劉 錚,史運(yùn)華,史文英
(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司,深圳 518054;2.中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部特普公司,湛江 524057)
海洋地震勘探中,隨著勘探的不斷深入,兩個(gè)工區(qū)甚至幾個(gè)工區(qū)會(huì)出現(xiàn)重合現(xiàn)象,這時(shí)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配拼接,進(jìn)行連片處理[1];不同的工區(qū)的地震資料進(jìn)行匹配拼接時(shí),一般需要消除振幅、相位、頻率特征等方面差異[2-3],沒有考慮到鬼波的影響因素;鬼波通常存在于海洋拖纜地震勘探數(shù)據(jù)中,對海洋地震資料影響極大,鬼波的干擾使子波長度加長,在頻率域平均分布的陷波點(diǎn)嚴(yán)重限制了子波的頻寬,尤其是低頻信息和高頻信息。鬼波在地震剖面上的表現(xiàn)是使地震剖面同相軸增多,分辨率和信噪比降低[4]。由于震源、檢波器沉放深度的不同,不同工區(qū)的鬼波影響差異也較大,處理過程中需要消除鬼波的影響,進(jìn)行拼接匹配時(shí)才能取得較好的效果。
筆者對常規(guī)的拼接連片處理技術(shù)進(jìn)行升級(jí),加入了鬼波壓制技術(shù),即首先對不同工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行鬼波壓制,消除鬼波影響,然后再進(jìn)行匹配拼接處理。鬼波壓制方法上采用復(fù)雜海況精細(xì)去鬼波技術(shù)CSCDG,該技術(shù)首先通過近道海底波形提取含有氣槍信號(hào)的子波,消除氣槍信號(hào)的影響;然后基于高斯統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算粗糙海面反射系數(shù),最后在τ-p域迭代求取最優(yōu)化鬼波算子壓制鬼波??紤]了粗糙海平面模擬、纜深浮動(dòng)控制、海水背景噪音控制等復(fù)雜現(xiàn)實(shí),鬼波壓制精度高,保真保幅。鬼波回技術(shù)是鬼波壓制技術(shù)的反方向?qū)崿F(xiàn)。該技術(shù)主要解決復(fù)雜多工區(qū)匹配處理過程中,不同區(qū)塊由于采集過程中炮、檢點(diǎn)深度不同造成的鬼波不一致問題;在實(shí)際項(xiàng)目中對該技術(shù)進(jìn)行實(shí)際效果驗(yàn)證,基本消除該工區(qū)四個(gè)區(qū)塊的鬼波差異性大帶來的拼接問題,為后續(xù)的成像打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
氣槍激發(fā)信號(hào)并不是單一脈沖,其后續(xù)殘余氣泡震蕩能量依然較強(qiáng),在鬼波壓制過程中會(huì)對殘余氣泡進(jìn)行放大,嚴(yán)重影響鬼波壓制后的信噪比及分辨率,所以在壓制鬼波時(shí)需要先消除氣槍信號(hào)中的殘余氣泡信息[5]。
氣泡壓制需要一個(gè)含有氣泡信號(hào)的子波,海洋拖纜地震勘探前一般會(huì)模擬出理論地震子波,實(shí)際采集中,受海況、水下暗流、船速、震源排列畸變等各種因素影響,很難模擬一個(gè)高精度的信號(hào)。遠(yuǎn)場子波模擬精度很高,但與實(shí)際子波的氣泡周期和振幅存在誤差,很難有效壓制地震數(shù)據(jù)中的殘余氣泡?;谶@個(gè)原因這里使用從地震數(shù)據(jù)中提取含有實(shí)際氣泡的子波的方法進(jìn)行氣泡壓制,提取子波方法分為兩大類[6]:①確定性子波提取,該方法需要利用測井?dāng)?shù)據(jù),易受測井誤差的影響,導(dǎo)致子波畸變或相位譜扭曲[7],除此之外海上鉆井費(fèi)用較高,使用測井資料進(jìn)行子波提進(jìn)行氣泡壓制的方法基本上是不可行的;②統(tǒng)計(jì)性子波提取,由Robinson[8]提出,它假設(shè)前提較多,且得不到子波的真實(shí)相位,所以使用此方法也解決不了氣泡壓制的問題。基于以上原因,筆者提出一種基于地震近道海底反射提取地震子波的技術(shù),該方法可以獲得接近真實(shí)子波的氣泡干擾信息。
將近道海底反射信號(hào)與海底反射系數(shù)的逆進(jìn)行褶積,就可以得到實(shí)際的地震子波;為了壓制噪音和地層信息,實(shí)際應(yīng)用時(shí)使用近道剖面海底同向疊加來實(shí)現(xiàn)地震子波的提取[9]:
(1)
式中:h為炮點(diǎn)的水深;v為水速;t為時(shí)間;xi代表道數(shù)。該方法得到的子波沒有經(jīng)過深部地層的吸收衰減,可近似看作地震子波。
