復雜地表條件下地震資料的剩余靜校正

復雜地表條件下地震資料的剩余靜校正

目前，中國西部已成為油氣勘探的中心地區(qū)之一。該地區(qū)的表面條件與山區(qū)、戈壁、沙漠和其他區(qū)域的表面條件條件相對復雜。非均質(zhì)低速介質(zhì)區(qū)，其高度、厚度和速度變化較大。靜校正問題十分突出，影響了疊加成像效果和表面風化層速度異常的檢測。折射類方法在解決靜校正問題中發(fā)揮了重要作用,如用于基準面靜校正的折射靜校正方法在地震干涉類方法中,MIKESELL等在上述研究的基礎(chǔ)上,本文提出了基于高階累積量時間延遲估計的自動初至剩余靜校正方法,該方法使用高階累積量和相干疊加的方法,估計兩點間的初至波時延,再使用不同時延信息的組合得到炮檢點的剩余靜校正量。本文方法的優(yōu)勢在于:①互相關(guān)使用兩道數(shù)據(jù)進行時延估計,只能利用二維地震信息,而高階累積量使用多道數(shù)據(jù),可以利用三維地震數(shù)據(jù)信息增強有效信號;②互相關(guān)是基于噪聲為高斯分布的假設(shè),但實際地震數(shù)據(jù)很可能不滿足這一假設(shè),導致道間時延估計的準確度不高,而高階累積量并不要求噪聲為高斯分布,更加符合實際地震數(shù)據(jù)的情況,對背景噪聲的壓制效果更優(yōu);③再結(jié)合地震干涉法中相干疊加的思路進一步提高信號的有效疊加次數(shù),增強信噪比,保證本文方法獲得穩(wěn)定且可靠的道間時延估計結(jié)果;④本文方法采用完全數(shù)據(jù)驅(qū)動,相比基于初至拾取的剩余靜校正方法,在面對海量低信噪比地震數(shù)據(jù)時,可以有效降低初至拾取所需的高昂時間和人力成本。1時延估計方法本文方法主要包括兩個部分:①使用高階累積量估計兩點間的初至波時延,并使用相干疊加的方法增強信噪比,保證時延估計的準確性;②使用時延信息的組合得到炮檢點的剩余靜校正量。高階累積量的使用本文方法首先使用高階累積量估計兩點間的時延。二階統(tǒng)計工具,如互相關(guān),常被用于時延估計,但互相關(guān)對高斯噪聲敏感,因而人們開始使用高階統(tǒng)計工具進行時延估計,如高階累積量。在實際問題中,加性噪聲往往具有高斯性,因此,使用高階累積量進行時延估計更加合理,因為高斯過程的高階累積量為0(其中,Cum{·}是累積量算子,(其中,基于高階累積量進行兩點間初至波時延估計的具體物理過程如下。如圖1所示,對于炮點(使用炮點(其中,在階數(shù)≥3的高階累積量中,其中,相干重疊為了保證兩點間時延估計的準確性,本文進一步使用相干疊加方法,增強兩點間初至波信噪比,具體過程如下。如圖2所示,對炮點實現(xiàn)過程及實現(xiàn)過程將前文得到的時延信息進行組合,可以進一步得到炮檢點的剩余靜校正量,具體實現(xiàn)過程如下。如圖3a所示,實際地震資料中記錄到的初至波到時包含兩部分,一部分是初至波射線路徑所對應的不包含剩余靜校正量的旅行時==使用前文所述方法,可以得到=其中,=Δ其中,Δ-其中,靜校正后噪聲壓制本文方法的實現(xiàn)流程如圖4所示。如果數(shù)據(jù)存在長波長靜校正問題,需要先進行高程靜校正或野外靜校正;針對數(shù)據(jù)可能存在的異常高頻噪聲,使用高通濾波進行噪聲壓制;使用高階累積量和相干疊加方法得到兩點間的初至時延;最后,使用時延信息的組合得到炮檢點的剩余靜校正量。2合成數(shù)據(jù)的示例互相關(guān)試驗結(jié)果本節(jié)通過合成數(shù)據(jù)實例,對比了高階累積量和互相關(guān)方法應用于時延估計的抗噪性。圖5a和圖5b展示了僅包含一組折射波信號的兩個單炮記錄,折射波視速度為2500m/s,檢波點間距為15m,兩個炮點相距60m,雷克子波主頻為60Hz。圖5c和圖5d分別為對圖5a和圖5b加入相干高斯噪聲的單炮記錄,其信噪比為-9dB。圖5a和圖5b的互相關(guān)結(jié)果如圖5e所示。圖5f、圖5g和圖5h分別為對含噪數(shù)據(jù)(圖5c和圖5d)使用互相關(guān)、三階累積量和四階累積量得到的結(jié)果。由于互相關(guān)對相干噪聲敏感,圖5f的互相關(guān)結(jié)果中除了包含折射波的響應,還混入了相干噪聲的響應,信噪比為3dB,圖5g和圖5h中的相干噪聲被有效壓制,殘余噪聲也不具有相同的時延,因此無法實現(xiàn)相干疊加,其信噪比分別達到了9dB和15dB。圖5i、圖5j、圖5k和圖5l分別為對圖5e、圖5f、圖5g和圖5h的結(jié)果沿檢波點疊加得到的疊加單道。圖5e使用不同檢波點得到的折射波響應具有相同的時延,因此在疊加過程中實現(xiàn)了相干疊加,疊加結(jié)果(圖5i)中的峰值位置與理論時延(紅色虛線標示)一致。