华北地区低信噪比资料连片叠前时间偏移成像策略

书书书第２３卷　第３期地　球　物　理　学　进　展Ｖｏｌ．２３　Ｎｏ．３２００８年６月（页码：７７５～７８４）ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＪｕｎｅ　２００８华北地区低信噪比资料连片叠前时间偏移成像策略韩晓丽１，　秦宏国２，　杨长春１（１．中国科学院地质与地球物理研究所，北京１０００２９；　２．ＣＮＰＣ东方地球物理勘探有限公司研究院，涿州０７２７５１）摘　要　本文通过华北地区的地震资料叠前时间处理实例，详细阐述了华北地区低信噪比资料的特点及针对性处理策略，探讨了该地区大面积连片叠前时间偏移的配套处理技术，为地震资料处理提高偏移成像精度积累了经验．关键词　信噪比，叠前去噪，子波整形，面元均化，各向异性中图分类号　Ｐ６３１　　　　　文献标识码　Ａ　　　　　文章编号　１００４２９０３（２００８）０３０７７５１０犘犻犲犮犲狊犾犻狀犽犲犱狆狉犲狊狋犪犮犽狋犻犿犲犿犻犵狉犪狋犻狅狀狊狋狉犪狋犲犵犻犲狊狅犳犾狅狑犛／犖狉犪狋犻狅狊犲犻狊犿犻犮犱犪狋犪犻狀犖狅狉狋犺犆犺犻狀犪ＨＡＮＸｉａｏｌｉ１，　ＱＩＮＨｏｎｇｇｕｏ２，　ＹＡＮＧＣｈａｎｇｃｈｕｎ１（１．犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犌犲狅狆犺狔狊犻犮狊犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００２９，犆犺犻狀犪；２．犌犚犐，犅犌犘犐狀犮．，犆犖犘犆，犣犺狌狅狕犺狅狌０７２７５１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋　ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃａｓｅｓｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｗｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａｉｎｔｈｉｓｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｉｔａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｍａｔｃｈｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｐｉｅｃｅｓｌｉｎｋｅｄｐｒｅｓｔａｃｋｔｉｍｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｔｈｉｓａｒｅａ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｍａｇｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．犓犲狔狑狅狉犱狊　ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ，ｐｒｅｓｔａｃｋｄｅｎｏｉｓｉｎｇ，ｗａｖｅｌｅｔｓｈａｐｉｎｇ，ｂｉｎａｖｅｒａｇｉｎｇ，ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ收稿日期　２００８０１０１；　修回日期　２００８０３２０．基金项目　国家重点基础研究发展计划（２００５ＣＢ４２２１０４）资助．作者简介　韩晓丽，女，１９７９年生，山东青岛人，中国科学院地质与地球物理研究所在读博士，主要从事复杂构造成像研究．（Ｅｍａｉｌ：[e-mail]）０　引　言随着油气勘探的不断深入，以往针对勘探目标的小区块三维地震勘探技术已经不能满足目前的需要，大范围的三维连片勘探逐渐成为三维地震勘探的方向［１］．近年来，随着大面积连片叠前时间偏移技术的成熟和应用，使得地震资料的成像质量有了大幅提高，接连发现了冀中南堡等多个大的地质目标，同时带动了叠前偏移技术的发展．在华北平原地区，人口密集、工农业发达，加之人类活动对地质要素的影响，导致其原始地震资料存在诸多干扰，同时此地区地质构造特征复杂，勘探层系深，以往地震资料成像效果较差．本文选择一块典型的华北地区低信噪比资料，通过其连片叠前时间偏移处理过程，探讨在该地区提高地震资料成像精度的方法和技术．１　工区概况及处理难点资料工区位于华北平原河北省中南部，地质上覆盖深县凹陷大部．