由圖1為可以看出,兩種子波殘留氣泡差異較大,氣泡幅度、周期均有差異。分別使用兩種子波對同一數(shù)據(jù)進(jìn)行氣泡壓制,如圖2所示。由圖2可以看到,使用理論模擬子波殘留氣泡沒有壓制干凈,而使用近道海底反射提取地震子波殘留氣泡得到有效壓制,這說明了地震提取子波更精確。
圖1 模擬遠(yuǎn)場子波與提取子波對比(無鬼波)Fig.1 Far field wavelet model and extract wavelet (deghost)(a)地震初至提取子波;(b)遠(yuǎn)場子波
圖2 氣泡壓制剖面對比Fig.2 Comparison of debubble section(a)原始地震剖面;(b)模擬子波壓制氣泡剖面;(c)提取子波壓制氣泡剖面
圖3 沿同一角度的平面波傳播方向Fig.3 Plane wave propagation direction along the same angle
在平面波域,假設(shè)鬼波與有效波的時(shí)差為▽τ,傳播角度為θ(圖3),假設(shè)射線參數(shù)p=sinθ/v,則▽τ可以表示為式(2)[10]。
(2)
式中:d為震源深度;v是水速。在頻率域,有效波與其鬼波可以描述為:
1+r(ω,p,τ)e-iω▽τ
(3)
式中:r為海面的反射系數(shù);ω為角頻率。當(dāng)射線參數(shù)p不變時(shí),有效波與鬼波之間沿著τ軸的時(shí)間延遲,是呈周期性的;所以在τ-p域進(jìn)行鬼波壓制有著較大的優(yōu)勢[11]。
式(3)的逆即為反鬼波算子,用反鬼波算子與數(shù)據(jù)褶積即可得到τ-p域壓制鬼波后的數(shù)據(jù)為式(4)。
p(τ,p)=N(τ,p)(1+r(ω,p,τ)e-iωt)-1
(4)
(5)
(6)
(7)
得到精確的鬼波延遲時(shí)后,在f-p域進(jìn)行最小平方反演為式(8)。
(8)
(9)
經(jīng)式(9)計(jì)算出p(f,xi)后對其進(jìn)行反傅里葉變換,就可以得到時(shí)間域的壓制鬼波后的地震數(shù)據(jù)p(t,xi)。
筆者選取南海A工區(qū)與B工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行鬼波壓制拼接匹配處理試驗(yàn),圖4為兩個(gè)工區(qū)的面元覆蓋次數(shù)圖,從圖4可以看到,左側(cè)為A工區(qū),右側(cè)為B工區(qū),兩個(gè)工區(qū)相互重合,一般需要進(jìn)行拼接匹配處理。兩個(gè)工區(qū)采集時(shí)間相差不大,采集儀器相同;由圖5可以看出,兩個(gè)工區(qū)槍陣組合完全相同,兩個(gè)工區(qū)的槍陣組合一致,說明氣槍信號(hào)相同,但是采集過程中兩個(gè)工區(qū)震源和電纜沉放深度不一致,A工區(qū)震源沉放深度為7 m、電纜沉放深度為8 m,B工區(qū)震源沉放深度為6 m、電纜沉放深度為15 m;由于兩個(gè)工區(qū)的采集儀器,與其余參數(shù)基本一致,所以兩個(gè)工區(qū)的數(shù)據(jù)差異,主要是由于電纜沉放深度不一致,導(dǎo)致鬼波特征不一致引起的,使用常規(guī)的匹配濾波技術(shù)解決不了鬼波的周期不一致問題。
圖6為鬼波壓制前兩個(gè)工區(qū)匹配拼接的剖面,雖然振幅能量與相位調(diào)整一致,但是由于每個(gè)區(qū)塊的鬼波周期和形態(tài)不一致,在拼接處還是有明顯的拼接痕跡。為了解決這個(gè)問題,實(shí)現(xiàn)疊前無縫拼接處理,筆者使用基于鬼波壓制的多工區(qū)數(shù)據(jù)拼配技術(shù),改善連片處理的數(shù)據(jù)品質(zhì),為后續(xù)的地質(zhì)解釋和油氣預(yù)測提供便利。
圖7為本次基于鬼波壓制技術(shù)的匹配具體流程,匹配拼接前,首先使用復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)對兩個(gè)工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行鬼波壓制,解決A、B兩個(gè)工區(qū)采集地震由于槍、纜沉放深度不同導(dǎo)致子波差異大,無法匹配拼接問題。由圖8可以看出,鬼波壓制前炮集子波旁瓣較多,同時(shí)由于采集時(shí)的復(fù)雜海況的影響,鬼波形態(tài)并不一致,這些因素使得炮集整體上看上去比較凌亂。壓制電纜鬼波后同向軸明顯減少,壓制源、檢鬼波后同向軸單一,但是由于氣槍信號(hào)的影響,低頻信息較多;壓制氣槍信號(hào)的的炮集子波旁瓣得到壓制,同向軸明顯減少,信噪比、分辨率明顯提高。
圖4 工區(qū)面元覆蓋圖Fig.4 Bin mapping
圖5 震源槍陣列組合示意圖Fig.5 The sketch of air gun array(a)A工區(qū);(b)B工區(qū)
圖6 鬼波壓制前匹配剖面Fig.6 Matching profile before deghost
圖7 鬼波壓制拼接技術(shù)流程Fig.7 Technical flow of matching with deghost
