波是雙邊子波，為物理不可實現(xiàn)子波。從時域而言，子波延長度越小分辨率越高，即越向尖脈沖方向逼近，分辨率越高；同等延長度條件下，零相位子波的分辨率最高，最小相位子波其次，混合相位子波次之，最大相位子波分辨率最差。從頻域看，影響子波分辨率的因素有子波頻寬和相位譜。子波絕對頻寬，即帶通子波頻譜的上下限頻率之差。頻寬越寬，分辨率越高。子波的相位譜。同振幅譜條件下，零相位子波在同一振幅譜的所有子波中峰值最高，對應地層界面最準確，分辮率最高，最小相位子波，混合相位子波和最大相位子波依次降低。子波分辨率的定量計算公式。Widness等人對子波的分辨率做了定量分析［10］.在時域中，子波分辨率為峰值能量與總能量的比值：（1.2）其中，總能量，即為所有采樣點的能量之和與采樣間隔的乘積?？梢姡斪硬闆_激函數(shù)時，子波的分辨率為最大，其值為。1.5高分辨率處理技術要點1.5.1振幅處理振幅處理是高分辨率處理的一項重要內(nèi)容，它既能使振幅得到有效恢復，又能改善資料的橫向一致性，為后續(xù)的反褶積處理奠定良好的基礎。對工區(qū)地震測線跨度大、橫向振幅不一致的野外原始資料，采用地表一致性振幅補償技術，可以有效地補償炮點、檢波點、共中心點、偏移距等各分量上的振幅差異。1.5.2疊前噪音壓制對一般的地震資料而言，高頻端的噪音相對突出，而高頻信號對高分辨率處理又是至關重要的，因此壓制疊前噪音是高分辨率處理的重要環(huán)節(jié)。面波壓制是在利用面波的頻率特性和線性特征識別出面波后，采用減去法達到壓制面波的目的。同單純的濾波方法相比，該方法充分保留不具有線性特征的低頻有效信號，而且壓制效果也比單純的濾波方法好。對于高能干擾及隨機干擾，采用多道識別、單道壓制的方法，使其得到有效的衰減。由于噪音在不同的頻段、不同的時間段有不同的特征，所以采用分頻、分時的壓制方法效果更好。如果參數(shù)選擇合理，也可以使相干噪音得到壓制。該方法使處理后的疊加剖面波形自然，無畸變，保留了原始資料的原有特征。1.5.3靜校正與交互速度分析地震資料的高頻信號對靜校正反應敏感，在地表高程起伏較大或低、降速帶橫向變化大的地區(qū)，常規(guī)的高程靜校正方法不能滿足高分辨率處理的需要，應采用初至折射波靜校正方法，對全區(qū)進行初至波拾取、統(tǒng)一計算，在反演出地下低、降速帶的厚度和速度場后，求出各炮點、檢波點的靜校正量，從而提高靜校正的精度。解決好剩余靜校正問題對于高分辨率處理是非常重要的，由于剩余靜校正量在炮檢距、炮點、檢波點、共中心點等都存在橫向差異，因此對于測線跨度大的工區(qū)，需采用地表一致性剩余靜校正。此外，考慮到地震信號的剩余靜校正量在不同頻段、不同深度也有差異，采用分頻、分時剩余靜校正處理效果更好。要得到好的剩余靜校正結果，需要提供精確的速度場。通常，速度分析要與剩余靜校正多次迭代，要求有準確、快捷的速度分析手段。采用每個分析點速度臨域內(nèi)實時掃描疊加的分析方式，可以對層間弱反射進行充分地解釋，從而保證每個速度分析點速度的正確性。1.5.4反褶積采用疊前地表一致性反褶積與單道反褶積組合，能使資料的頻帶明顯拓寬，視主頻得到明顯提高。然后，再進行疊后反褶積處理，使剖面的分辨率得到進一步提高。地表一致性反褶積不僅使分辨率得到一定提高，而且改善了資料的橫向能量一致性，在此基礎上進一步拓寬頻帶，能較好地保持振幅的橫向一致性。單道反褶積能使分辨率得到進一步提高，頻帶進一步拓寬。