井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)反褶積

蔡志東 劉聰偉 王 勇 鮮 強(qiáng) 王 沖

（①東方地球物理公司新興物探開(kāi)發(fā)處，河北涿州072751；②東方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

·處理技術(shù)·

井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)反褶積

蔡志東*①劉聰偉①王 勇②鮮 強(qiáng)②王 沖①

（①東方地球物理公司新興物探開(kāi)發(fā)處，河北涿州072751；②東方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

常規(guī)地面地震反褶積通過(guò)試驗(yàn)確定反褶積算子，由于受數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的影響，存在一定的不確定性。為此，基于井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)，提出一種任意激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)平均計(jì)算獨(dú)立算子的兩步法反褶積方法，利用井中地震數(shù)據(jù)提取反褶積算子，對(duì)地面地震數(shù)據(jù)進(jìn)行反褶積，有效地壓制了多次波、改善了子波形態(tài)，在實(shí)際地震數(shù)據(jù)處理中取得了很好的應(yīng)用效果。

井地聯(lián)合 VSP 數(shù)據(jù)處理 反褶積

1 引言

反褶積是地震資料處理中常用的方法，同時(shí)也是關(guān)鍵處理步驟之一。通過(guò)反褶積算子的提取和應(yīng)用，達(dá)到改善地震記錄的子波形態(tài)、壓制多次波的目的，從而改善縱向分辨率，得到更加真實(shí)的地下反射系數(shù)序列［1］。

目前在地震數(shù)據(jù)處理中，基本的反褶積方法包括脈沖反褶積、預(yù)測(cè)反褶積［2］、兩步法反褶積［3，4］等。隨著高精度油氣勘探技術(shù)的快速發(fā)展，高分辨率的地震處理和解釋技術(shù)不斷被提出，出現(xiàn)了很多創(chuàng)新或改進(jìn)的反褶積算法［5-8］，卻鮮有求取更真實(shí)反褶積算子的方法。

可靠反褶積算子的提取是地震資料處理中的一個(gè)難題，目前反褶積算子受數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的影響，主要依靠數(shù)學(xué)方法估算，存在不確定性。在復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)往往精度較低，難以達(dá)到壓制多次波、改善子波形態(tài)和提高分辨率的目的，影響層位的識(shí)別和構(gòu)造解釋。

眾所周知，垂直地震剖面（VSP）方法在反褶積處理中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)［9］，這是因?yàn)樵诖怪钡卣饠?shù)據(jù)采集中，可同時(shí)接收上行波和下行波，在反褶積時(shí)，可以利用下行波提取算子對(duì)上行波進(jìn)行反褶積［10］。因此垂直地震剖面處理通常能夠得到較好的反褶積效果。

井地聯(lián)合地震采集方法是將地面地震和VSP的觀測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，同時(shí)采集地震數(shù)據(jù)的一種方法［11，12］?；诰芈?lián)合地震數(shù)據(jù)，發(fā)揮 VSP和地面地震的反褶積算法中各自的優(yōu)勢(shì)，獲得可靠反褶積處理結(jié)果，對(duì)于高分辨率地震勘探具有重要意義［13］。

2 方法原理

2.1 兩步法反褶積

傳統(tǒng)的兩步法反褶積主要分兩個(gè)步驟：①在共激發(fā)點(diǎn)道集上進(jìn)行多道統(tǒng)計(jì)子波反褶積，消除激發(fā)點(diǎn)對(duì)子波的影響；②在共接收點(diǎn)道集上進(jìn)行多道統(tǒng)計(jì)反褶積，消除接收點(diǎn)上子波的差別［3］。假定反射系數(shù)是白噪聲，在最小平方準(zhǔn)則下求解。地震模型為

式中：x為地震記錄；b為地震激發(fā)子波；r為反射系數(shù)；g為接收點(diǎn)的濾波因子；*為褶積符號(hào)。

式（1）中b和g兩個(gè)算子通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)估算。處理中利用同一個(gè)算子進(jìn)行多道反褶積，雖然有益于增強(qiáng)處理后波場(chǎng)的橫向連續(xù)性，卻不能代表真實(shí)的地質(zhì)情況，因?yàn)閷?shí)際上各道的子波并不相同，它受到激發(fā)點(diǎn)及檢波器附近地表?xiàng)l件的雙重影響［4］。對(duì)于井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)，提出一種任意激發(fā)點(diǎn)或接收點(diǎn)平均計(jì)算獨(dú)立算子的兩步法反褶積方法，即

