匹配濾波技術(shù)在灘淺水地區(qū)三維地震資料采集中的應(yīng)用

匹配濾波技術(shù)在灘淺水地區(qū)三維地震資料采集中的應(yīng)用

1地震資料特征差異在地表?xiàng)l件復(fù)雜的地區(qū)，通常需要使用各種震源、儀器和接收設(shè)備一起采集地震數(shù)據(jù)。這必然導(dǎo)致了地震波的大不同，并很大不同地收集的地震反射數(shù)據(jù)的振幅（能量）、頻率和相位的性質(zhì)。上述特征差異會(huì)造成相關(guān)時(shí)移誤差、靜校正失效、速度譜及疊加波形失真,從而無(wú)法直接根據(jù)反射波場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行儲(chǔ)層反演和油氣預(yù)測(cè)。因此在地震資料處理中,要對(duì)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)進(jìn)行一致性處理,以消除炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的差異,為儲(chǔ)層反演、地質(zhì)解釋和油氣預(yù)測(cè)提供可靠的資料2匹配濾波技術(shù)以往在消除不同震源或不同記錄系統(tǒng)所采集的地震記錄的差異時(shí),通常使用子波整形來(lái)校正震源信號(hào),以消除記錄系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的影響,使信號(hào)在工區(qū)內(nèi)可以連續(xù)對(duì)比。子波整形主要采用褶積模型和維納濾波,可以在限定信噪比范圍內(nèi),用一個(gè)更理想的子波代替一個(gè)已知的嵌入子波,但滿足此法的要求十分苛刻(1)在不同震源地震資料銜接段要有可靠的子波;(2)銜接段地震資料要有較高的信噪比。(3)要求同時(shí)滿足子波最小相位、子波時(shí)不變及反射系數(shù)序列是白噪聲的假設(shè)。鑒于上述情況,故文中用匹配濾波技術(shù)代替子波整形來(lái)達(dá)到消除反射時(shí)差、整形地震子波的目的。匹配濾波技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)匹配濾波處理不需要地震子波已知;(2)匹配濾波處理不存在子波最小相位假設(shè)和反射系數(shù)序列是白噪聲的假設(shè)。匹配濾波方法的實(shí)質(zhì)可以這樣來(lái)理解:如果有兩種不同子波的記錄,它們的子波都是未知的,整形濾波的目的就是將一種子波的記錄改造成另一種子波的記錄,而匹配濾波處理的目的是在兩種不同子波的銜接處求取匹配濾波算子。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:通過(guò)反褶積方法求取同一位置的兩個(gè)記錄A和B的匹配濾波算子(自相關(guān)為其中一個(gè)記錄的自相關(guān),而不是子波自相關(guān),期望輸出為另一個(gè)記錄,而不是尖脈沖),再把匹配濾波算子作用于A(或B),使A(或B)經(jīng)匹配濾波后逼近B(或A)。匹配濾波處理既可用于疊前資料,也可用于疊后資料。2.1濾波算子mi(t)作用疊前匹配濾波要求輸入具有較高信噪比的炮集記錄(可以是相同排列、不同震源的試驗(yàn)炮集或是相鄰的不同震源的兩個(gè)炮集)。假設(shè)兩個(gè)炮集分別為氣槍震源和炸藥震源其中:i為道號(hào);N為炮集中的道數(shù)。令xi(t)和z,(t)的炮檢距相同,則xi(t)和zi(t)表示不同震源在同一排列接收的兩個(gè)地震記錄。