深县凹陷位于冀中凹陷南部，是一个北西西向展布的不对称双断凹陷，凹陷南以衡水断裂为界与新河凸起、束鹿凹陷、宁晋凸起相邻，北以旧城北断裂为界与刘村低凸起相接，东与饶阳凹陷相通，面积约６８０ｋｍ２．凹陷深层区域构造形态总体上由东南向西北倾斜，构造走向北东６０°左右，最大倾角１５°～２０°；基底（Ｔｇ２）起伏稍大，最大埋深约为５５００ｍ；区内断层发育，断块小，除旧城北大断层外，还发育着一些纵向和横向断层，工区南部断裂更为复杂．因此给该地区深部构造的地震成像难度较大．１．１　资料拼接难度大本次处理涉及６块新老资料的拼接，各个工区地　球　物　理　学　进　展２３卷图１　典型干扰类型及其频谱Ｆｉｇ．１　Ｔｙｐｉｃａｌｎｏｉｓｅｔｙｐｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒａ图２　工区内５０Ｈｚ干扰和异常振幅干扰的平面分布图Ｆｉｇ．２　Ｐｌａｎｅｓｏｆ５０Ｈｚｎｏｉｓｅａｎｄａｂｎｏｒｍａｌａｍｐｌｉｔｕｄｅｎｏｉｓｅｉｎｔｈｅｗｏｒｋａｒｅａ在资料品质、采集方法、观测系统等各方面存在较大差异．其中二次采集资料采用１２线６炮束状斜交式观测系统，采用２０ｍ×２０ｍ小面元且覆盖次数较高，而老资料多采用４线６炮或者６线４炮束状垂直式观测系统，２４０道接收，面元为２５ｍ×５０ｍ且覆盖次数低．同时其在激发因素、接受仪器等也存在诸多不同．如何做好资料拼接工作是关系到本次连片处理成败的关键．１．２　噪音干扰严重工区地表条件复杂，村庄、城镇范围大，近地表障碍物多，干扰波类型多，原始资料信噪比较低．仔细分析各种干扰波的类型及特点，做到去伪存真、提高资料的信噪比，是搞好本次资料处理的前提．通过详尽的分析发现资料中比较严重的干扰主要为面波干扰、浅层折射和多次折射、异常振幅干扰、５０Ｈｚ干扰和随机噪声干扰．工区地表地震条件较差，表层沉积松软，主要为沙土、沙粘土、胶泥和流沙．表层调查结果低降速层总厚度达４～３８ｍ，故记录上存在强烈的面波、浅层折射波及其次生干扰波，严重影响资料品质．图１为６７７３期韩晓丽，等：华北地区低信噪比资料连片叠前时间偏移成像策略典型单炮及其频谱，可见其面波干扰和浅层折射比较严重，频谱上可见低频成分能量较高．面波频率在５～１２Ｈｚ之间，浅层折射频谱在１０～３０Ｈｚ之间，与有效波频谱相交叉．从深层频谱上可见高频随机干扰比较严重．工区内人口众多，村庄密集，工农业较为发达．各种水利工程、油田设施、地下管道、通信电缆、高压电网较为密集．区内交通便利，京九铁路在工区东部穿过；３０７国道、沧石高速公路紧邻深州城区南环路，横贯东西．这些对资料品质都有一定的影响．地震记录中可见５０Ｈｚ干扰、异常振幅干扰比较严重，图２为工区内５０Ｈｚ干扰和异常振幅干扰的平面统计分布图，可见这类干扰多与城镇、交通要道、高压线路等相联系．１．３　构造成像困难工区内低速层较厚，地震波能量吸收衰减严重，中深层反射波能量弱，信噪比和频率较低，且深层地震地质条件差，构造复杂，各种小断层、断块发育，难以准确成像．从此地区老剖面上可以看出，中深层复杂构造成像模糊，无法精确落实圈闭，给该区储层预测及油藏描述工作带来较大困难．目前，对于复杂波场的研究和认识还很肤浅，传统的地震波场分析理论（如水平层状介质理论、射线理论等）不能适应复杂的地质条件和复杂的波场特征，针对复杂构造低信噪比地震资料也缺乏有效的分析评价手段［２］，这些都对地震处理工作提出了更高的要求．２　处理措施２．１　叠前去噪技术在对噪声和有效信号特征进行深入分析的基础上，本着“先强后弱，先低频后高频”的原则，在噪声特征最明显的数据域对噪声进行压制．２．１．１　异常振幅的压制针对该工区内地面条件复杂，异常干扰发育的实际情况，为了确保资料的处理效果，采用自动异常振幅能量拾取和人机交互法编辑相结合的方法剔除坏道、坏炮，最大程度的消除野值干扰对地震资料的影响．２．１．２　面波的压制通过资料的品质分析可知，该地区面波非常发育，影响范围广．面波是叠前记录中能量较强的规则干扰．其波场在叠前记录中一般在近道呈扇形分布，有能量强、频率低、视速度低等特点［３］．因此必须在叠前去除面波的干扰，才能保证后续处理的顺利进行．冀中探区地震资料处理的经验表明，高通滤波是剔除低频面波的最有效手段，但是可能破坏低频信号．为了在最大保留有效信号的基础上去除面波干扰，在充分了解面波分布规律的基础上，采用犉－犓狓－犓狔域全三维锥形滤波去噪技术和区域滤波的方法联合去除面波干扰，既要保证不破坏低频有效信号，又保证面波发育区域内有效去除面波干扰．２．１．３　浅层折射的压制本地区浅层地质地震条件复杂，低速层厚，原始资料分析显示存在严重的浅层折射干扰，且其频带范围与有效波相重合．