（地质工程专业论文）地震叠后数据抽取技术研究.pdf

地震叠后数据抽取技术研究 摘要 本文主要针对地震数据抽取过程中，抽取速度和地震剖面的显示质量两大关 键难题展开研究，探索出相应的解决方案及软件实现。并将研究成果应用到地震 数据管理和服务的领域，提高地震数据服务效率和服务质量。 地质研究人员在做相关地区研究过程中，需要大量的地震处理成果数据，而 在研制地震叠后数据管理和应用相关软件过程中，关键在于抽取地震数据的速度 和显示剖面的质量问题。在进行区域大剖面的抽取和显示过程中，由于不同时期 采集、处理的地震工区，对应的采集和处理参数存在差异，因此，在数据抽取和 剖面显示的时候，需要对不同工区的地震数据进行插值运算和匹配拼接；叠后数 据体传输会遇到网络瓶颈问题；在跨多个工区抽取剖面的时候会遇到线和工区相 交，工区和工区相交问题，又要涉及到计算几何算法问题。本文着重研究地震叠 后数据抽取过程中的关键技术难题，阐述地震叠后抽取中关键问题的解决办法。 论文分析了分段线性l a g r a n g e 插值法、基于体素模型的插值方法、样条插 值、克里金插值法、三维f - k 域波场道内插五种插值方法的原理、适应的范围， 应用实例中考虑实际地震资料的精度和速度要求，选择合适的差值算法。 在研究多工区地震数据的匹配显示中，重点分析了基于维纳滤波的匹配方 法、迭代法地震匹配方法，并结合实例阐述了原理和实现。 数据抽取方法方面，剖析了s e g - y 数据文件格式，包括3 6 0 0 字节卷头格式 分析、2 4 0 字节道头格式分析。为了提高剖面的抽取速度，阐述和实现了叠后 s e g y 数据体扫描和索引方法，折线和多边形关系算法，多边形裁剪算法等数据 抽取中用到的计算几何相关算法，分析了它们的时间复杂度。分析了地震数据抽 取框架体系的选取原则，详细阐述了s o a 体系架构的特点和优势。 研究取得了如下成果：研制了多边形关系几何解析算法库，该类库可以实现 任意多边形区域的关系判断、多边形区域的相互切割、合并等；通过研究地震数 据插值算法、匹配拼接方法，研制了地震剖面显示控件，该控件能自由地嵌入任 何n e t 框架上运行的应用程序中，完成地震剖面拼接、显示，并支持多种地震 剖面的显示方式；通过研究s o a 架构体系，设计实现了地震叠后数据服务框架， 通过该框架体系，可以把地震数据服务组件发布在应用服务器上，用户通过发送 相关的数据请求，服务器自动完成数据的抽取、分发。 以上几种技术研究成果在地震叠后数据管理系统和地震叠后数据抽取 软件等软件研制过程中得到很好的应用，其中，多边形关系几何解析算法库应 用到两个软件的工区地图导航模块中，地震剖面显示控件应用在两个软件的剖面 绘制模块中，做到了理论研究与软件开发的有机结合，同时，剖面绘制控件也在 勘探决策支持系统中得到了很好的应用，取得了很好的应用效果和经济效益， 达到了研究的目的。 关键词：数据抽取数据匹配插值方法几何算法s o a 架构 p o s t s t a c ks eis micd a t ae x t r a c tio nt e c h n oio g yr e s e a r c h a b s t r a c t t h i sa r t i c l em a i n l yf o rs e i s m i cd a t ac o l l e c t e d ，e x t r a c t e da n dt h es p e e do fs e i s m i c p r o f i l e ss h o wt h a tt h eq u a l i t yo fr e s e a r c hc a r r i e d o u tt w ok e yp r o b l e m s ，e x p l o r e s o l u t i o n sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gs o f t w a r e a n dt h ea p p l i c a t i o no fr e s e a r c hr e s u l t st o t h es e i s m i cd a t am a n a g e m e n ta n ds e r v i c e si nt h ea r e a , s e i s m i cd a t as e r v i c e se n h a n c e t h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e g e o l o g i c a lr e s e a r c h e r si nr e l a t e da r e a st od ot h ec o u r s eo ft h es t u d yr e q u i r ea l a r g ea m o u n to fs e i s m i cd a t ap r