設(shè)計(jì)一個(gè)疊前匹配濾波算子mi(t)作用于地震道xi(t),使xi(t)經(jīng)疊前匹配濾波后逼近地震道zi(t)。假設(shè)疊前匹配濾波器的實(shí)際輸出xi(t)*mi(t)與期望輸出zi(t)的誤差為e,(t),則有總誤差能量為應(yīng)用最小二乘法原理,令總誤差能量E對(duì)mi(t)的偏導(dǎo)數(shù)等于零,即可以得到求解疊前匹配濾波算子的托布里茲矩陣方程式中:Rxx表示輸入道Ii(t)的自相關(guān)函數(shù)矩陣;M為疊前匹配濾波算子向量;Rzr表示期望輸出道zi(t)與輸入道xi(t)的互相關(guān)函數(shù)向量。式(4)的矩陣形式為求解式(5)的托布里茲矩陣方程,可以得到氣槍震源第i道的疊前匹配濾波算子mi(t)。選擇相關(guān)性好的、由信噪比較高的地震道計(jì)算出來(lái)的N個(gè)算子進(jìn)行平均,就得到疊前匹配濾波算子再將疊前匹配濾波算子作用于氣槍震源的所有地震道,便完成疊前匹配濾波處理。設(shè)氣槍震源地震記錄為x(t),炸藥震源地震記錄為z(t),則如果xi(t)和zi(t)在目的層段具有較高的信噪比,則經(jīng)過(guò)疊前匹配濾波處理后的xi(t)的振幅、相位和波形都與zi(t)接近。2.2氣槍震源疊加道在經(jīng)過(guò)疊前匹配濾波處理后的疊加剖面上,如果在不同震源銜接處還存在拼接問(wèn)題,則可通過(guò)疊后匹配濾波來(lái)解決。在水平疊加剖面上的不同震源激發(fā)記錄銜接處,選取CDP號(hào)相同、且具有較高信噪比的兩段疊加道,即其中:N為疊加段的道數(shù);xi(t)為氣槍震源的疊加道;zi(t)為炸藥震源的疊加道;i為CDP號(hào)。令xi(t)為輸入道,zi(t)為期望輸出,按式(1)～式(6)的方法求出疊后匹配濾波算子,再將此濾波算子作用于氣槍震源的所有疊加道,便完成疊后地震資料的匹配濾波處理。如果xi(t)和zi(t)在目的層段具有較高的信噪比,則經(jīng)過(guò)疊后匹配濾波處理的xi(t)的振幅、頻率和相位都與z,(t)接近,從而使得水平疊加剖面上不同震源銜接處的地震記錄就能較好地拼接起來(lái)。由于匹配濾波技術(shù)可以將一種震源的地震記錄轉(zhuǎn)換成另一種震源的地震記錄,因此經(jīng)過(guò)疊前和疊后匹配濾波處理后,不同震源銜接處地震記錄的振幅、頻率和相位都能得到較好匹配,深淺層的反射波數(shù)據(jù)都能較好地拼接。3匹配濾波前、后的對(duì)比筆者根據(jù)匹配濾波原理開(kāi)發(fā)的交互匹配濾波軟件包對(duì)灘淺海地區(qū)三維地震資料(由炸藥和氣槍兩種震源所采集)進(jìn)行了處理,得到了較好的效果。圖1為匹配濾波前、后的共CDP道集。由圖1可以看出,匹配濾波前炸藥震源資料和氣槍震源資料的相位不一致,同相軸間存在時(shí)差(圖1a)。經(jīng)匹配濾波后地震子波得到整形,消除了兩種震源的同相軸間的時(shí)差(圖1b)。圖2為匹配濾波前、后的拼接疊加剖面。由圖2可以看出,匹配濾波前的拼接剖面上存在明顯的拼接痕跡,兩邊的頻率不同,同相軸間存在時(shí)差(圖2a)。經(jīng)匹配濾波后,消除了同相軸間的時(shí)差,剖面信噪比提高,不同震源銜接處地震記錄的振幅、頻率和相位都能得到較好的匹配,深淺層的反射波數(shù)據(jù)都能較好地拼接(圖2b)。4匹配濾波技術(shù)的應(yīng)用在地表?xiàng)l件復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行地震勘探時(shí),因激發(fā)震源、檢波器以及表層巖性的不同會(huì)引起較大的子波差異,反射資料品質(zhì)較低。用匹配濾波技術(shù)對(duì)地震資料進(jìn)行一致性處理后,地震子波得到整形,消除了炮點(diǎn)