地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨
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不同相位的反褶积 , 通常既是对地震子波的相 位特性而言 ,也是对反子波的相位特性而言 。从这 个意义上讲 ,反子波相位特性与地震子波相位特性 相同 。对于脉冲反褶积 :地下反射系数是白噪声和 地震子波是最小相位 。当输入的地震数据的子波是 最小相位时 ,其脉冲反褶积的结果也是最小相位的 。 对于预测反褶积 , 当预测步长是一个样点时它就是 脉冲反褶积 。当预测步长大于一个样点时 , 预测反 褶积的滤波因子不一定是最小相位 , 其结果是一次 反褶积的结果不一定是最小相位的 。对于两步法统 计子波反褶积 ,当其期望输出子波是零相位时 ,反褶 积的结果是零相位的 。当其期望输出子波是最小相 位时 ,其反褶积的结果也是最小相位的 。对于同态 反褶积和最小熵反褶积 , 它们对输入的地震数据的 地震子波相位特性没有特别要求 , 一般认为输入地
最小相位化因子的求取需要用到可控震源激发
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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石油地球物理勘探
2008 年
的扫描信号 ,因为只有利用扫描信号进行自相关 ,才 能得到零相位子波 ,再将这个零相位子波转换为具有 相同振幅谱的最小相位子波 ,进而求取出匹配因子 , 这个匹配因子就是最小相位化的因子。图 1 为可控 震源的扫描信号 ,起始频率和终止频率分别为 7 Hz 和 72 Hz ,扫描信号长度为 12000ms。图 2 是扫描信号 的自相关 ,为零相位子波 。将这个零相位子波转换为 具有相同振幅谱的最小相位子波如 3 所示 。图 4 是 最小相位化因子 。将图 4 所示最小相位化因子应用 到地震数据就可以得到最小相位子波的地震数据 。
2008 年 12 月
·处理技术 ·
第 43 卷 增刊 2
地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨
苏贵仕 3 ① 沈克非 ② 丁学垠 ②
( ①东方地球物理公司研究院 ,河北涿州 072751 ; ②东方地球物理公司研究院海外业务部 ,河北涿州 072751)
苏贵仕 ,沈克非 ,丁学垠. 地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨. 石油地球物理勘探 ,2008 , 43( 增刊 2) : 121～124
关键词 地震子波 最小相位 预滤波 叠前反褶积 零相位化
1 引言
地震数据处理的目的是将野外采集的地震记录 用处理模块进行处理后得到成像好 、分辨率高的地 震剖面 ,地震记录可描述为地震子波与地层脉冲响 应或地下反射系数系列的褶积 。就某种意义上说 , 地震数据处理实际上是一个对地震子波不断改造的 过程 。
本文得到了东方地球物理公司研究院海外业务 部的领导和专家的关心和帮助 ,在编写过程中得到 了周兴元教授的悉心指导 ,与李合群高级工程师也 进行了多次有益的讨论 ,在此表示衷心的感谢 。
位化 。
下面分最小相位和混合相位两种情况讨论 。当
叠后数据子波是最小相位时 ,如果已知地震子波 ,即 可将地震子波转化为零相位子波 , 再利用匹配滤波 求取零相位化因子 ;如果未知地震子波 ,那么可以直 接从叠后数据中选择信噪比较高的部分 , 在反射系 数为白噪声的假设下求取零相位化因子 。
当叠后数据子波是混合相位时 , 通常有同态变 换法和纯相位滤波两种方法进行零相位化 。同态变
4 结束语