圖8 鬼波壓制前后的炮集對比Fig.8 Shot gather before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號(hào)
圖9為與圖8對應(yīng)的炮集自相關(guān),由圖9可以看出,壓制源、檢鬼波及氣槍信號(hào)后子波旁瓣得到壓制,同向軸明顯減少,信噪比、分辨率明顯提高。
從圖10可看出,鬼波壓制前剖面同向軸為復(fù)合同向軸,增加了地質(zhì)解釋的難度,將海底放大看子波由三個(gè)旁瓣組成,由于海況的復(fù)雜性,陷波點(diǎn)不明顯,但頻譜上仍然可以看到頻帶受到限制。壓制檢波點(diǎn)鬼波后,子波旁瓣由三個(gè)減少為連個(gè),頻帶在低、高頻都有一定拓展,提高了剖面分辨率;壓制源、檢鬼波后,子波旁瓣減少為一個(gè),但是旁瓣后有氣槍信號(hào)的低頻干擾,頻帶進(jìn)一步拓寬,但低頻端能量過強(qiáng),這也是由于氣槍信號(hào)引起的,剖面上看氣槍信號(hào)則更為明顯;在壓制源、檢鬼波和氣槍信號(hào)之后,子波旁瓣為一個(gè),并且低頻干擾得到壓制,同向軸明顯減少,頻譜低高頻分布合理,頻帶較寬,剖面上信噪比、分辨率都得到了明顯提高。
圖9 鬼波壓制前后的炮集自相關(guān)對比Fig.9 Shot gather autocorrelation before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號(hào)
圖10 鬼波壓制前后的疊加剖面及頻譜比Fig.10 Section and it’s spectrum before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號(hào)
圖11 鬼波壓制前后的疊加剖面及差值Fig.11 Section before and after deghost and their difference(a)鬼波壓制前;(b)鬼波壓制后;(c)差值
圖12 不同工區(qū)壓制鬼波后的頻譜對比Fig.12 Section spectrum after deghost of different area(a)A工區(qū);(b)B工區(qū)
圖13 A工區(qū)及B工區(qū)鬼波壓制前后波形Fig.13 Waveform before and after deghost of different area(a)B工區(qū)鬼波壓制前;(b)A工區(qū)鬼波壓制前;(c)B工區(qū)鬼波壓制后;(d)A工區(qū)鬼波壓制后
圖14 鬼波壓制后匹配拼接剖面Fig.14 Matching section after deghost(a)原剖面;(b)目的層拼接處放大后剖面
為了說明基于復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)的精確性,筆者對鬼波壓制前的剖面進(jìn)行相減(圖11)。由圖11可以看出,鬼波壓制前后剖面及其差值可以看到,鬼波壓制后的剖面信噪比、分辨率得到了極大的提高,有效信號(hào)沒有損失,這說明復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)具有較高的精確性。
采用復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)分別對A、B兩個(gè)工區(qū)地震資料進(jìn)行源、檢鬼波及氣槍信號(hào)壓制后,兩個(gè)工區(qū)子波形態(tài)基本一致,陷波點(diǎn)得到有效補(bǔ)充頻譜類似(圖12)。由于槍、纜沉放深度不同導(dǎo)致子波差異大的問題得到了有效地解決(圖13)。
在這個(gè)基礎(chǔ)上對兩個(gè)工區(qū)進(jìn)行匹配拼接(圖14),與圖6鬼波壓制前匹配剖面相比,鬼波壓制后拼接剖面兩個(gè)工區(qū)頻譜、相位、時(shí)差、能量、分辨率等剖面特征均趨于一致(圖12~圖14),在目的層(1.25 s~基底)無拼接痕跡。這也說明了基于鬼波壓制的匹配拼接技術(shù)在A、B兩個(gè)工區(qū)獲得了成功應(yīng)用,該技術(shù)在原理與應(yīng)用中具有合理性。
復(fù)雜海況下的鬼波壓制技術(shù)(CSDG),一定程度上解決了拖纜鬼波壓制過程中遇到的氣槍信號(hào)、粗糙海面與電纜浮動(dòng)、入射角等問題,可以有效消除海洋數(shù)據(jù)常規(guī)拖纜鬼波及氣槍信號(hào),得到寬頻帶的地震數(shù)據(jù)。在不同工區(qū)地震資料匹配前先分別對其使用復(fù)雜海況下的鬼波壓制技術(shù)(CSDG),可以有效解決不同工區(qū)間由于電纜沉放深度不一致,導(dǎo)致鬼波特征不一致引起的不同工區(qū)的數(shù)據(jù)差異,實(shí)現(xiàn)了不同工區(qū)間的無縫拼接處理,改善連片處理的數(shù)據(jù)品質(zhì),為后續(xù)的地質(zhì)解釋和油氣預(yù)測提供便利。