o c e s s i n gr e s u l t si nt h ed e v e l o p m e n to fp o s t s t a c k s e i s m i cd a t am a n a g e m e n ta n da p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，t h ek e yl i e si nt h es e i s m i cd a t a t a k e nf r o mt h es p e e da n dq u a l i t yo ft h ed i s p l a ys e c t i o n i nl a r g es e c t i o n so ft h er e g i o n a n dc o l l e c t e ds h o wt h a t ，d u et ot h ed i f f e r e n tp e r i o d so ft h ec o l l e c t i o n ，p r o c e s s i n go f s e i s m i cw o r ka r e a , c o r r e s p o n d i n gt ot h ea c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa r e d i f f e r e n t ，t h e r e f o r e ，t h ed a t ac o l l e c t e da n ds h o w ni np r o f i l e ，t h en e e df o rad i f f e r e n t w o r ka r e ao fs e i s m i cd a t ai n t e r p o l a t i o no p e r a t o ra n dm a t c hs p l i c i n g ；p o s t - s t a c k d a t a - t r a n s m i s s i o nn e t w o r kw i l lf a c eb o t t l e n e c k s ；i nt h ew o r ka r e at ot a k ean t m a b e ro f c r o s s s e c t i o no ft h el i n ew h e nt h ee n c o u n t e ra n dt h ei n t e r s e c t i o nw o r ka r e a ，w o r ka r e a a n dw o r ka r e ai n t e r s e c t i o np r o b l e m ，b u ta l s oi n v o l v e st h eq u e s t i o no fc o m p u t a t i o n a l g e o m e t r ya l g o r i t h m t h i sa r t i c l ef o c u s e so np o s t - s t a c ks e i s m i cd a t ac o l l e c t e di nt h e c o u r s eo ft h ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m so np o s t s t a c ks e i s m i ct a k i n gi nt h ek e ys o l u t i o n t ot h ep r o b l e m p a p e ra n a l y z e dt h es u b l i n e a ri n t e r p o l a t i o nl a g r a n g e ，v o x e l - b a s e dm o d e l i n t e r p o l a t i o n ，s p l i n ei n t e r p o l a t i o n ，k r i g i n gi n t e r p o l a t i o n ，t h r e e d i m e n s i o n a lw a v ef i e l d f kd o m a i nr 0 a d i n t e r p o l a t i o nm e t h o do fi n t e r p o l a t i o no ft h ef i v ep r i n c i p l e so f a d a p t a t i o nt h es c o p eo fa p p l i c a t i o nt ot a k ei n t oa c c o u n tt h ea c t u a ls e i s m i cd a t a a c c u r a c ya n ds p e