疊加效應將導致剖面的分辨率下降，采用疊后反褶積處理技術可以提高資料的視主頻，進而滿足地震資料解釋的需要。第二章反褶積提高地震信號分辨率2.1地震記錄褶積模型2.1.1地震子波描述地震子波是地震記錄的基本組成單位，由具有一定周期，頻率，初始相位與衰減因子組合而成的函數(shù)[13][14]（2-1）其中，一地震子波一子波振幅系數(shù)一特定衰減函數(shù)一子波的初始相位一子波的頻率參數(shù)衰減函數(shù)根據(jù)衰減程度，對應不同的函數(shù)形式,如冪指數(shù)函數(shù)線性分段單調下降函數(shù)等；常數(shù)的確定根據(jù)實際地震記錄的最大振幅值確定的。對于的不同取值，得到不同相位的子波，如零相位子波，最小相位子波，最大相位子波和混合相位子波等。最小相位子波和零相位子波如圖2.1，圖2.2所示。圖2.1最小相位地震子波示意圖圖2.2零相位地震子波示意圖2.1.2地震褶積模型原始地震記錄的形成:在反射法地震勘探中，人工地震產(chǎn)生一個尖脈沖，即“野子波”。野子波在地層介質中傳播，形成地震子波。在每個地層反射界面處，地震子波產(chǎn)生反射波傳回地面，由地震檢波儀器記錄下來，形成原始地震記錄。理想地震記錄模型：理想地震記錄是僅由表示反射系數(shù)的一系列尖脈沖組成，如圖2.3所示，也可以用式(2-2)描述(2-2)其中，一原始地震記錄一震源脈沖幅值一反射界面的地層反射系數(shù)圖2.3理想地震記錄示意圖“魯濱遜”地震褶積模型[15]由于地層介質的濾波作用，野子波在地層介質中傳播后，變成一個有一定延續(xù)時間的時變波，即地震子波。實際地震記錄是許多地震子波疊加的結果，是地震子波和反射系數(shù)序列的褶積，即地震處理中的重要的“魯濱遜”地震褶積模型:(2-3)其中，表示加性干擾信號。下面用簡化模型描述地震子波與反射系數(shù)褶積構成地震記錄的過程。圖2.4為一地層模型示意圖，含有三個等距反射界面，圖2.5表示對應反射系數(shù)，圖2.6表示人工地震子波，最后圖2.7表示地震檢波儀接受到的地震褶積記錄。圖2.4地層反射模型示意圖圖2.5對應反射系數(shù)圖2.6地震子波模型圖2.7子波與反射系數(shù)褶積記錄實際地震記錄則如圖2.8所示圖2.8原始地震剖面“魯濱遜”褶積模型中的三個分量，子波、反射系數(shù)和噪音:=1\*GB3①子波b(t)通常情況下為(2-4)其中，一震源脈沖;一各種濾波響應，包括炮點位置近地表濾波響應，接收點位置地表濾波響應，以及與炮檢距有關的濾波響應。②反射系數(shù)ξ(t)在理想情況下通常被認為是白噪譜，即滿足(2-5)③理想條件下，噪音很小，不至于干擾高分辨率處理。事實上，噪音的存在是提高地震記錄必須克服的一個障礙。此外，模型也假設以下條件:地層是由常速的水平地層組成;震源產(chǎn)生的是一個垂直入射的平面壓縮波[1]。2.2反褶積提高地震分辨率分辨率低的首要原因:地震記錄中，地層反射波一般是延續(xù)幾十毫秒的波形。而地下反射界面一般相距幾米至幾十米，對應反射波到達檢波儀的時間差僅為幾毫秒至幾十毫秒。因此，在反射地震記錄上各層反射波相互干涉重疊，難于區(qū)分，造成了分辨率很低[16]。處理地震資料目標之一是得到地層反射系數(shù)，而提取反射系數(shù)同時，壓縮了地震子波，提高了地震信號的縱向分辨率。反褶積提取反射系數(shù)，頻域上，拓寬其振幅譜，提高地震分辨率對應時域上壓縮地震子波至尖脈沖，相位譜零相位化[17]。