匹配濾波在海洋三維四分量地震資料拼接中的應(yīng)用

何俊強(qiáng)，李 玉，馬志波

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)大學(xué) 地下信息探測技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.北京萬里祥石油科技有限公司，北京 100085)

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匹配濾波在海洋三維四分量地震資料拼接中的應(yīng)用

何俊強(qiáng)1,2，李 玉1,2，馬志波3

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)大學(xué) 地下信息探測技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.北京萬里祥石油科技有限公司，北京 100085)

在海洋三維四分量(3D4C)地震數(shù)據(jù)的處理過程中，如果海上不同區(qū)塊數(shù)據(jù)的震源不同，在資料拼接時會出現(xiàn)不匹配問題。目前縱波資料的拼接多采用匹配濾波，但該方法在轉(zhuǎn)換波的拼接中應(yīng)用較少，對于3D4C數(shù)據(jù)單獨(dú)求取轉(zhuǎn)換波的匹配濾波算子又會大大增加成本，由于同一震源激發(fā)同一檢波器接收到的四分量數(shù)據(jù)的相位一致，為此將縱波的疊后匹配濾波算子應(yīng)用在轉(zhuǎn)換波的疊前道集中，對其相位進(jìn)行匹配后再進(jìn)行共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加，結(jié)合南美某工區(qū)的3D4C數(shù)據(jù)，取得了良好的應(yīng)用效果。

匹配濾波；海洋地震勘探；轉(zhuǎn)換波；3D4C；資料拼接

1 引 言

隨著時間的推移，地震勘探逐漸向海洋擴(kuò)展，并且從縱波勘探逐漸發(fā)展為多波勘探[1]，因此海洋三維四分量(Three Dimensional Four Component,3D4C)地震數(shù)據(jù)的處理成為了地震勘探的重點(diǎn)之一。由于海上同一時期不同船只采用的震源不同，采集到的地震反射資料的振幅、頻率和相位等特征差別較大，在資料處理時難以實(shí)現(xiàn)同相疊加，另外不同年份采集的數(shù)據(jù)，由于采集設(shè)備的不同，其資料品質(zhì)也千差萬別，因此需要對不同區(qū)塊或不同時期的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。

海洋3D4C數(shù)據(jù)分為X、Y、Z、P四個分量，其中Z、P分量為縱波處理數(shù)據(jù)，X、Y分量為轉(zhuǎn)換波處理數(shù)據(jù)。縱波數(shù)據(jù)的匹配方法較多，主要有時移法、調(diào)整反褶積參數(shù)法和匹配濾波法[2-4]。目前，匹配濾波法的應(yīng)用較為普遍，在海洋和陸地的縱波資料處理中取得了良好的效果[5-10]。但是該方法在轉(zhuǎn)換波勘探[11]中應(yīng)用較少，且單獨(dú)對轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)求取匹配濾波算子會大大增加成本，由于海洋四分量的數(shù)據(jù)對于同一震源激發(fā)和同一檢波器接收其相位是一致的，為此本文提出將縱波的疊后匹配濾波算子[12]應(yīng)用在轉(zhuǎn)換波的疊前道集，對其相位進(jìn)行匹配后再進(jìn)行共轉(zhuǎn)換點(diǎn)疊加的方法，并結(jié)合南美某工區(qū)的3D4C數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)。

2 方法原理

2.1 疊后匹配濾波算子

在Z分量水平疊加剖面上的不同震源激發(fā)記錄重合段，選取CDP號相同并具有高信噪比的兩段疊加道，即xi(t)(i=1,2,L,N)和zi(t)(i=1,2,L,N)，其中N為疊加段的道數(shù)；t為時間；xi(t)為震源1的疊加道；zi(t)為震源2的疊加道；i為CDP號。令xi(t)為輸入道，zi(t)為期望輸出，設(shè)計一個匹配濾波算子mi(t)作用于地震道xi(t)，使xi(t)經(jīng)匹配濾波后逼近地震道zi(t)[7,12]。

假設(shè)匹配濾波后實(shí)際輸出xi(t)*mi(t)與期望輸出zi(t)的誤差為ei(t)，則

ei(t)=xi(t)*mi(t)-zi(t)

(1)

總誤差能量為

(2)

應(yīng)用最小二乘法原理，令總誤差能量E對mi(t)的偏導(dǎo)數(shù)等于零，可得求解疊后匹配濾波算子的托普利茲矩陣方程

RxxM=Rxz

(3)

式中Rxx表示輸入道的自相關(guān)函數(shù)矩陣；M為疊后匹配濾波算子向量；Rxz表示期望輸出道與輸入道的互相關(guān)函數(shù)向量。求解上式可得第i道的匹配濾波算子，即mi(t)。選取N個信噪比較高的疊加道求取濾波算子，取平均得到最終疊后匹配濾波算子。

2.2 轉(zhuǎn)換波匹配方法

對于四分量的地震數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換波的匹配可按圖1所示的流程進(jìn)行，其具體步驟為：