e do ft h er e q u e s t ，s e l e c tt h ea p p r o p r i a t ea l g o r i t h mf o rt h ed i f f e r e n c e r e s e a r c hi nt h ew o r ka r e aa n dm o r es e i s m i cd a t as h o wt h em a t c h ，t h ef o c u so f a n a l y s i so f t h ew i e n e rf i l t e rb a s e do nt h em a t c h i n gm e t h o d ，m a t c h i n gm e t h o ds e i s m i c m e t h o d s ，c o m b i n e d 诮t l le x a m p l e sa n dr e a l i z a t i o no ft h ep r i n c i p l es e to u t d a t ae x t r a c t i o nm e t h o d s ，t h ea n a l y s i so fs e g yf o r m a td a t af i l e s ，i n c l u d i n gt h e 3 6 0 0 - b y t ef o r m a t i nt h ef i r s tv o l u m e ，2 4 0 - b y t ef o r m a ti nt h ef i r s ta n a l y s i so ft h et r a c e i no r d e rt oi m p r o v et h ep r o f i l eo ft h es p e e do fe x t r a c t i o n ，a n ds e to u tt oa c h i e v et h e p o s t s t a c ks e g y s c a nd a t aa n dm e t h o d so fi n d e x i n g ，a n db r o k e nl i n er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ep o l y g o n m e t h o d ，p o l y g o nc l i p p i n ga l g o r i t h m ，a n do t h e rd a t au s e di nt h e e x t r a c t i o no fr e l e v a n tc o m p u t a t i o n a lg e o m e t r ya l g o r i t h mt oa n a l y z et h e i rt i m e c o m p l e x i t yd e g r e e s a n a l y s i so ft h es e i s m i cd a t at a k e nf r o mt h ef r a m e w o r ko f s e l e c t e dp r i n c i p l e so f t h es y s t e m ，d e s c r i b e di nd e t a i lt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o a a r c h i t e c t u r ea n da d v a n t a g e s r e s e a r c hh a sa c h i e v e dt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ：t h ed e v e l o p m e n to ft h er e l a t i o n s b e t w e e nt h ep o l y g o ng e o m e t r i ca n a l y s i sa l g o r i t h ml i b r a r y , t h el i b r a r yc a nb ea r b i t r a r y p o l y g o nt od e t e r m i n et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e g i o n ，c u t t i n ge a c ho t h e rp o l y g o n r e g i o n ，s u c ha st h em e r g e r ；b ys t u d y i n gs e i s m i cd a t ai n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mt om a t c