反褶积处理方法要点

反褶积处理方法

论文提要

反褶积即反滤波是常用的地震资料处理方法。反褶积的目的是由地震数据恢复反射系数。反滤波的作用主要是压缩地震反射脉冲的长度，提高反射地震记录的分辨能力，并进一步估计地下反射界面的反射系数。这不仅是常规地震资料处理所需要的，而且是对直接找油找气的亮点技术和岩性研究的地层地震学的地震资料处理尤为重要。另外，反滤波还可以清除短周期鸣震和多次波等干扰波。

当前地震资料处理解释已经基本实现了数据化、自动化，我国各大解释公司、研究所、高等院校都已有了较为先进数字化处理软件，在处理数字化的地震数据时表现出了很好的速度性和准确性。反褶积可分为确定性反褶积和估计性反褶积两种。目前常用的反褶积有最小平方反褶积、预测反褶积、同态反褶积、地表一致性反褶积、最大熵反褶积、变模反褶积、Q反褶积等等；特殊的反褶积有Noah反褶积、最小信息反褶积等。

正文

一、反褶积

（一）研究目的和意义

1、研究目的

（1）弄清各种反褶积处理方法的原理。

（2）弄清反褶积处理模块的参数意义。

（3）掌握地震资料数字处理的基本流程及处理方法。

（4）完善反褶积方法，提高地震资料处理的分辨率，保持信噪比，振幅均匀化。

2、研究意义

反褶积是地震资料数字处理流程中最关键的一环，也是提高地震勘探分辨率最有效的方法。一个处理流程包括许多处理步骤。而每一个处理步骤又要涉及到好几个处理模块。一个处理流程通常由预处理、叠前处理和叠后处理三部分组成。其中反褶积是最重要的一个部分，如图1所示。

反褶积的目的就是为了分离子波和反射系数序列。子波就像无线电中的载波，反射系数序列就像无线电中的声波。只有消除高频载波才能提取声波。子波在地层中传播，携带着反射系数序列这种有用的地质信息返回地面，只有消除子波才能恢复反射系数序列的本来面目。反射系数序列中有波阻抗随时间变化的信息，这就提供了速度和密度随时间变化的信息,随之就可得到地层、岩性及构造在地下中间分布的信息。在有利条件下还可得到岩石孔隙率、渗透率、孔隙流体性质（油、气、水）乃至地层压力的信息。反褶积提高了分辨率，拓展了频带，保持了信噪比。

图1 地震资料数字处理流程图

（二）反褶积的局限性、国内外现状和发展趋势

1、反褶积的局限性

（1）结果与目的背离

反褶积的目的是由地震数据恢复反射系数。作用主要是压缩地震反射脉冲的长度，提高反射地震记录的分辨能力，并进一步估计地下反射界面的反射系数。一般的确定性反褶积子波估计并不准确，达不到准确估计反射系数的效果。而估计性反褶积就只能是拓宽频带，提高一些分辨率而已。这就出现了一个有趣的现象反褶积背离了它的初衷，将提取反射系数的任务退化为只是提高分辨率了。

（2）频带的限制

地震道是限带的，而期望输出反射系数序列是宽带的，要从限带输入中得出宽带输出是—个极大的矛盾，就是说要得到反射系数 脉冲序列几乎是不可能的。

（3）提高了分辨率降低了信噪比

实际上地震记录中不可能没有噪音。经反褶积后，只有在靠近反褶积算子振幅负峰的很小频段内，噪音振幅谱才会降低，而在其两侧噪音迅速提高，信噪比降低更多，情况恶化了。为了滤去信噪比恶化的频段，要专门设计一个滤波算子。

（4）反褶积早被反演理论所超越

2、国内外现状及发展趋势

目前常用的反褶积有最小平方反褶积、预测反褶积、同态反褶积、地表一致性反褶积、最大熵反褶积、变模反褶积、Q反褶积等等；特殊的反褶积有Noah反褶积、最小信息反褶积、Kalman反褶积等。

反褶积方法有许多局限性和缺陷，这一方面限制了反褶积的发展，另一方面也促使人们来弥补，使反褶积方法仍不断有所发展。发展的方向大致有如下五个：一是对最小平方方法及变模法的前提进行修改，突破已有的限制；二是改进具体的算法，使之更稳定，更唯一，更快速；三是发展子波整形技术，直接为提高信噪比，保真度、一致性及分辨率服务；四是提高子波估计水平及质量，为子波反褶积提供更确定的前提；五是发展全新的概念，建立新的目标函数和判别准则。

基于上面反褶积发展的五个方向，反褶积的新进展有：

（1）为摆脱相位限制，提出了混合相位最小平方反褶积。

（2）为摆脱反射系数序列是白噪的假设，提出了非白反褶积，约瑟夫反褶积及蓝色补偿反褶积。

（3）为弥补地震道的限带性质，提出了限带脉冲反褶积及广义正向迭代反褶积。

（4）为了提高估计反褶积算子中所需的自相关数据质量，提出了约束迭代谱反褶积。

（5）为了改善最小熵反褶积的效果，除前述的一些方法外还有：最佳滞后最小熵反褶积及包络敏感反褶积。

（6）为了提高预测反褶积的效果，提出了波动方程反褶积，速度域反褶积及频率域预测反褶积。

（7）为改进可控震源反褶积的效果，提出了不相关可控震源反褶积方法。

（8）直接利用子波整形来解决问题的有子波均衡法。

（9）一种全新的发展是用人工神经网络作最小方差反褶积。

二、反褶积处理方法原理

一个记录地震道的最简单的模型是：

S(t)=W(t)*r(t)+n(t)（1）

式中，W(t)是地震子波，r(t)是反射系数，n(t)是附加噪声，而S(t)是地震信号。它是双程旅行时t的函数。实践中，此信号是经过采样获得的。信号样本可分别地用向量S,W,r和n表示。

反褶积的目的是从给定的一个观测结果S中恢复反射系数r。为了做到这点，要先估算出W。在某些方法中它是与r同时估算的，而在另外一些方法中却假设它为已知的。

最普通的反褶积方法是反滤波。它具有这一性质，即反褶积后的反射系数其频带是有限的。这种带限的后果是不能清晰地分辨反射界面，这就会给详细解释带来严重问题。为了克服带限的不良响应，提出了各种各样的反滤波方法。

（一）脉冲/预测反褶积