地震数据处理的目的是提高地震数据的信噪比 和分辨率 。最终得到高信噪比 、高分辨率的地震剖 面 。而在频率域中则表现为使得振幅谱频带尽可能 宽且剩余子波是零相位的 。在处理时 ,有些模块对 地震数据的子波相位要求有假设前提条件 。一般情 况下 ,叠前反褶积输入的地震数据要求子波是最小 相位的 ,若是零相位的需要进行最小相位化 。根据 相同的振幅谱零相位的子波分辨率最高的原则 ,需 要对叠后数据的子波进行零相位化处理 。
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石油地球物理勘探
位化之前的地震数据的叠加 ,为零相位的数据 。图 8 是最小相位化之后的地震数据的叠加 ,为最小相 位的数据 。图 9 是最小相位化后再进行叠前预测反 褶积之后的地震数据的叠加剖面 。从图中可以看 到 ,通过反褶积处理 ,剖面的分辨率提高了 ,这是反 褶 积的作用 。图10是未经零相位化处理 、直接经过
地震子波经过傅里叶变换之后可以得到振幅谱 和相位谱 ,或者说 ,地震子波可以用振幅和相位两个 参数来表征 。因此在地震数据处理中可通过拓宽地 震子波振幅谱来提高地震剖面的分辨率 ,也可通过 改变地震子波相位谱达到提高分辨率的目的 。
地震子波的相位特性不等同于地震子波的相位 谱和振幅谱 。振幅谱表现的是各个频率上正弦曲线 的峰值振幅 ,相位谱表现的是各个频率上正弦曲线 波峰或波谷在零时间时的时间延迟 。相位特性一般 指最小相位 、最大相位和混合相位 。零相位是混合 相位的一个特例 。如果一个地震子波能量的大部分 集中在起始端 ,则我们说这个地震子波是最小相位
图 6 对最小相位子波应用零相位高通滤波的试验结果
2. 3 叠前反褶积 根据褶积模型 ,地震记录是地震子波和地下反
射系数的褶积 ,即 S j = w j 3 ej
其中 : w j 为地震子波 ; ej 为地下反射系数 。 反褶积处理就是要设计一个滤波因子 , 使地震
子波延续长度尽可能地减小 。如果这个滤波因子是 地震子波的反子波 , 反褶积之后的地震子波延续长 度将只有一个点即尖脉冲 , 反褶积结果即是地下反 射系数 ,这是理想化的结果 。一般情况下 ,反褶积之 后的地震子波有一定的延续长度 。
需要注意的是 ,地震数据经过最小相位滤波器 滤波之后 ,其强相位位置会发生变化 ,而地震数据经 过零相位滤波器滤波之后 ,其强相位位置不发生变 化 。图 5 是对最小相位的地震子波用最小相位滤波 器进行高通滤波的试验 : 图中第一道在 500ms 处 有一尖脉 冲 ; 第 二 道 是 最 小 相 位 子 波 , 其 频 带 是 7～72 Hz ,最大波峰在 500ms 处 ;第三道是经过一次 最小相位的高通滤波的结果 ,滤波器的频带是 7～125 Hz ;第四道是经过两次最小相位高通滤波的 结果 ;第五道是经过三次最小相位的高通滤波的结 果 ,子波强波峰明显发生了变化 。图 6 是对最小相 位的地震子波用零相位滤波器进行高通滤波的试 验 :图中第一道在 500ms 有一尖脉冲 ;第二道是最 小相位子波 ,其频带是7～72 Hz ;第三道是经过一次
第 43 卷 增刊 2
苏贵仕等 :地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨
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零相位的 高通 滤波 的结果 , 滤 波器 的频 带是 7 ～ 125 Hz ;第四道是经过两次零相位高通滤波的结果 ; 第五道是经过三次零相位高通滤波的结果 。通过比 较可以看出经过零相位高通滤波之后的子波强波峰 位置没有发生改变 。
3 河北省涿州市东方地球物理公司研究院 ,072751 本文于 2008 年 3 月 20 日收到 。