h s p l i c i n gm e t h o dd e v e l o p e ds e i s m i cp r o f i l ed i s p l a yc o n t r o l s ，t h ec o n t r o l sc a nb e e m b e d d e di na n yf r e e l y n e tf r a m e w o r kr u n n i n go nt h ea p p l i c a t i o n ，t h ec o m p l e t i o n o ft h es e i s m i cp r o f i l es p l i c i n g ，d i s p l a y , a n ds u p p o r t sa v a r i e t yo fs e i s m i cp r o f i l e ss h o w t h ew a y ；s o af r a m e w o r kt h r o u g hr e s e a r c hs y s t e m ，r e a l i z e de a r t h q u a k e - s t a c kd e s i g n a f t e rt h ed a t as e r v i c e sf r a m e w o r kt h r o u g hw h i c ht h es y s t e mc a nb er e l e a s e ds e i s m i c d a t as e r v i c e sc o m p o n e n t si nt h ea p p l i c a t i o ns e r v e r , t h eu s e rb ys e n d i n gd a t ar e q u e s t , t h es e r v e ra u t o c o m p l e t ed a t ac o l l e c t e da n dd i s t r i b u t e d s e v e r a lm o r et e c h n i c a lr e s e a r c hr e s u l t si nt h e ”p o s t - s t a c ks e i s m i cd a t a m a n a g e m e n ts y s t e m ”a n d ”p o s t s t a c ks e i s m i cd a t ae x t r a c t i o ns o f t w a r e ，”s u c ha s s o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s sh a sb e e nv e r yg o o da p p l i c a t i o n ，i nw h i c hr e l a t i o n s b e t w e e nt h ep o l y g o ng e o m e t r ya l g o r i t h ml i b r a r ya p p l i e dt ot h ea n a l y s i so ft h et w o s o f t w a r ew o r ka r e am 印n a v i g a t i o nm o d u l e ，s e i s m i cp r o f i l e ss h o wt h a tt h ec o n t r o lo f t h et w os o f t w a r ea p p l i c a t i o n si nd r a w ns e c t i o no ft h em o d u l e8 0t h a tt h et h e o r e t i c a l r e s e a r c ha n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to f o r g a n i c ，a tt h es a m et i m e ，t h ec o n t r o ls e c t i o n a r ed r a w i n g ”t h ee x p l o r a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ”h a sb e e nv e r yg o o d a p p l i c a t i o n s ，h a sm a d eav e r yg o o de f f e c ta n de c o n o m i cb e n e f i t st ot h es t u d y k e yw o r d s ：d a t ae x t r a c t i o n , d a t am a t c h ， i n t e r p o l a t i o nm e t h o d ,g e o m e t r i c a l g o r i t h m s ， s o af r a m e w o r k 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或 其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：胎。