反褶積提取反射系數(shù)，提高分辨率原理流程圖如圖2.9所示。圖2.9反褶積原理流程圖2.3典型反褶積算法2.3.1地表一致性反褶積由于地表條件的變化，常使反射波的波形和振幅發(fā)生畸變，降低了道間反射子波的一致性。地表因素對地震記錄的影響可近似認為是時不變的，并且是地表一致性的，而與地震波的傳播路徑無關。地表因素對地震記錄的影響可分為炮點檢波點兩個方面。設為所求的某一炮點或栓波點的反濾波因子，則經(jīng)地表一致性反濾波后的地震記錄可以寫為：(2-6)式中，一濾波前炮點或共接收點道集記錄。作為對輸出記錄一致性好壞的衡量，這里采用多道記錄相似性可變范數(shù)作為約束條件，稱之為波形一致性判別準則：(2-7)式中(2-8)(2-9)(2-10)為共炮點或共接收點的道號。是一個描述多道記錄相似性的量，對于L次覆蓋的道集記錄，如果各道記錄一致性越好，越大，如果各道的一致性越差，值越小。當時，為方差模，在此只作為一種約束。顯然，描述的是一個。衡量某一共炮點或共接收點個記錄所對應的共中心點道集記錄波形一致性和能量集中程度的量。通過使達到極大，可求出校正炮點或接收點地表影響的反濾波因子。為使值達到極大，將對求導，并令導數(shù)為0得：由此得：(2-11)式中：矩陣的各元素是個記錄自相關的加權和；列矩陣（向量）的各元素是輸入的個記錄道與其所對應的共中心點道集記錄迭加道次方的互相關的加權和。這些值都與輸出值有關，即與所要求取的反濾波因子有關。因此（2-11）是一個高次方程組，通過迭代法可解出反濾波因子。在進行地標一致性反褶積時，以常規(guī)時差校正后的道集記錄為輸入，首先求出炮點的反濾波因子，并對輸入的記錄做反褶積；用經(jīng)炮點的反濾波因子濾波后的結果作為輸入，求取接收點的反濾波因子，然后對記錄作濾波，這樣完成炮點和接收點地標一致性處理。在使用反褶積對子波進行壓縮時為了消除地表因素造成的子波橫向上的變化，一般我們首先要進行地標一致性反褶積處理，盡可能使子波的波形和振幅達到一致，減少子波的變化對后序處理的影響。然后再利用諸如預測反褶積，子波反褶積等對子波進行壓縮，效果將更佳。我們稱這種作法為組合反褶積。經(jīng)地標一致性反褶積處理后的剖面上，反射波波形更趨于穩(wěn)定。2.3.2預測反褶積在地震數(shù)據(jù)處理中所用的預測反褶積是用預測的方法，根據(jù)地震記錄一次反射和干擾的信息預測出純干擾部分，再由包括一次波和干擾的地震記錄中減去純干擾部分，得到消除干擾后的一次反射信號，以消除一次反射后面的海上鳴震等多次波干擾。預測濾波根據(jù)當前值和過去值，等推解未來某個時刻的值。一個可被測物理量由可預測部分和不可預測部分構成。濾波器脈沖響應是可預測的，輸入是不可預測的。預測濾波的功能是通過設計預測算子求取輸出量中的不可預測部分。地震信號預測反褶積中，地層反射系數(shù)假設為隨機白噪譜，被認為是不可預測的。設預測反褶積算子為，則為壓縮子波后的反射系數(shù)。實際處理時先求可預測部分，即，然后所要求取得反射系數(shù)，所以關鍵是設計預測算子。按照誤差最小平方原理求預測算子，令(2-12)由此，按對求偏導，并令其趨于零，可得(2-13)其中，，分別表示延遲時間和的地震記錄自相關函數(shù)（地震記錄自相關代替子波自相關）。轉化成矩陣形式為=（2-14）解矩陣方程，即可求出預測算子。2.3.3反Q濾波反Q濾波即大地吸收補償反褶積,它從大地濾波機制出發(fā)補償高頻損失,提高地震分辨率。