的 。如果一个地震子波能量的大部分集中在末端 , 则我们说这个地震子波是最大相位的 。分辨率高的 地震子波在频率域上表现为振幅谱尽可能的拓宽 。 而具有同样的振幅谱的地震子波中 ,最小相位的地 震子波分辨率最高 。实际地震数据处理中对地震子 波相位特性有要求和影响的处理模块主要包括可控 震源地震子波最小相位化 、预滤波 、叠前反褶积和叠 后地震子波零相位化 。下面就这四个处理模块进行 具体的讨论 。
如果有测井合成记录 , 应以合成记录为标准进行相 位校正 。
3 实际应用
下面的地震数据选自巴基斯坦 E 工区 ,该区的 地震数据采集时利用可控震源激发 。图 7 是最小相
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2 影响地震子波相位特性的四个处理 模块
2. 1 可控震源地震子波最小相位化 当地表条件较简单时 ,可采用可控震源激发 ,此
时因采集到的地震数据的地震子波是可控震源扫描 信号的自相关 ,所以是零相位的 。通常后续的叠前 反褶积处理要求输入的地震数据的子波是最小相位 的 ,为此需要将可控震源的地震子波进行最小相位 化处理 。
摘要 本文就实际地震数据处理中常用的地震子波最小相位化 、预滤波 、叠前反褶积和叠后地震子波零相位化 等四个处理模块对地震子波相位特性的影响进行了探讨 。当地震记录是由可控震源激发得到时 ,其地震子波 是可控震源扫描信号的自相关 ,呈零相位子波特性 ,此时需将零相位子波转化为最小相位子波 ,为后续的反褶 积处理做准备 ;当地震记录是由炸药震源激发得到时 ,其地震子波一般被认为是最小相位子波 ,在对此地震数 据进行叠前反褶积处理之前首先使用一个高通滤波器对其进行预滤波处理 (这个滤波器必须是最小相位的 ,因 为最小相位地震子波只有经过最小相位滤波器滤波后才是最小相位的) ,然后进行叠前反褶积处理 (主要包括 脉冲反褶积 、地表一致性反褶积等 ,该处理过程要求输入地震数据的地震子波是最小相位的) ,经过这些反褶积 处理后的地震数据的子波也认为是最小相位的 ;因零相位子波的地震剖面分辨率最高 ,所以最后还需再对叠后 数据的最小相位子波进行零相位化处理 。以上认识已在巴基斯坦 E 工区二维地震资料的处理中得到验证 。
2008 年
图 11 叠后地震数据子波经零相位化处理的结果
剩余静校正和精细速度拾取等处理后得到的最终叠 加剖面 。图 11 是图 10 经过零相位化之后的结果 。 零相位化因子是从叠加数据中直接求取的 。两图对 比可以看到在剖面右上方 400ms 左右尖灭更加清 晰 ,剖面的分辨率得到了提高 。
震数据的子波是混合相位时 , 其输出结果也是混合 相位的 。
2. 4 叠后地震子波零相位化 叠后地震子波零相位化的目的是为了提供给用
户分辨率更高的地震剖面 。在具有相同频谱的情况
下 ,零相位子波的分辨率最高 。当叠前反褶积的期
望输出子波是零相位子波时 , 叠后数据不需要零相 位化 。叠 后 数 据 子 波 非 零 相 位 时 需 要 进 行 零 相
V=
∑y4j ∑y2j 2
→max
另一种是 Par simo ny 准则
∑ ln | y j | P -
∑| y j | Pl n | y j | P
j
∑| y j | P
→ mi n
j
式子中 y j 为滤波的输出 。经过扫描确定的相角或
相位函数就可以进行纯相位滤波 。利用纯相位滤波
进行零相位化 ,地震数据中强反射波将起主要作用 。
2. 2 预滤波处理 当叠前反褶积的地震数据存在比较严重的低频
干扰波时 ,通常使用一个高通滤波器对地震数据进 行滤波 ,这就是预滤波处理 。进行预滤波处理时 ,要 求这个滤波器必须是最小相位的 , 因为只有最小相
图 5 对最小相位子波应用最小相位高通滤波的试验结果
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换法是在复赛谱域截取零点附近的值作为地震子波
的复赛谱 ,求得混合相位子波 ,进而求得零相位化因
Baidu Nhomakorabea
子 。这种方法要求地震子波与反射系数在复赛谱是
分离的 。