匕签字日期：川7 年二月f 2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：p 土，阮 导师签字： 签字日期：刁年参月i b 日 、 例切固 i 签字日期jp 睁月f 乙日 地震叠后数据抽取技术研究 0 绪论 0 1 引言 从综合解释软件及技术支持和油田勘探开发工作来看，目前地震解释技术正在由 常规的单工区地震解释向多工区对比解释，由小工区到大工区连片解释，由单一地震 数据向多体属性体对比解释方向发展，而同一项目工区也由单用户向多用户同时解释 方向发展。尤其是随着计算机硬件和服务器存储功能的增强，多用户、多工区多类型 数据体的海量数据对比解释技术已日趋成熟。这就需要信息支持技术跟上解释技术的 发展，随着解释软件企业版的引进，研究一套数据支持方法，快速、高效地为解释项 目提供所需的数据，提高解释人员的工作效率，已经是势在必行。 地震解释过程中需要大量的地震成果数据，解释人员在做解释项目之前必须收集 叠后成果数据，传统的方式是找来相关工区的叠后成果数据带，然后一个工区一个工 区地抽取自己需要的数据，还要对数据进行质量检查，在整个解释工作中数据准备环 节中占用了地质解释人员大量的时间，严重影响了地震解释的工作的速度和效率。为 满足地震解释，需要开发地震叠后数据抽取软件，运用图形导航技术把所有工区全部 投到底图上，解释人员可以通过鼠标圈定自己需要的范围，通过内部关联机制，自动 获取所要的各种数据。而地震叠后数据抽取软件的研制，关键在于数据抽取的速度和 显示剖面的质量问题。在进行区域大剖面的抽取和显示过程中会遇到各工区的采集和 处理参数的差异，必须进行剖面的拼接显示。在跨多个工区抽取剖面的时候会遇到线 和工区相交，工区和工区相交问题，尤其是n 个多边形工区相交时情况非常复杂，这 涉及到计算几何算法问题，算法的时间复杂度直接影响剖面和数据体的抽取速度。 本文着重从地震叠后数据抽取中需要注意的关键问题入手，分析地震叠后数据抽 取中需要解决的剖面的质量和抽取速度问题，分析出影响这两个问题的关键技术方 面，逐一进行阐述和解决，把研究的结果应用到地震数据服务相关软件的开发过程中， 实现科研和生产的有机结合。 0 2 国内外研究现状及发展动态 地震叠后数据抽取技术研究 目前国际上一些先进的石油公司如s c h l u m b e r g e r g e o q u e s t 公司推出的s d m s 叠 后数据管理系统、e x p e d i t o r 叠前数据管理系统。正在推出e x p e d i t o r 升级版本能同 时管理叠前和叠后数据。s d m s 可以和主流解释软件进行连接，向解释项目库传输数 据。 国内一些油田和一些公司在地震数据管理和应用方面也做了一些工作，比如江苏 油田物探研究院开发的 s s e i s d b 地震资料管理系统、北京华为富通数据技术有限公 司开发的p e t r o d a t a 数据管理系统等。其中北京华为富通数据技术有限公司开发的 p e t r o d a t a 数据管理系统在中石油的辽河油田得到了应用。 目前综合解释软件正向着一体化协同工作方面努力，专业支持上向勘探开发流程 一体化、处理解释一体化和叠前叠后信息应用一体化方向发展，数据管理上实现了项 目数据、基础数据、研究成果统一管理和使用。 如中石油集团东方地球物理公司推出的地震处理解释一体化系统g e o e a s tv 1 0 ， 该系统是统一数据平台，统一显示平台、统一开发平台、可动态进行系统组装的地震 数据处理与解释协同工作的一体化软件系统，在数据模型、数据共享、一体化运行模 式、三维可视化、交互应用框架、地震地质建模、网络运行环境和并行处理方面取得 了多项创新与重大技术突破。 天津精采潜龙软件技术有限公司在静校正数据库、速度数据库等方面也开发出相 对成熟的产品直接服务于地震资料处理和解释。 在地震叠后数据应用服务领域，国内的软件公司还相对起步较晚，没有形成相 对竞争力的产品。 0 3 论文研究的内容和可行性 论文以解决生产中的实际问题来选题。通过勘探决策支持系统，地震叠后数 据管理系统对地震叠后数据抽取速度和剖面质量的需求，以胜利油田的地震资料为 基础，分析了地震叠后数据抽取过程中满足这两个需求，需要解决的问题：抽取算法、 插值算法、匹配方法等，详细阐述了相关方法或算法的原理和实现方法，最终研制出 相关的软件或者功能组件，为解决类似奠定技术方法基础。