地震子波在大地傳播過程中，信號的一部分能量由于摩擦等原因轉換成了熱能，導致信號的主頻向低頻轉移同時波長變長，造成了地震分辨率降低[20]。它和信號頻率，傳播距離，地層介質等有關。反Q濾波根據(jù)信號在大地傳播過程中的“福特曼”衰減模型，求取反褶積因子以補償損失掉的高頻部分，從而恢復地震縱向分辨率。反Q濾波中的Q值為信號傳播介質的品質因數(shù),對應表達式為(2-15)表示信號傳播過一個波長后,原存儲能量和損失能量比值。地震信號衰減模型：“福特曼模型”[21]，如式(2.22)，(2.23)(2-16)(2-17)式中，是吸收因子的振幅譜，是其相位譜。是希爾伯特變換。對應反吸收因子頻譜為(2-18)地震記錄反Q濾波的步驟如圖2.13所示:原始地震記錄預處理原始地震記錄預處理分時窗確定最佳Q和t值求取反吸收因子振幅分時窗確定最佳Q和t值求取反吸收因子振幅希爾伯特變換相位譜確定反吸收因子頻譜希爾伯特變換相位譜確定反吸收因子頻譜應用反吸收因子應用反吸收因子傅立葉反變換求出補償后記錄y(t)傅立葉反變換求出補償后記錄y(t)圖2.13時變反Q濾波反Q濾波需精確確定Q值和保證地震信號衰減模型的準確。運用經(jīng)驗公式或譜分析發(fā)多次試驗確定Q值[22]。通常情況下,在振幅衰減的同時，信號的相位也會發(fā)生改變，類似于做振幅衰減補償，應用福特曼模型也可以獨立地對相位進行校正。應用反Q濾波進行振幅相位獨立校正，即串聯(lián)反Q濾波[23]。2.3.4時變譜白化時變譜白化不改變改變子波的相位譜，是一種“純振幅”的濾波過程，屬于零相位反褶積。地震波傳播過程中，高頻成分比低頻成分損失更嚴重。譜白化處理通過拉平地震信號的振幅譜，即“白化”地震波振幅譜，提高地震信號的分辨率。譜白化將地震信號進行傅立葉變換，由時域變換到頻域，再在頻域范圍內(nèi)進行頻率補償，然后傅立葉反變換回到時域。頻域譜白化處理主要步驟：①對原始地震記錄做FFT轉換到頻域；②利用極值求取振幅譜包絡線；③平滑濾波；④求取各頻段不同的比例因子；⑤各頻段乘以相應比例因子，拉平振幅譜[24]時域譜白化處理更易時變控制，在時域中的處理過程：①窄帶通濾波設一道地震記錄為，n為采樣點序號，為采樣間隔，F(xiàn)FT后，的振幅譜為:(2-19)窄帶通濾波采用門式濾波，分頻濾波后:(2-20)其中，為第k個濾波器。然后，對上述K個頻段的信號做IFFT轉到時域，得到:(2-21)②時變增益對每個不同頻段分成若干個時窗，求出每個時窗內(nèi)的均方根(2-22)為第k個分頻段，第j個時窗內(nèi)的振幅均方根，r為時窗起始時間，T為時窗長度，則第k個分頻段第j個時窗內(nèi)的地震記錄要做如下增益處理：(2-23)即讓相應時窗內(nèi)的每一點除以該時窗內(nèi)的振幅均方根并乘以增益常數(shù)，以使得原地記錄中各分頻段做均衡化處理，達到白化振幅譜目的。處理后再把各頻段地震信號疊加。3.4反褶積提高地震分辨率局限性反褶積方法是地震高分辨率處理的常用手段，但也存在著比較明顯的缺陷。最小平方反褶積，預測反褶積等經(jīng)典反褶積的正常步驟是①提取地震子波，②再求其對應反褶積因子，③最后用反褶積因子與原始記錄相褶積，得到地層反射系數(shù)的同時提高地震信號分辨率。然而，地震子波往往未知，精確提取地震子波目前仍很困難[25]，近似提取地震子波不可避免地帶來誤差。因此，對地震模型往往作出人為假設①地震子波是最小相位信號，非時空變；②地層反射系數(shù)為白噪譜；③噪音干擾為零或很小。