纯相位滤波又分常数相位滤波和非常数相位滤
波两种 。纯相位滤波都要用某一个目标函数 , 在给 定步长情况下 ,经过扫描选定使目标函数到达最佳 。 目标函数有两种 ,一种是方差模准则
图 4 最小相位化因子
位的地震子波经过最小相位滤波之后才依然是最小 相位的子波 。有些公司采用零相位的滤波器进行预 滤波处理 ,严格来说是不合适的 。这是由于尽管滤 波的结果是振幅谱相乘 ,相位谱相加 ,零相位滤波器 没有改变地震数据的相位谱 ,但事实上最小相位子 波振幅谱的对数的希尔伯特变换就是最小相位子波 的相位谱 ,若最小相位子波的振幅谱被改变了 ,那它 便不再是最小相位了 。
最小相位化因子的求取需要用到可控震源激发
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的扫描信号 ,因为只有利用扫描信号进行自相关 ,才 能得到零相位子波 ,再将这个零相位子波转换为具有 相同振幅谱的最小相位子波 ,进而求取出匹配因子 , 这个匹配因子就是最小相位化的因子。图 1 为可控 震源的扫描信号 ,起始频率和终止频率分别为 7 Hz 和 72 Hz ,扫描信号长度为 12000ms。图 2 是扫描信号 的自相关 ,为零相位子波 。将这个零相位子波转换为 具有相同振幅谱的最小相位子波如 3 所示 。图 4 是 最小相位化因子 。将图 4 所示最小相位化因子应用 到地震数据就可以得到最小相位子波的地震数据 。
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·处理技术 ·
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地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨
苏贵仕 3 ① 沈克非 ② 丁学垠 ②
( ①东方地球物理公司研究院 ,河北涿州 072751 ; ②东方地球物理公司研究院海外业务部 ,河北涿州 072751)
苏贵仕 ,沈克非 ,丁学垠. 地震数据处理中关于地震子波相位特性的探讨. 石油地球物理勘探 ,2008 , 43( 增刊 2) : 121～124
关键词 地震子波 最小相位 预滤波 叠前反褶积 零相位化
1 引言
地震数据处理的目的是将野外采集的地震记录 用处理模块进行处理后得到成像好 、分辨率高的地 震剖面 ,地震记录可描述为地震子波与地层脉冲响 应或地下反射系数系列的褶积 。就某种意义上说 , 地震数据处理实际上是一个对地震子波不断改造的 过程 。
本文得到了东方地球物理公司研究院海外业务 部的领导和专家的关心和帮助 ,在编写过程中得到 了周兴元教授的悉心指导 ,与李合群高级工程师也 进行了多次有益的讨论 ,在此表示衷心的感谢 。
位化 。
下面分最小相位和混合相位两种情况讨论 。当
叠后数据子波是最小相位时 ,如果已知地震子波 ,即 可将地震子波转化为零相位子波 , 再利用匹配滤波 求取零相位化因子 ;如果未知地震子波 ,那么可以直 接从叠后数据中选择信噪比较高的部分 , 在反射系 数为白噪声的假设下求取零相位化因子 。
当叠后数据子波是混合相位时 , 通常有同态变 换法和纯相位滤波两种方法进行零相位化 。同态变
4 结束语
地震数据处理的目的是提高地震数据的信噪比 和分辨率 。最终得到高信噪比 、高分辨率的地震剖 面 。而在频率域中则表现为使得振幅谱频带尽可能 宽且剩余子波是零相位的 。在处理时 ,有些模块对 地震数据的子波相位要求有假设前提条件 。一般情 况下 ,叠前反褶积输入的地震数据要求子波是最小 相位的 ,若是零相位的需要进行最小相位化 。根据 相同的振幅谱零相位的子波分辨率最高的原则 ,需 要对叠后数据的子波进行零相位化处理 。