作者从事多年的地震数据 管理和服务工作，对地震叠后数据的格式、海量数据的存储和管理都有一定的技术储 备，在软件设计和开发方面也具有多年的项目设计和开发经历，同时，物探院有很多 处理和解释方面的专家，遇到问题可以随时向专家请教，同时，相关的软硬件设备齐 2 地震叠后数据抽取技术研究 全，为开展项目的研究奠定了很好的基础，因此，选择此题目进行攻关研究既有必要 又切实可行。 论文研究主要的内容包括： ( 1 ) 对插值算法进行研究 对插值算法进行研究可以得到各种插值算法的优势，有利于我们对地震数据体插 值过程中，针对各工区地震数据的特点选择合适的插值算法。 ( 2 ) 数据抽取方法研究 研究数据抽取方法可以使我们快速得到我们需要的地震叠后数据体，同时可以 保证我们得到用户满意的地震数据。 ( 3 ) 数据匹配拼接技术研究 研究数据匹配拼接技术更有利于我们快速得到区域打的剖面。根据多个工区的 数据采集和处理的特点选择合适的匹配算法。 ( 4 ) 地震剖面绘制方法研究。 研究多种地震剖面绘制方法，能满足用户的不同需求，根据需求实际提供剖面 绘制方法选择。 0 4 研究方法及技术路线 地震数据抽取的关键是抽取速度和抽取数据或者剖面的质量，本论文就以如何提 高速度和剖面质量为主要论点展开写作。插值算法和地震数据匹配拼接算法主要是研 究前人的成熟技术和算法，加以比较，以便在应用中根据地震数据的时期情况选择合 适的算法。几何算法是在研究前人算法的基础上，进行优化没，研制了多边形( 工区) 关系运算几何算法库。数据体扫描和索引方法我们为了提高数据抽取速度而研究的新 的方法。在研究s o a 架构体系的方面主要是通过对比分析方法，分析几种主要框架的 优缺点，然后得出了选择s o a 架构体系的依据。整个论文的思路是研究前人的技术基 础上，根据项目具体需要进行改进，并提出了部分新的解决方法，并加以验证。 地震叠后数据抽取技术研究 1 地震插值方法研究 地震资料处理或解释中，插值是一种常用的手段。有时地震采集时采用较大的线 距和道距，需要加密采样：有时因为数据量太大或研究地质目标的客观需要，需要进 行抽细操作。针对不同需求，插值方法也要跟着变化。地震数据根据维数的不同插值 方法也有很大的不同。一维的，反映的是一个地震道，我们经常的操作叫重采样；二 维的，反映的是一张地震剖面，我们需要进行的是道内插或线内插；三维的，经常是 一个曲面或数据体，它是一个空间的插值。本章对常用插值方法的基本原理、插值方 法的实际应用进行详细阐述。 1 1 地震插值的国内外研究现状 插值虽然是老问题，己成熟的插值方法有：一元代数函数插值、l a g r a n g e 插值、 n e w t o n 均值插值、h e r m i t e 插值、三次样条插值、多项式拟合插值i l l 。但是地震有自 己的复杂性，一是数据量大，二是要求精度高，三是呈现的形式复杂，四是要解决的 地质问题也有很大的不同。所以，地震数据或图像插值方法的适用条件、方法原理、 精度要求、效果也会有很大的不同。近年来，许多学者对地震插值方法进行了很好的 研究。n i e 等人提出的地震射线追踪的二次线性旅行时插值方法，这种方法是基于 由a s a k a w a 提出的线性旅行时插值方法( l t i ) ，能提高地震旅行时计算的精度。在 震源点，用二次旅行时插值( q t i ) 法对插值点的旅行时进行计算，而l t i 用来计算 远离震源点的旅行时。这种方法不仅能提高旅行时的精度，还能计算误差【2 】。l i u ，b i n 提出了地震记录的最小加权法向插值1 3 。2 0 0 0 年，田宜平、袁艳斌等人提出了一种 用于构建盆地三维构造一地层格架的几何形态插值方法相似变形插值法，这种方 法能很好的包括矢量剪切在内的各种空间分析 4 1 。李冰等人针对三维地震数据插值， 提出采用l a p l a c i a n 算子进行光滑约束的插值方法，并借鉴m a l l e t 研究的离散光滑插 值思路，采用预条件共轭梯度法，直接生成网格接点上的值，从而回避寻求满足插值 方程的函数。基于二维离散光滑插值，他们还给出共轭梯度法与n m 0 相结合的沿时间 切片逐层处理的离散光滑插值流程随】。武艳强、黄立人通过对g p s 和地震形变时间 序列的研究，提出了多点3 次样条方法。这种方法可以在一定条件下解决时间序列处 4 地震叠后数据抽取技术研究 理中较多数据缺失的问题【6 1 。何展翔、黄卫宁、邵敏等人提出了用傅氏变换实现三维 m t 数据的插值方法，应用傅氏变换进行三维m t 数据内插，首先将原始数据处理成一 系列周期性数据，然后通过傅氏变换、插值，再将插值后的数据经反傅氏变换，即得到 插值后的数据。插值后的数据长度是原数据的两倍。三维插值分别沿x 、y 和深度方 向进行。它充分利用了空间信息，对于信息加强和去噪有一定作用7 1 。g u l u n a y ， n e c a t i 提出了在傅立叶变换域中进行的地震道插值嘲。张军华等提出了在三维f - k 域 实现波场道内插9 1 。w a n gy a n g h u a 提出了在f - x - y 域进行的地震道插值方法【1 0 1 。