假設條件大多數(shù)情況下得不到滿足，限制了經(jīng)典反褶積算法的處理效果。同態(tài)反褶積等方法避開了先求子波，不需上述人為假設，在一定程度上緩解了矛盾。但同態(tài)反褶積中子波對數(shù)譜和反射系數(shù)對數(shù)譜大多部分重疊，并不完全分離，所以在反演子波和反射系數(shù)時帶來誤差。最小嫡反褶積利用了“嫡”和最大方差范數(shù)衡量輸出信號外形的簡單程度，但是最大方差模準則同時又對地震記錄中的弱信號產(chǎn)生過多的壓制，帶來不可避免的誤差。反Q濾波中，反映地震衰減情況的福特曼模型仍需進一步研究，同時在地層衰減因子Q值的精確提取目前也是仍有一定的難度[26]。時變譜白化中通常都存在不能對整個剖面進行有效補償，譜白化的同時往往破壞了原始記錄的振幅關系，造成對剖面一部分補償合適而另一部分補償不合適現(xiàn)象?？傊?，反褶積方法作為常規(guī)處理手段在一定程度上能壓縮子波，提高地震分辨率，但是同時又受到各種約束條件的限制，效果受到不同程度的壓制[27]。第三章實際數(shù)據(jù)分析研究從所采集到的原始資料來看，該地區(qū)的淺層的資料的信噪比比較低，而目的層（較深層）的信噪比則低的多，深層的能量很弱，道間能量存在很大的差異。如下圖所示。圖3-1原始彈炮示意圖從原始的地震資料上可以看出，在2000ms以上，能量比較強，有一定的信噪比，但在深層，幾乎沒有能量的存在，尤其是在3000ms以下的部分。高分辨率處理前的準備工作3.1地震資料高分辨率處理前的準備工作在用預測反褶積，地表一致性反褶積，反Q濾波，譜白化等具體的方法對地震資料進行高分辨率處理之前先要做一些基礎的工作比如：疊前去噪，帶通濾波處理等等，這樣可以使得最終的處理效果更佳。疊前去噪圖3-1-1地震資料F-K去噪后效果圖信噪比是影響分辨率的直接原因，去噪有可以去除干擾波提高地震資料的分辨率。帶通濾波處理線形動校正圖3-1-3地震資料動校正效果圖線形動校正主要是分離地震資料中的多次波的干擾地震資料初至波的切除，廢道的切除，去噪圖3-1-4地震資料初至波切除圖圖3-1-5地震資料廢道切除圖圖3-1-6地震資料反褶積圖速度分析圖3-1-7地震資料速度分析圖3.2疊前地震資料高分辨率處理分析3.2.1預測反褶積圖3-2-1未做預測反褶積前示意圖圖3-2-2做過預測反褶積后的示意圖圖3-2-1為原始的切除廢道和去噪后的示意圖，圖3-2-2是在圖3-2-1之外再加上預測反褶積處理后的結果示意圖，從圖可以看出地震資料的分辨路得到了明顯的提升。圖3-2-3反褶積之前的自相關函數(shù)圖圖3-2-4反褶積之后的自行關函數(shù)圖自相關函數(shù)是檢驗分辨率的一個標準。上面兩圖為反褶積前后的自相關函數(shù)對比圖。在反褶積以前，子波的旁瓣是比較多的，背景干擾很大；而在反褶積之后，旁瓣變小了，背景相對變干凈了。其分辨能力得到了進一步的提高。圖3-2-5反褶積前和預測反褶積之后的頻譜對比上面兩組圖反映的是反褶積前和反褶積之后的頻譜對比圖。從上圖的對比來看，反褶積之前，其頻帶比較窄，分辨率比較低，經(jīng)過反褶積之后，頻帶的得到了拓寬。經(jīng)過預測反褶積之后，頻譜大為拓寬，子波得到了進一步的壓縮，分辨率得到了最大程度的提高。3.1.2地表一致性反褶積圖3-2-6未做地表一致性反褶積示意圖圖3-2-7地表一致性反褶積后示意圖圖3-2-6為原始的切除廢道和去噪后的示意圖，圖3-2-7是在圖3-2-6之外再加上預測反褶積處理后的結果示意圖，從圖可以看出地震資料的分辨路得到了明顯的提升。