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位化之前的地震数据的叠加 ,为零相位的数据 。图 8 是最小相位化之后的地震数据的叠加 ,为最小相 位的数据 。图 9 是最小相位化后再进行叠前预测反 褶积之后的地震数据的叠加剖面 。从图中可以看 到 ,通过反褶积处理 ,剖面的分辨率提高了 ,这是反 褶 积的作用 。图10是未经零相位化处理 、直接经过
地震子波经过傅里叶变换之后可以得到振幅谱 和相位谱 ,或者说 ,地震子波可以用振幅和相位两个 参数来表征 。因此在地震数据处理中可通过拓宽地 震子波振幅谱来提高地震剖面的分辨率 ,也可通过 改变地震子波相位谱达到提高分辨率的目的 。
地震子波的相位特性不等同于地震子波的相位 谱和振幅谱 。振幅谱表现的是各个频率上正弦曲线 的峰值振幅 ,相位谱表现的是各个频率上正弦曲线 波峰或波谷在零时间时的时间延迟 。相位特性一般 指最小相位 、最大相位和混合相位 。零相位是混合 相位的一个特例 。如果一个地震子波能量的大部分 集中在起始端 ,则我们说这个地震子波是最小相位
图 6 对最小相位子波应用零相位高通滤波的试验结果
2. 3 叠前反褶积 根据褶积模型 ,地震记录是地震子波和地下反
射系数的褶积 ,即 S j = w j 3 ej
其中 : w j 为地震子波 ; ej 为地下反射系数 。 反褶积处理就是要设计一个滤波因子 , 使地震
子波延续长度尽可能地减小 。如果这个滤波因子是 地震子波的反子波 , 反褶积之后的地震子波延续长 度将只有一个点即尖脉冲 , 反褶积结果即是地下反 射系数 ,这是理想化的结果 。一般情况下 ,反褶积之 后的地震子波有一定的延续长度 。
需要注意的是 ,地震数据经过最小相位滤波器 滤波之后 ,其强相位位置会发生变化 ,而地震数据经 过零相位滤波器滤波之后 ,其强相位位置不发生变 化 。图 5 是对最小相位的地震子波用最小相位滤波 器进行高通滤波的试验 : 图中第一道在 500ms 处 有一尖脉 冲 ; 第 二 道 是 最 小 相 位 子 波 , 其 频 带 是 7～72 Hz ,最大波峰在 500ms 处 ;第三道是经过一次 最小相位的高通滤波的结果 ,滤波器的频带是 7～125 Hz ;第四道是经过两次最小相位高通滤波的 结果 ;第五道是经过三次最小相位的高通滤波的结 果 ,子波强波峰明显发生了变化 。图 6 是对最小相 位的地震子波用零相位滤波器进行高通滤波的试 验 :图中第一道在 500ms 有一尖脉冲 ;第二道是最 小相位子波 ,其频带是7～72 Hz ;第三道是经过一次
第 43 卷 增刊 2
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零相位的 高通 滤波 的结果 , 滤 波器 的频 带是 7 ～ 125 Hz ;第四道是经过两次零相位高通滤波的结果 ; 第五道是经过三次零相位高通滤波的结果 。通过比 较可以看出经过零相位高通滤波之后的子波强波峰 位置没有发生改变 。
3 河北省涿州市东方地球物理公司研究院 ,072751 本文于 2008 年 3 月 20 日收到 。
的 。如果一个地震子波能量的大部分集中在末端 , 则我们说这个地震子波是最大相位的 。分辨率高的 地震子波在频率域上表现为振幅谱尽可能的拓宽 。 而具有同样的振幅谱的地震子波中 ,最小相位的地 震子波分辨率最高 。实际地震数据处理中对地震子 波相位特性有要求和影响的处理模块主要包括可控 震源地震子波最小相位化 、预滤波 、叠前反褶积和叠 后地震子波零相位化 。下面就这四个处理模块进行 具体的讨论 。
如果有测井合成记录 , 应以合成记录为标准进行相 位校正 。
3 实际应用
下面的地震数据选自巴基斯坦 E 工区 ,该区的 地震数据采集时利用可控震源激发 。图 7 是最小相
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2 影响地震子波相位特性的四个处理 模块