1)對震源不同的兩塊數(shù)據(jù)(Data1和Data2)，先對其縱波資料即P、Z分量進(jìn)行常規(guī)處理，再選擇其重合部分的Z分量疊后數(shù)據(jù)，利用公式(3)求取Data1向Data2匹配的縱波疊后匹配濾波算子M；

2)將兩塊數(shù)據(jù)的X、Y分量進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到R、T分量，并對R分量進(jìn)行常規(guī)處理，包括去噪、濾波、振幅一致性補(bǔ)償?shù)?，提高其信噪比?/p>

圖1 轉(zhuǎn)換波匹配流程Fig.1 Matching process of converted wave

3)根據(jù)公式(3)將縱波疊后匹配濾波算子M應(yīng)用于Data1的R分量道集，使Data1的R分量向Data2的R分量進(jìn)行匹配；

4)將兩塊數(shù)據(jù)的R分量抽成CCP道集，然后合并在一起，并疊加驗(yàn)證。

3 實(shí)際資料分析

本次實(shí)際資料為南美海上某工區(qū)的3D4C數(shù)據(jù)，圖2顯示了兩個區(qū)塊的范圍，紅色為2005年采集的數(shù)據(jù)范圍，藍(lán)色為2014年采集的數(shù)據(jù)范圍，陰影部分為兩區(qū)塊重合部分。

將2005年的數(shù)據(jù)向2014年匹配，選取重合部分信噪比較好的疊加道進(jìn)行疊后匹配濾波算子的計算。圖3為其中一個疊加地震道，紅色線表示2014年，藍(lán)色線表示2005年，可以看出同一位置處兩個地震記錄的相位振幅差別較大。圖4為兩地震道的匹配濾波算子，圖5為匹配后的地震道對比，兩者相位基本一致。選取8個地震道進(jìn)行求取匹配濾波算子，并取平均，得最終匹配濾波算子(圖6)。

將該濾波算子應(yīng)用于2005年轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)的R分量，圖7為匹配前和匹配后的R分量炮記錄，對比黑色方框里的反射同相軸可以看出，反射波的相位發(fā)生了改變，紅色波峰變成了黑色波谷，但振幅變化不大。將該分量抽成CCP道集并疊加。圖8為匹配前和匹配后的轉(zhuǎn)換波資料重疊處的疊加剖面，匹配前的剖面同相軸較為雜亂，且不連續(xù)，主要是因?yàn)閮蓧K數(shù)據(jù)的相位有差別，匹配后兩塊數(shù)據(jù)相位一致，同相軸更為連續(xù)，且與縱波剖面相比，同相軸基本吻合。

圖2 兩塊不同年度3D4C資料范圍示意圖Fig.2 Schematic diagram of two 3D4C data ranges in different years

圖3 匹配前地震道Fig.3 Seismic trace before matching

圖4 單道匹配濾波算子Fig.4 Matched filtering operator of single trace

圖5 匹配后地震道Fig.5 Seismic trace after matching

圖6 最終匹配濾波算子Fig.6 Final matched filtering operator

圖7 匹配濾波前(a)、后(b)的轉(zhuǎn)換波R分量Fig.7 R component of converted wave before matching(a)、after matching(b)

圖8 匹配濾波前(a)、后(b)的轉(zhuǎn)換波疊加剖面Fig.8 Stack profile of converted wave before matching(a) andafter matching(b)

4 結(jié) 論

本文對實(shí)際海上3D4C資料進(jìn)行了處理，將縱波的疊后匹配濾波算子應(yīng)用于轉(zhuǎn)換波的疊前資料，實(shí)現(xiàn)了兩塊區(qū)域轉(zhuǎn)換波資料的相位匹配。該方法簡單有效，而且疊前匹配可以使多區(qū)塊的道集資料直接用于疊前偏移，使轉(zhuǎn)換波資料的連片處理更為方便。

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The Application of Matched Filtering to Marine 3D4C Seismic Data Splicing

He Junqiang1,2,Li Yu1,2，Ma Zhibo3

(1.SchoolofGeophysicsandInformationTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China；2.KeyLaboratoryofUndergroundInformationDetectionTechniqueandInstrnmentofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;3.GoldenMilesPetrotech,Inc,Beijing100085,China)

In the course of processing the seismic data of marine 3D4C,the seismic data in the process of splicing will be mismatched if the data of hypocenter are different in different oceanic blocks. Now the matched filtering is widely used in data splice for longitudinal wave,but rarely for converted wave. And it will increase the cost greatly for obtaining the matched filtering operator of converted wave by single 3D4C data. Since the phase of the four component data received by the same hypocenter to inspire the same detector is consistent,the post stack matched filtering operator of the longitudinal wave is applied to the pre-stack trace of converted wave,then the common conversion point stacking will proceed after matching phase. Good application effect is gained within the 3D4C seismic data in an area of South America.

matched filtering; marine seismic exploration; converted wave; 3D4C; data splicing

1672—7940(2016)06—0707—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.004

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(編號：2013AA064201)

何俊強(qiáng)(1992-)，男，碩士，主要從事地震勘探研究。E-mail:761420535@qq.com

P631.4

A

2016-03-29