式中：x ij為第i炮第j道的地震記錄；si為第i炮激發(fā)的地震子波；rij為反射系數(shù)；g j為第j道接收點(diǎn)的濾波因子。

2.2 VSP反褶積算子提取方法

首先利用VSP振幅補(bǔ)償進(jìn)行振幅恢復(fù)，然后利用波場(chǎng)分離將VSP數(shù)據(jù)中下行波和上行波分離，將下行波數(shù)據(jù)沿初至拉平、疊加，得到一個(gè)單道子波數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)即為VSP反褶積算子d。

2.3 反褶積算子替換

傳統(tǒng)的VSP子波替換法主要是利用單一的VSP反褶積算子進(jìn)行地面地震反褶積算子的匹配［14-16］，而本項(xiàng)研究基于特別設(shè)計(jì)并采集的井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)，在地面地震激發(fā)位置和接收位置均有VSP的激發(fā)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，因此地面地震中第i炮位置總是存在VSP反褶積算子d i，同時(shí)第j道接收點(diǎn)位置也存在VSP反褶積算子d j，以d i和d j替換式（2）中的si和g j，得到

由于d i和d j已由VSP方法精確求出，而x ij已知，故可求出反射系數(shù)rij，完成兩步法反褶積。

3 模型試驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的可靠性，建立二維模型并對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，試驗(yàn)內(nèi)容包括模型建立、觀測(cè)系統(tǒng)確定、地震數(shù)據(jù)正反演等。

3.1 模型建立及觀測(cè)系統(tǒng)定義

模型中井位于模型中部，如圖1所示，模型共分為4層，自上而下速度依次為1800、2000、2200、2400m／s，模型分為左右兩部分，左側(cè)各層深度分別為30、60、1000、1500m，右側(cè)各層深度分別為50、100、1000、1500m。淺部?jī)蓪幼笥覂蓚?cè)深度不同，在井附近采用了線性過(guò)渡。

圖2為觀測(cè)系統(tǒng)圖。激發(fā)點(diǎn)置于地表，范圍為-1000～1000m，激發(fā)點(diǎn)間隔為100m，激發(fā)點(diǎn)數(shù)共計(jì)201個(gè)。接收點(diǎn)分為兩部分，地面部分與激發(fā)點(diǎn)位置完全重合，井下部分范圍為0～1500m，接收點(diǎn)間隔100m，接收點(diǎn)數(shù)共計(jì)352個(gè)（其中井中151個(gè)）。A點(diǎn)和B點(diǎn)為處理過(guò)程中兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。

圖1 速度模型

圖2 觀測(cè)系統(tǒng)圖

3.2 僅地面檢波點(diǎn)接收的模型正反演

當(dāng)不考慮井中接收時(shí)，觀測(cè)系統(tǒng)僅為地面激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，模型正演得到傳統(tǒng)的地面地震數(shù)據(jù)，圖3為圖2中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共接收點(diǎn)道集，其中白色虛線表示井的位置。圖4為圖2中B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共激發(fā)點(diǎn)道集。比較兩圖可知，在0.9～1.2s之間兩個(gè)道集均觀察到了上行多次波，但多次波成分有明顯的差異。

基于所得到的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理。圖5為反褶積前的疊加剖面；圖6為反褶積后的疊加剖面。對(duì)比兩圖可以看出，反褶積后多次波得到壓制，但仍有少量殘余（圖6）。