浅层折射的发育水平与近地表结构密切相关，表层速度的突变性是产生多次折射干扰的根源［４］．为了更有效的去除浅层折射干扰，采用线性滤波的方法．２．１．４　５０Ｈｚ干扰的压制从原始资料分析看，该地区资料工业电产生的５０Ｈｚ干扰比较发育，特别是在２．５ｓ以后的纪录中．针对５０Ｈｚ左右的单频干扰，采用单频噪音压制方法进行压制，在有效压制工业干扰的同时尽可能的保留该频带的有效信号．本次去噪处理采用“摘除法”去５０Ｈｚ，即先选择５０Ｈｚ干扰严重的道，在选出的地震道上应用单频滤波．２．１．５　投影滤波技术的应用为了提高偏移质量，在做完反褶积后、资料具有一定信噪比的基础上，采用投影滤波对叠前资料作随机噪音衰减，投影滤波器能将数据投影到向量上［５］，犳－狓域投影滤波相对犳－狓预测滤波，能够避免对可加噪声假设的不一致性，而且允许在一个窗内同时存在多条任意倾角的交叉线性同相轴［６］．图３和图４分别为叠前去噪前和叠前去噪后的单炮和叠加剖面，可见通过叠前去噪处理，资料所含干扰得到有效的压制，有效信号得到突出，资料信噪比显著提高．２．２　连片拼接配套技术大面积连片叠前时间偏移处理的关键是解决好连片处理中不同区块间信号差异，保证连片时间偏移的质量．２．２．１　传统拼接与子波整形相结合的资料拼接技术对于不同年度、不同施工因素采集的资料，在频率成分和波组特征方面都存在较大差异，在连片处理时，需要做子波整形处理［７］．７７７地　球　物　理　学　进　展２３卷图３　叠前去噪前的单炮和叠加剖面Ｆｉｇ．３　Ｓｈｏｔａｎｄｔｈｅｓｔａｃｋｓｅｃｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｐｒｅ－ｓｔａｃｋｎｏｉｓｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ图４　叠前去噪后的单炮和叠加剖面Ｆｉｇ．４　Ｓｈｏｔｇａｔｈｅｒａｎｄｔｈｅｓｔａｃｋｓｅｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｐｒｅ－ｓｔａｃｋｎｏｉｓｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ图５　新老区块资料拼接流程图Ｆｉｇ．５　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｌｏｗｃｈａｔｉｎｎｅｗａｎｄｏｌｄｂｌｏｃｋｓ连片拼接的第一步是统一数据网格和消除不同区块资料的系统时差、相位差，图５为资料拼接的流程．具体为首先对每一区块先进行野外静校正和剩余静校正迭代工作，然后对老资料进行面元、方位角归一化处理．本地区涉及５块老资料、３种不同面元、３种不同方位角，都统一为新资料的２０ｍ×２０ｍ面元８７７３期韩晓丽，等：华北地区低信噪比资料连片叠前时间偏移成像策略图６ａ　新老资料拼接前叠加剖面Ｆｉｇ．６ａ　Ｓｔａｃｋｓｅｃｔｉｏｎｓｂｅｆｏｒｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｎｅｗａｎｄｏｌｄｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａ图６ｂ　新老资料拼接后叠加剖面Ｆｉｇ．６ｂ　Ｓｔａｃｋｓｅｃｔｉｏｎｓａｆｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｎｅｗａｎｄｏｌｄｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａ图６ｃ　新老资料拼接前后相关监控图件Ｆｉｇ．６ｃ　ＲｅｌｅｖａｎｔＱＣｐｒｏｆｉｌｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｎｅｗａｎｄｏｌｄｓｅｉｓｍｉｃｄａｔａ９７７地　球　物　理　学　进　展２３卷和３３６°方位角．然后进行老资料的时差、相位校正和匹配滤波．最后进行全区统一的剩余静校正处理，进一步提高资料信噪比．图６ａ，图６ｂ和图６ｃ为资料拼接前后的质量监控图件．通过监控图件可见，新老资料拼接前剖面同相轴连续性差，甚至出现多同相轴的情况，拼接后剖面信噪比提高，剖面连续性好．从新老资料的剖面互相关上看新老资料拼接后，消除了系统时差．子波整形方法首先通过子波分析，从有效频带范围内提取子波，并通过相关的方法和理论的纯零相位子波进行相关，从而求出相关系数达到１时的衰减权系数，然后把这个衰减系数应用到实际的地震资料中