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        井地聯(lián)合地震數(shù)據(jù)反褶積

        2017-10-23 22:35:32蔡志東劉聰偉
        石油地球物理勘探 2017年1期
        關(guān)鍵詞:反褶積接收點(diǎn)子波

        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[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,獲得可靠反褶積處理結(jié)果,對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。

        式(1)中b和g兩個(gè)算子通過數(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、觀測系統(tǒng)確定、地震數(shù)據(jù)正反演等。

        3.1 模型建立及觀測系統(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。淺部兩層左右兩側(cè)深度不同,在井附近采用了線性過渡。

        圖2為觀測系統(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)為處理過程中兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。

        圖1 速度模型

        圖2 觀測系統(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)對應(yīng)的共接收點(diǎn)道集

        圖4 圖2中B點(diǎn)對應(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VSP下行波及多次波,亦可見上行波及多次波,且兩張記錄中多次波存在明顯差異。

        對VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行振幅衰減補(bǔ)償、波場分離等處理,分別得到A點(diǎn)和B點(diǎn)的下行波波場,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?;诒疚乃芯康膬刹椒ǚ瘩薹e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相對比,可見多次波壓制徹底,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

        圖10 圖2中B點(diǎn)位置的VSP下行波波場

        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)對地面地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地表一致性子波處理。

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        P631

        A

        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”國家重大專項(xiàng)課題“隨鉆地震波測量技術(shù)與裝備研制”(2016ZX05020005-001)資助。

        (本文編輯:金文昱)

        蔡志東 高級工程師,1978年生;2002年和2005年分別獲得中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球探測與信息技術(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)用軟件開發(fā)等。

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