山前带低信噪比资料五维规则化技术研究与应用

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2021年第04期(总第220期）

山前带低信噪比资料五维规则化技术研宄与应用

张萌

(中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京211103)

摘要:Z G 地区山前带地区地表条件复杂多样，地下构造断裂发育，采集的原始单炮炮检点分布不均匀，资料干扰严重， 信噪比极低，地震成像难度极大。五维规则化技术是基于傅里叶重构技术，能够适应任意不规则的观测系统，实现线 域、点域、时间域、炮检距域、方位角域五维空间的插值，达到数据的规则化目的，该方法可以有效压制噪音、抑制空间假 频。把该方法在低信噪比山前带资料进行应用，五维规则化技术有效地提高了资料的信噪比，极大地改善了剖面的成 像效果。

关键词：叠前去噪;五维规则化；山前带;低信噪比资料;复杂构造

中图分类号:P 631.4

文献标识码:B

文章编号=2096-9759(2021)04-0023-03

〇引言

Z G 地区的地表条件和地表结构非常复杂,在北部存在巨

厚黄土区，沉积厚度深达l 〇〇m 以上；中部至南部出露老地层 产状多变，另外断层发育，出露老地层受到强烈的构造作用，

发育大量小断层，造成近地表地震波场进一步复杂化;除此之 外，工区内近地表存在有巨厚的煤层，煤层对地震信号传播屏 蔽作用强烈，不利于能量传播，而且工区内存在大面积的煤矿 采空区，对激发能量有极强的散射作用。在地下构造方面，该 工区整体构造上处于盆山结合部位,存在多处冲断，变形严重。 区内推覆构造发育，构造变形强烈，而且浅、深层构造复杂，断 裂发育，地震成像难度较大。复杂的近地表环境使得原始采 集资料信噪比极低。同时,复杂的地下构造使得二维和三维采 集资料都难以成像，严重影响了该区油气勘探工作的开展[1_2]。

随着油气勘探程度的不断提高，油气勘探面对的地质目 标越来越复杂，地震处理的技术也不断的发展,针对低信噪比 的资料，采用常规的叠前去噪技术，能压制一部分噪音，但是 由于山前带资料噪音特别发育，信噪比极低，采用常规的叠前 去噪方法压制噪音后的数据还不能满足构造解释和精确成像 的需求，因此可以在叠前去噪的基础上，采用规则化方法，进 一步压制噪音,提高资料的信噪比。

实际生产中主要应用的数据规则化技术有三维的面 元均化技术以及五维的数据规则化技术，三维的面元均化 技术是向相邻的面元借道，可以消除由于覆盖次数不均匀匹配追踪傅里叶(M PFI )数据规则化技术是基于反假频傅 里叶变换，适用于任意不规则观测系统,能够有效防止空间假

频现象，适应假频严重或复杂陡倾角数据，能够实现线域、点 域、时间域、炮检距域、方位角域五维空间的插值，达到数据的 规则化目的，同时提高资料的信噪比。

五维数据规则化技术同时对五个维度的输入数据利用展 开式系数在任何期望的空间位置重建数据，该方法是对频率- 空间域的频率切片进行操作，是一种迭代算法,每一次迭代从 冗余空间中选取一个傅里叶分量。

对于时间频率片= 1.2. _“.M )有M 个空间点，令波数

谱为F (x )(k =-f ,- ¥..",今),共有N 个波数系数。叶变换矩阵：

<2>m x n =

其中：

e '(k 'n x \ + k \x \ + + k ix i )

^

+ klx ^ + kf,xl + k *x \)el (k '…xl M +

+ klx \, + kUt ,).

定义傅里

(1)

(2)

式中:A 为基函数,n = 1,2,…，阶仏屹衫,4分别为四个空 间分量。则傅里叶正、反变换分别为：f = <D F

(3a )F = dH f

(3b )

引起的偏移画弧现象，适用于面元不一致、覆盖次数不同 的连片资料的拼接处理，但是该方法修改了原始的地震道 的真实坐标，会导致叠前时间偏移出现空间假频，保真度 不高【3】。

随着国内外学者的不断研宄，规则化技术不断发展，从三 维规则化发展到五维规则化技术，五维规则化技术是基于空 间真实坐标，充分利用数据的五个维度信息，该方法可以通过 插值改善面元属性和炮检点分布不均匀的问题，可以有效地 压制噪音、抑制空间假频，提高低信噪比资料的成像质量，对 山前带低信噪比资料的成像有明显效果[4_9]。