f u ， l i y u n 提出了在傅立叶波场外推的波场插值方法n 。胡水清等提出了基于体素模型 的插值技术1 铂。陈红英等提出了分形插值算法 。 1 2 分段线性l a g r a n g e 插值法 设插值节点的分布为x o 五 豇 忍 地震叠后数据抽取技术研究 ( a ) 地质模型( b ) 主测线l 5 1 图1 2 理论模型 1 1 2 ， l - k 鐾 _ 1 3 图1 - 3 模型数据的二维f k 谱分析 二维f k 谱具有明确的物理意义。如图1 2 ，图1 1 ( b ) 的水平同相轴的能量已集中 在中间高视速度区，左右两翼对应两个倾斜同相轴，结合部散布着背斜构造的能量。 从二维谱上，已找不到一维谱上的界面突变点。利用二维f - k 频谱外推方法，我们可 以得到任意道的二维内插频谱。 咒( 厂，后) = s ( f ，k ) e t 2 抛，小忐( 1 - - 2 2 ) 式中，口为插值因子，若原剖面两道间要内插n 道，则取 口：上，土，旦( 卜2 3 ) 口2 j 而n + 2 ，万石 一 二维f - k 频谱外推方法能实现任意纵测线或横测线的波场内插，但它只能是二维 插值。即在x 方向插值时，利用不到y 方向的信息；在y 向插值时，兼顾不到x 方 向的信息；要在三维数据体内任意方向插值，则更是无从谈起。总的来说，对于三维 地震资料，尤其是复杂地区资料，无论是那一种二维插值方法，客观上均存在着这种 局限性。 1 8 2 三维f - k 域波场道内插方法原理 对地震数据沿测线x 方向、时间t 方向，作f f t 得到的是二维f - k 谱，若再沿测 线y 方向再作傅氏变换，就得到了三维f - k 谱： y ) d t d x d y ，t ，b ) 2l l l s ( f ，工，y 弦职月郴” 图1 - 4 展示了模型数据的三维f - k 谱中的一个剖面，选取的是p ( 厂，k x = o ，砖) i 。从 1 2 地震叠后数据抽取技术研究 图中可以看出y 方向低波数的能量较强相对比较集中，分布在一个较小的范围内， 有利于三维插值。 1 2 i 一 互1 薯 v 7 ， i - - 图1 _ 4 模型数据的三维f - k 谱分析 对( 1 2 4 ) 式所示的三维谱，根据( 1 - - 2 2 ) 式，并考虑到x 、y 两个方向的相 移因子，我们可以得到任意方向内插后的三维二k 谱： s o , p ( 肚，b ) = s ( f ，屯，k y , , 1 2 x ( 剐，吣击，怵击( 1 - 2 5 ) 上式中，参数q 、b 决定内插方向和间隔，其定义见公式( 1 - - 2 3 ) 。 对上式作三次傅氏反变换，就可以得到三维插值波场的时空域结果。 1 9 地震插值的应用实例分析 1 9 1 地震道内插 图卜5 ( a ) 为原始地震记录( 4 毫秒采样) ，图1 - 5 ( b ) 重采样的结果( 2 毫秒采样) ， 相位幅值保持一致。 o o i i 2 2 3 3 地震叠后数据抽取技术研究 图1 - 5 重采样前后地震记录比较 192 二雏剖面、切片插值 图l 一6 是六条叠加速度断线绎克单余捕值得到的结果，效果是很好的 图卜6 叠加速度剖面插值结果 图1 7 是2 0 0 口井t 0 时经过克里金插值得到的结果，构造特征保持得很好。 。一“坤蛐”牡鹂抽”姊：一一一一一”一； =篡l；=篓一 地震叠后数据抽取技术研究 图i - 7 二维切片插值 1 9 3 三维数据体插值 图1 - 8 给出了模型数据( 图i - 2 ) 插值前后的比较，选取的是过模型中心点的一 条主测线，左图为插值前的部分剖面，右图为三维道内插后的结果。从图中可以看出， 插值效果是非常好的，无论是水平层、倾斜层，还是小背斜，插值前后几乎一样。 时 间 毫 秒 v 道序号道序号 盘s e 蚍 孽2 蜀薯搿 衢剃j 蛙鉴螂强 垡拶匀醺曩霹w 珩 矗： 心一 时 间 毫 秒 v ( a ) 纵测线l 5 1 插值前( b ) 纵测线l 5 1 插值后 图卜8 模型数据三维道内插结果比较 图卜9 、图卜1 0 给出了某区三维插值的结果。其中，图1 - 9 是横测线x 3 5 0 三维 道内插前后的结果比较。插值前为4 0 道，插值后变成7 9 道，剖面的形态不变，但 地震叠后数据抽取技术研究 c d p 间距已经变为2 5 米，达到了偏移输入数据要求。由于图卜9 插值前后显示的道 数不一样，不利于同比例比较，为此我们选取相邻的纵测线进行比较( 图卜1 0 ) 。 图中，l 2 5 1 线为原始测线，l 2 5 2 为插值测线，可以看出地层层位、断点等插值效果 均非常好。 