圖3-2-8地表一致性反褶積之前的自相關示意圖圖3-2-9地表一致性反褶積之后的自相關示意圖自相關函數(shù)是檢驗分辨率的一個標準。上面兩圖為反褶積前后的自相關函數(shù)對比圖。在反褶積以前，子波的旁瓣是比較多的，背景干擾很大；而在反褶積之后，旁瓣變少了，背景相對變干凈了。其分辨能力得到了進一步的提高。圖3-2-10反褶積之前和地表一致性反褶積之后的頻譜對比上面兩圖反映的是反褶積前和反褶積之后的頻譜對比圖。從上圖的對比來看，反褶積之前，其頻帶比較窄，分辨率比較低，經(jīng)過反褶積之后，頻帶的得到了拓寬。經(jīng)過地表一致性反褶積之后，其頻譜有所拓寬，但是效果不是很明顯，拓寬不足，對子波的壓縮也不夠。3.3疊后地震資料高分辨率處理分析3.3.1時變譜白化圖3-3-1譜白化之前的示意圖圖3-3-2譜白化之后的示意圖圖3-3-1為原始的切除廢道和去噪后的示意圖，圖3-3-2是在圖3-3-1之外再加上預測反褶積處理后的結果示意圖，從圖可以看出地震資料的分辨路得到了明顯的提升。圖3-3-3譜白化之前的自相關示意圖圖3-3-4譜白化之后的自相關示意圖自相關函數(shù)是檢驗分辨率的一個標準。上面兩圖為反褶積前后的自相關函數(shù)對比圖。在反褶積以前，子波的旁瓣是比較多的，背景干擾很大；而在反褶積之后，旁瓣變少了，背景相對變干凈了。其分辨能力得到了進一步的提高。圖3-3-5譜白化之后的頻譜對比由上圖可以看出譜白化之后的頻譜特征無明顯的變化第四章結論與展望4.1結論本文以地震信號的高分辨率處理為研究對象，先后介紹了分辨率的基本理論及其影響因素。對幾種反褶積方法詳細介紹之后，重點分析了地表一致性反褶積和預測反褶積，以及時變普白化和反Q濾波，通過對上述內(nèi)容的分析，理解，得出以下結論：（1）在地震資料采集方面，做好每個細節(jié)很重要，每一個步驟都會影響到分辨率的提高。（2）地表一致性反褶積的目的是消除地表條件的變化對地震子波波形的影響，主要是調整波形，對子波的壓縮程度有限；而預測反褶積主要是消除虛反射，交混回響等多次波的干擾，壓縮地震子波，拓寬頻譜，提高資料的分辨率。在消除虛反射等多次波的干擾方面，預測反褶積要優(yōu)于地標一致性反褶積。（3）譜白化處理既提高了地震資料的分辨力又保持了一定的訊噪比及同相軸的連續(xù)性，這就容易被物探解積人員接受，加之該方法做出的結果比較穩(wěn)定，適應性強，因此我們認為該方法是提高地震資料分辨力較理想的處理方法。（4）反Q濾波器是一個指數(shù)增加的高通濾波器，需要經(jīng)過修改以改善反算子的穩(wěn)定性。采用時變反Q濾波可以適應地層Q值變化的實際情況。可補償振幅和頻率的大地衰減效應。不受噪聲干擾的影響，并在一定程度上能壓制聲波等噪音，提高信噪比。（5）在處理中，要根據(jù)實際情況，在現(xiàn)有理論的基礎上，靈活使用各種處理方法。4.2進一步工作方向本文的研究雖然取得了一定的成功，但由于地震處理背景知識相對缺乏，實驗條件和研究時間有限等因素，課題尚有許多有待進一步深入研究的工作，這里擇其要者簡述如下:隨機噪聲在反褶積高分辨率過程中的影響--地震信號縱向分辨率都是以一定的噪聲比作為基礎的。隨機噪聲是地震褶積模型中有機組成部分。反褶積在提高地震分辨率的同時會放大噪聲，使反演效果大大降低，在分析反褶積方法方面還需進一步研究噪聲干擾問題。