1五维数据规则化技术原理

山前带资料采集受到地表条件影响,炮检点分布不规则。

而叠前偏移理论假设地震波是以连续规则的波场向下传播的， 要求输入的数据是空间规则的，否则将会产生偏移噪音，严重 影响资料的信噪比和振幅保真度。令j 为迭代次数，则频谱估计过程为：

和(p ) =

>

⑷

=F >- F ^p ^q ),

5)

式(4)表示利用内积运算寻找能量最大的频率成分，其中 P 为内积最大的元素，式(5)表示每次迭代更新的过程。首先

通过式(4)选出频谱中能量最大的频率成分，然后通过式(5) 将该成分数据减掉得到更新后的数据，利用该数据再去求下 一个最大能量的频率成分，如此反复，直至得到所有的频率成

分为止，从而得到无频谱泄露的所有频率成分。然后再进行 反变换，便得到规则化后的地震数据[1°]。

2实现过程

五维规则化具体实现过程如下:第一,准备道头分选数据， 对数据进行动校正和基准面校正；第二，根据原始观测系统, 设计规则化的观测系统，覆盖次数与原观测系统满覆盖次数

收稿曰期=2021-03-2323

保持一致，检波点距和炮点距都不变，炮检点位置为理论的位 置;第三，准备插值道头;第四，根据原始数据和准备的道头, 进行规则化插值，得到规则化的地震数据；第五，对插值后的 地震数据进行反动校正和基准面校正。准备的数据可以是最 终的静校正后的CMP 数据，也可以是炮集数据。

五维规则化设计观测系统时，可以与原始观测系统保持 一致，也可以加密炮线和检波线，加密炮点和检波点，增加覆 盖次数，进一步提髙数据的信噪比。

在具体的实现过程中，需要考虑插值的窗口的大小，在这 些窗口中，数据被转换到傅里叶域（使用匹配追踪/ALFT 方 法)，然后返回到空间域中所需的位置。窗口大小与空间采样 间隔有关，实际窗口大小为空间采样间隔乘以窗口大小的参 数。窗口大小会影响反假频的效果，反假频是依靠在较低频 率下估计主要的波数，并且在较髙的频率下使用这些信息。能 量越集中在有限范围的信息上，反假频的效果越好。小的窗 口会导致在傅里叶域的分辨率较低，这会使反假频效果变差。 小的窗口也会导致边界效应。对于大的窗口，会有更多的不 同的倾角信息在窗口里。同时，大的窗口也可以显示更清楚 的构造。但是，对于大多数数据来说，过大的窗口会降低反假 频的效果，窗口越大，计算效率越低。

图1为不同的窗口的五维规则化的效果，可以看到，窗口 越大，五维规则化提髙信噪比的效果越明显，但是，资料混波 现象也越严重，因此不同资料进行五维规则化时，窗口大小需 要测试选择。

綱 700 m

图1不同规则化窗口的大小对五维规则化效果的影响 3效果分析

把五维规则化数据在ZG 地区的山前带资料进行应用。 该地区的山前带资料三维采集覆盖次数较髙，满覆盖达到卯0 次，是髙密度采集。工区资料构造复杂，能量、频率和信噪比 一致性较差，断裂发育、波场和构造复杂，难以精确成像和解 释。在解决了该工区资料的静校正问题、能量一致性问题以 及频率一致性问题以及叠前去噪的基础上，对该工区进行了 五维数据规则化处理。首先设计五维规则化的观测系统，当 五维规则化设计的观测系统与原始观测系统保持一致时，炮 点距和检波点距保持不变，面元不变，五维规则化后的炮检点 位置如图2b 所示，2a 为规则化前的炮检点位置，红色是炮点, 蓝色为检波点，可以看到五维规则化前不管是炮点还是检波 点都存在严重的变观现象,五维规则化后，炮检点位置在理论 的位置上，分布均匀，观测系统设计为原始观测系统,五维规 则化前后的覆盖次数保持一致。图3a 和3b 为五维规则化前 后的叠加剖面的效果，五维规则化前叠加剖面剖面信噪比极 低，有效反射连续性较弱。五维规则化后，叠加剖面信噪比明 显得到提髙，有效反射连续性増强，构造特征更加清楚。

图4为五维规则化后该工区的偏移剖面效果，五维规则 化前该工区偏移剖面有明显画弧现象，五维规则化后，画弧 现象得到改善，同相轴连续性得到提髙。对比叠加剖面和偏 移剖面五维规则化的效果，可以看到五维规则化前后，资料 的构造倾角没有改变，并且频率是较为一致的，五维规则化 不改变资料的构造形态和频率，是比较保幅保真的处理技术。

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