圖5j中相干噪聲響應的峰值大于折射波響應的峰值,因此難以準確得到折射波響應的時延估計。圖5k和圖5l中包含的折射波響應的峰值位置與理論時延一致。該實例證明了三階和四階的高階累積量方法壓制相干白噪聲的效果優(yōu)于互相關(guān)方法,同時,高階累積量的階數(shù)越高,得到的折射波響應的信噪比也越高。剩余靜校正量應用采用聲波有限差分正演得到合成數(shù)據(jù),所用模型參數(shù)見表1,炮距為40m,道距為10m,炮點數(shù)100,檢波點數(shù)400。剩余靜校正量由隨機序列產(chǎn)生,滿足均值為0和標準差為8ms的正太分布,正演得到的單炮記錄如圖6a所示,由于剩余靜校正量的存在,圖6a中同相軸的連續(xù)性較差。將采用本文方法得到的剩余靜校正量應用到單炮記錄中,得到的結(jié)果如圖6b所示。由圖6b可見,單炮記錄同相軸的連續(xù)性顯著提高。圖7給出了對不含噪合成數(shù)據(jù)采用本文方法得到的剩余靜校正量。其中,灰線表示真實靜校正量,紅線表示計算得到的靜校正量。由圖7可見,本文方法計算得到的剩余靜校正量與真實值完全吻合。對圖6a數(shù)據(jù)加入相干高斯噪聲,得到信噪比為-7dB的含噪數(shù)據(jù)(圖8a)。將采用本文方法得到的剩余靜校正量應用到含噪單炮記錄中,得到如圖8b所示的結(jié)果。由圖8b可見,反射波同相軸連續(xù)性明顯提高。圖8c和圖8d分別是圖8a和圖8b方框標示區(qū)域的局部放大圖。圖9展示了對含噪合成數(shù)據(jù)使用互相關(guān)和本文方法得到的剩余靜校正量。由圖9可以看出,本文方法得到的剩余靜校正量與真實值基本一致,互相關(guān)方法受相干噪聲影響,其結(jié)果偏離真實值較多。該實例驗證了本文方法求取剩余靜校正量的有效性,同時,相比互相關(guān)方法,本文方法不易受相干噪聲影響,抗噪性更好。3剩余靜校正應用效果選取中國西部某地區(qū)的實際地震資料驗證本文方法的有效性。該工區(qū)地表存在較強的近地表速度異常,剩余靜校正問題突出。對比了本文方法和某商業(yè)軟件中的基于初至拾取的初至波剩余靜校正模塊的結(jié)果,該模塊采用的是廣義互換的方法?；诔踔潦叭〉氖Ｓ囔o校正方法要求拾取全部道集的初至到時,但在遠偏移距處,受該工區(qū)復雜近地表影響,初至信噪比極低,不得不進行耗時耗力的手動初至拾取,而本文方法可以避免初至拾取的工作量。圖10a和圖10b對比了本文方法和基于手動初至拾取方法得到的檢波點和炮點的剩余靜校正量,結(jié)果基本吻合,僅在檢波點號為900附近位置存在微弱差異。將剩余靜校正量應用到道集數(shù)據(jù),選取剩余靜校正問題比較突出的原始單炮(圖11a)進行比較,該單炮初至波同相軸明顯不連續(xù),圖11b和圖11c分別是應用本文方法和基于初至拾取方法的結(jié)果,兩種方法都明顯改善了初至波同相軸的連續(xù)性,圖11d至圖11f分別是圖11a至圖11c黑色方框處的局部放大圖,反射波同相軸的連續(xù)性也明顯改善。圖12對比了本文方法和基于手動初至拾取方法得到的疊加剖面。圖12a為未進行剩余靜校正的疊加剖面。由圖12a可見,該疊加剖面同相軸連續(xù)性較差。采用本文方法得到的疊加剖面(圖12b)同相軸的連續(xù)性顯著改善,并且與基于手動初至拾取的剩余靜校正方法相比,本文方法避免了手動初至拾取的繁重工作量。4全相干疊加方法本文發(fā)展了基于高階累積量時間延遲估計的自動剩余靜校正方法,采用高階累積量得到兩點間的初至波時延;使用相干疊加提高信噪比,保證時延估計的準確性;再使用時延信息的組合得到炮檢點的剩余靜校正量。與互相關(guān)類方法相比,使用高階累積量進行時延估計可有效利用三維地震數(shù)據(jù)信息增強有效信號,高階累積量不再要求噪聲為高斯分布,與實際地震資料的情況更加吻合;采用相干疊加方法提高信號有效疊加次數(shù)和信噪比,保證本文方法獲得穩(wěn)定且可靠的道間時延估計結(jié)果;本文方法采用完全數(shù)據(jù)驅(qū)動,與基于初至拾取的剩余靜校正方法相比,可有效避免初至拾取所需的高昂時間和人力成本。模型試驗和實際資料的應用結(jié)果表明,本文方法可以明顯改善疊加剖面中反射波同相軸的連續(xù)性,為后續(xù)地震數(shù)據(jù)處理提供高品質(zhì)資料。本文方法涉及到高階累積量階數(shù)的選取,選取的階數(shù)越高,噪聲壓制效果越好,但運算量也同步增加,本文選取了常用的四階累積量,在具體應用于實際地震資料時,可事先通過參數(shù)測試確定適合的累積量階數(shù),實現(xiàn)高效穩(wěn)定的剩余靜校正量求取。另外,本文方法要求觀測系統(tǒng)規(guī)則化,以實現(xiàn)兩點間初至波響應的相干疊加,針對不規(guī)則觀測系統(tǒng),可事