圖3 圖2中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共接收點(diǎn)道集

圖4 圖2中B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共激發(fā)點(diǎn)道集

圖5 反褶積前疊加剖面

圖6 反褶積后疊加剖面

3.3 利用VSP反褶積算子的模型正反演

當(dāng)僅考慮井中接收時(shí)，觀測(cè)系統(tǒng)為地面激發(fā)點(diǎn)和井中接收點(diǎn)，相當(dāng)于 Walkaway-VSP觀測(cè)方式，模型正演得到VSP地震數(shù)據(jù)。圖7為圖2中A點(diǎn)位置的VSP記錄。圖8為圖2中B點(diǎn)位置的VSP記錄。由圖可見(jiàn)VSP下行波及多次波，亦可見(jiàn)上行波及多次波，且兩張記錄中多次波存在明顯差異。

對(duì)VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行振幅衰減補(bǔ)償、波場(chǎng)分離等處理，分別得到A點(diǎn)和B點(diǎn)的下行波波場(chǎng)，如圖9和圖10所示。進(jìn)而拉平數(shù)據(jù)，疊加得到反褶積算子，如圖11所示，其中第1道為A點(diǎn)反褶積算子，第2道為B點(diǎn)反褶積算子。基于本文所研究的兩步法反褶積方法，將兩個(gè)算子應(yīng)用于最終井地聯(lián)合反褶積中，得到如圖12所示結(jié)果。與圖6相對(duì)比，可見(jiàn)多次波壓制徹底，取得了較好的反褶積結(jié)果。

圖8 圖2中B點(diǎn)位置的VSP記錄

圖9 圖2中A點(diǎn)位置的VSP下行波波場(chǎng)

圖10 圖2中B點(diǎn)位置的VSP下行波波場(chǎng)

圖11 圖2中A、B點(diǎn)位置的反褶積算子

圖12 井地聯(lián)合反褶積疊加剖面

4 實(shí)例分析

中國(guó)西部A區(qū)位于沙漠腹地，地表環(huán)境以起伏沙丘為主，工區(qū)內(nèi)最大高程差接近100m，且大部分區(qū)域沙層厚度超過(guò)200m，深部地層中存在一套強(qiáng)反射煤層；從以往資料看，該區(qū)域地震資料存在較強(qiáng)多次波，其多次波來(lái)源于低速沙層底界面，同時(shí)由于煤層的屏蔽作用，深部特征不清晰。

2013年，通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論證及參數(shù)試驗(yàn)，采集得到完整的井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行了常規(guī)反褶積和井地聯(lián)合反褶積，如圖13和圖14所示。對(duì)比兩圖可知，井地聯(lián)合反褶積較好地壓制了全程多次波，煤層以下深部地層波阻特征更加清晰。

圖13 常規(guī)反褶積疊加剖面

圖14 井地聯(lián)合反褶積疊加剖面

5 結(jié)論

（1）井地聯(lián)合方法可以獲得精確的反褶積算子，進(jìn)而有效地壓制多次波、改善數(shù)據(jù)頻率特征，為后續(xù)的資料處理奠定基礎(chǔ)。

（2）井地聯(lián)合地震處理成果數(shù)據(jù)信噪比和分辨率更高，可以很好地滿足地質(zhì)構(gòu)造和巖性解釋的需求。

（3）井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)采集比單純地面地震采集成本高出約15%～20%，適宜在地表情況復(fù)雜或多次波發(fā)育的地區(qū)進(jìn)行勘探。

（4）在井地聯(lián)合反褶積前，應(yīng)對(duì)地面地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地表一致性子波處理。

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10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.002

蔡志東，劉聰偉，王勇，鮮強(qiáng)，王沖.井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)反褶積.石油地球物理勘探，2017，52（1）：8-12，26.

1000-7210（2017）01-0008-05

*河北省涿州市東方地球物理公司新興物探開(kāi)發(fā)處，072751。Email：caizhidong＠cnpc.com.cn

本文于2016年5月19日收到，最終修改稿于同年11月11日收到。

本項(xiàng)研究受“十三·五”國(guó)家重大專項(xiàng)課題“隨鉆地震波測(cè)量技術(shù)與裝備研制”（2016ZX05020005-001）資助。

（本文編輯：金文昱）

蔡志東 高級(jí)工程師，1978年生；2002年和2005年分別獲得中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位、碩士學(xué)位；現(xiàn)就職于東方地球物理公司，主要從事井中地震方法研究、VSP數(shù)據(jù)處理解釋及應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)等。