2. 1 可控震源地震子波最小相位化 当地表条件较简单时 ,可采用可控震源激发 ,此
时因采集到的地震数据的地震子波是可控震源扫描 信号的自相关 ,所以是零相位的 。通常后续的叠前 反褶积处理要求输入的地震数据的子波是最小相位 的 ,为此需要将可控震源的地震子波进行最小相位 化处理 。
摘要 本文就实际地震数据处理中常用的地震子波最小相位化 、预滤波 、叠前反褶积和叠后地震子波零相位化 等四个处理模块对地震子波相位特性的影响进行了探讨 。当地震记录是由可控震源激发得到时 ,其地震子波 是可控震源扫描信号的自相关 ,呈零相位子波特性 ,此时需将零相位子波转化为最小相位子波 ,为后续的反褶 积处理做准备 ;当地震记录是由炸药震源激发得到时 ,其地震子波一般被认为是最小相位子波 ,在对此地震数 据进行叠前反褶积处理之前首先使用一个高通滤波器对其进行预滤波处理 (这个滤波器必须是最小相位的 ,因 为最小相位地震子波只有经过最小相位滤波器滤波后才是最小相位的) ,然后进行叠前反褶积处理 (主要包括 脉冲反褶积 、地表一致性反褶积等 ,该处理过程要求输入地震数据的地震子波是最小相位的) ,经过这些反褶积 处理后的地震数据的子波也认为是最小相位的 ;因零相位子波的地震剖面分辨率最高 ,所以最后还需再对叠后 数据的最小相位子波进行零相位化处理 。以上认识已在巴基斯坦 E 工区二维地震资料的处理中得到验证 。
2008 年
图 11 叠后地震数据子波经零相位化处理的结果
剩余静校正和精细速度拾取等处理后得到的最终叠 加剖面 。图 11 是图 10 经过零相位化之后的结果 。 零相位化因子是从叠加数据中直接求取的 。两图对 比可以看到在剖面右上方 400ms 左右尖灭更加清 晰 ,剖面的分辨率得到了提高 。
震数据的子波是混合相位时 , 其输出结果也是混合 相位的 。
2. 4 叠后地震子波零相位化 叠后地震子波零相位化的目的是为了提供给用
户分辨率更高的地震剖面 。在具有相同频谱的情况
下 ,零相位子波的分辨率最高 。当叠前反褶积的期
望输出子波是零相位子波时 , 叠后数据不需要零相 位化 。叠 后 数 据 子 波 非 零 相 位 时 需 要 进 行 零 相
V=
∑y4j ∑y2j 2
→max
另一种是 Par simo ny 准则
∑ ln | y j | P -
∑| y j | Pl n | y j | P
j
∑| y j | P
→ mi n
j
式子中 y j 为滤波的输出 。经过扫描确定的相角或
相位函数就可以进行纯相位滤波 。利用纯相位滤波
进行零相位化 ,地震数据中强反射波将起主要作用 。
2. 2 预滤波处理 当叠前反褶积的地震数据存在比较严重的低频
干扰波时 ,通常使用一个高通滤波器对地震数据进 行滤波 ,这就是预滤波处理 。进行预滤波处理时 ,要 求这个滤波器必须是最小相位的 , 因为只有最小相
图 5 对最小相位子波应用最小相位高通滤波的试验结果
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
换法是在复赛谱域截取零点附近的值作为地震子波
的复赛谱 ,求得混合相位子波 ,进而求得零相位化因
Baidu Nhomakorabea
子 。这种方法要求地震子波与反射系数在复赛谱是
分离的 。
纯相位滤波又分常数相位滤波和非常数相位滤
波两种 。纯相位滤波都要用某一个目标函数 , 在给 定步长情况下 ,经过扫描选定使目标函数到达最佳 。 目标函数有两种 ,一种是方差模准则
图 4 最小相位化因子
位的地震子波经过最小相位滤波之后才依然是最小 相位的子波 。有些公司采用零相位的滤波器进行预 滤波处理 ,严格来说是不合适的 。这是由于尽管滤 波的结果是振幅谱相乘 ,相位谱相加 ,零相位滤波器 没有改变地震数据的相位谱 ,但事实上最小相位子 波振幅谱的对数的希尔伯特变换就是最小相位子波 的相位谱 ,若最小相位子波的振幅谱被改变了 ,那它 便不再是最小相位了 。