a ) 插值前( 4 0 道) 插值后( 7 9 道) 图1 - 9 某地区横测线x 3 5 0 三维道内插结果比较 1 6 地震叠后数据抽取技术研究 ( a ) 原始纵测线l 2 5 1 ( b ) 相邻插值纵测线l 2 5 2 图1 1 0 某地区原始纵测线l 2 5 1 和三维道内插纵测线l 2 5 2 结果比较 1 7 2 地震数据匹配拼接方法研究 由于受当时技术水平和仪器发展的制约，以往的地震资料日益显示出其不尽人意之处： 深层反射普遍能量弱、信噪比低，尤其是基底内幕反射不清；深层分辨率低，难以进行高 精度的层位标定和储层预测，给深层油气勘探开发工作带来了许多障碍。因此根据实际需 要，有的工区又重新做了高精度的三维地震勘探及井间地震等高分辨率的地震勘探。不同 时间采集的三维数据其网格方向、面元大小、电缆长度、面元覆盖次数均不同，而且也应 用了不同的处理流程及技术进行处理。由于存在诸多不一致性，这些数据难以满足工区整 体的地质解释、储层描述等综合研究，要想为后续的处理和解释工作提供可靠的匹配结果， 就必须从各种数学和物理机制上对这些差异加以分析和校正，以便获得整个工区统一完整 的资料。 2 1 基于维纳滤波的匹配方法 2 1 1 方法描述 匹配滤波一般解决非线性时差问题。不同三维资料在拼接处有不同时差，在校正完振 幅、频率、相位后若仍存在明显无法拼接处理好时可使用匹配滤波技术，它可使拼接处不 同三维资料的子波相似性大为提高。匹配滤波就是以一个地震道为期望输出，求出匹配滤 波算子用于另外的地震道中，从而达到消除地震道之间振幅、频率、相位差异的目的。匹 配滤波方法有单道和多道及叠前和叠后之分。这种方法可以使两地震道具有很好的一致性， 但其应用条件有很大的局限性。就是要求匹配滤波中的两个地震道的传播路径完全一致， 其存在的差异只是激发子波的差异。在实际生产中，不同震源施工的地震资料拼接处理无 论是用子波处理还是匹配滤波都应放在叠前反褶积之前进行，这样效果最佳。这是因为， 反褶积之前通过子波处理或匹配滤波作用后，地震资料的子波及频谱基本趋于一致，但依 然存在一定的剩余差异，在经过反褶积特别是多道反褶积的作用后，可以更进一步消除这 部分差异。同时通过剩余静校正，可以消除不同激发震源所带来的微小时间差异，使反射 3 2 地震叠后数据抽取技术研冤 同相轴一致。再通过彼此的混合叠加，可以最大限度的消除彼此的差异，使拼接点更加自 然。 假设两块资料有重叠部分且重叠部分的资料较好，设某一重合点的地层反射系数为 孝( t ) ，不考虑噪声影响，根据地震记录的褶积模型有： x l ( t ) = 善( t ) 木w l ( t ) ( 2 1 ) x 2 ( t ) - - 4 ( t ) 木w 2 ( t ) ( 2 2 ) 式中：x 。( t ) ，x ：( t ) 为不同块地震记录，w ，( t ) ，w ：( t ) 为不同块的地震子波。 分别对公式( 2 - 1 ) 、( 2 - 2 ) 作傅立叶变换，则有： x l ( 国) = f ( 国) w 。( m ) ( 2 3 ) x 2 ) = f ( 国) w 2 ) ( 2 4 ) 由公式( 2 3 ) 、( 2 4 ) 司以推出： 端= 器w 州( 缈) 5 ) x 1 ( 妫l ( ) x 2 ( 缈) = x l ( 国) h ( ) ( 2 6 ) 所以有： x 2 ( t ) = x l ( t ) 水h ( t ) ( 2 7 ) 式中：h ( 0 为h ( 缈) 的傅氏反变换。这样便可以求出一个滤波算子h ( 国) ，使其中一块 的地震记录向另一块看齐，比如可控震源向炸药震源靠齐，气枪震源向炸药震源看齐，达 到统一子波的目的。 在求取h ( 国) 的时候，应用最小平方反褶积方法求出反滤波因子口( ，) 。 令熹= 彳( 国) ，变换到时间域内就是：a ( t ) 奉w 2 ( t ) = 8 ( 0 。w 1 ( 们 、7。 口( f ) 的求取采用以下公式： r 2 2 ( 0 )厂2 2 ( 1 ) 饧( 1 ) 厂2 2 ( o ) 吃2 ( 册) ，2 2 ( 朋一1 ) ( 2 - 8 ) 删7 删掣；删 地震叠后数据抽取技术研究 式中：嘞( 垅) 表示的是w 2 ( t ) 的自相关。 此时，如果w l ( ) 是带限信号，那么在频带外计算出的彳( 缈) 将会很大，甚至趋于无穷。对应的a ( t ) 可能收敛很慢，甚至不存在。实际情况是w l ( 缈) 肯定是带限信号，为了解决带限问题，我们在地 震信号的功率谱p ( c o ) 中，从低频到高频统一加一白噪。 ( 1 + 旯) 吃2 ( 0 ) ，2 2 ( 1 ) 吃2 ( 1 ) ( 1 + a ) 吃2 ( o ) ，2 2 ( 聊)，2 2 ( 聊一1 ) 以上方程组可以看出，入太小，对方程求取稳定解帮助不大，入太大，反褶积的作用变小。 ( 2 - 9 ) 特殊地，当旯一，a ( t ) - 3 ( t ) c ，其中c = ( 1 + 旯) k ( o ) ，这时的反褶积输出就等于地震记录本 身，反褶积根本不起作用。实际处理中，白噪系数一般取0 5 - - - 5 ，最大不超过1 0 。 2 1 2 应用实例 2 1 2 1 理论模型研究 根据以上的理论分析，设计了一个简单的地质模型，应