（地质工程专业论文）针对弹性参数反演的叠前去噪技术应用研究.pdf

摘要 随着石油勘探丌发的不断发展，地质条件从地表到地下都越来越复杂，地 震资料所要解决的问题也越来越深入，随着叠前时间偏移技术的同益推广和常 规化处理，地震资料的处理重点也转向叠前，并且现有的叠前去噪方法已经远 不能满足弹性参数反演的需要，因此叠d 矿保真去噪方法就显得非常重要。 地震资料的去噪处理，是地震资料数据处理中十分重要的环节，它不仅严 重地影响到其它处理的效果，而且直接影响到资料的后续解释和对储层岩性和 流体分布的识别和预测。 针对弹性参数反演对叠前数据的要求，本文对叠前高保真去噪技术进行了 深入的研究。同时根据保真处理的需要，在叠前去噪方面还开展了一系列保真 性监测、质控方法研究。最终结合现有系统提出了一套目前技术条件下适合东 部地区的保真去噪处理及监测方法。经过保真去噪处理的资料基本上消除了非 地质因素造成的振幅失真和畸变，使真证的地质现象及其变化规律在地震剖面 上得到了较好的展示，与一般处理的剖面相比具有信噪比高、横向能量均衡、 层f 日j 信息丰富且相对振幅关系正确等特点。并且从地震信息、地质信息、正演 模型等方面对去噪过程中振幅的相对关系进行监测和评价，可以看出各反射层 之| 日j 能量关系f 确。另外，我们还对处理结果进行了弹性参数反演。经地质人 员解释认为，反演的结果对储层的岩性和流体分布具有更强的识别能力。 关键词：叠前去噪弹性参数反演振幅保真振幅监测 s t u d yo nt h ea p p l i c a t i o no fp r e s t a c kn o i s ea t t e n u a t i o n t e c h n i q u e sa i m i n ga te l a s t i ci n v e r s i o n c h e n gy u k u n ( g e o l o g i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l iz h e n c h u n ab s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo i l & g a se x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o n t h eg e o l o g i c a l c o n d i t i o n so fs e i s m i cs u r v e ya r e a si sb ec o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d ，a n d t h u st h ed e m a n dt os e i s m i cd a t ap r o c e s s i n gi sb e c o m i n gh i g h e ra n dh i g h e r f o r i n s t a n c e ，p r e s t a c kt i m em i g r a t i o nh a sb e c o m ear o u t i n ep r o c e s s i n ga n dp r e s t a c k p r o c e s s i n gh a sb e c o m em o r ei m p o r t a n t t h ep r e s t a c kn o i s ea t t e n u a t i o nt e c h n i q u e s a r ef a ra w a yf r o mm e e t i n gt h er e q u i r e m e n t so fe l a s t i ci n v e r s i o n ；t h e r e f o r e ，t h ea b i l i t y t ok e e ps i g n a l so fan o i s ea t t e n u a t i o nt e c h n i q u ei sm o r ei m p o r t a n t n o i s ea t t e n u a t io ni sav e r yi m p o r t a n ts t e pd u r i n gt h es e i s m i cd a t ap r o c e s s i n g s t a g e i tm a t t e r sn o tj u s ts u b s e q u e n tp r o c e s s e s ，b u ta l s od a t ai n t e r p r e t a t i o na n d r e s e r v o i rl i t h o l o g ya n dl i q u i dd i s t r i b u t i o nd i s c r i m i n a t i o na n dp r e d i c t i o n a i m i n ga tt h er e q u i r e m e n to f e l a s t i cp a r a m e t e ri n v e r s i o nt oi n p u ts e i s m i cd a t a ， t h i sp a p e rc o n d u c t e dp r o f o u n da n dd e t a i l e dr e s e a r c ho nk e e p i n gs i g n a l sd u r i n g p r e s t a c kn o i s ea t t e n u a t i o n ，i n c l u d i n gn o i s ea t t e n u a t i o nt e c h n i q u ea n dp a r a m e t e r s e l e c t i o n ，a m p l i t u d em o n i t o r i n ga n dq u a l i t yc o n t r 0 1 f i n a l l y , b a s e do i lt h ec u r r e n t p r o c e s s i n gs o f t w a r es y s t e ma n dt h ep e r t i n e n tt e c h n i q u e s ，p r e s e n t e d ap r a c t i c a l p r o c e d u r ef o ri n s u r i n ga n dm o n i t o r i n gd a t aq u a l i t yd u r i n gn o i s ea t t e n u a t i o no f s e i s m i cd a t af r o me a s t e r nc h i n a w i t ht h i sp r o c e d u r e ，n o i s e si nt h ed a t aa r ew e l l a t t e n u a t e da n dr e f l e c t i o na m p l i t u d ed i s t o r t i o ni sm i n i m i z e dd u r i n gt h ep r o c e s s i n g a n dt h u st h en o n g e o l o g i c a lr e s p o n s eo ft h ed a t ai sb a s i c a l l yr e m o v e d c o m p a r e d w i t ht h er e s u l t so fc o n v e n t i o n a lp r o c e s s i n g ，t h es nr a t i oi sh i g h e r , l a t e r a lr e f l e c t i o n a m p l i t u d e s a r em o r eb a l a n c e da n dm o r er e l i a b l es u b t l ee v e n t sb e t w e e nm a i n r e f l e c t i o n se m e r g e da n ds ot h es u b s u r f a c eg e o l o g yi sb e t t e rr e n d e r e d a c c o r d i n gt o t h ec o m p o s i t em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o nu s i n gs e i s m i cd a t aa n dg e o l o g i c a l i n f o r m a t i o na n dm o d e l i n gd a t a ，t h er e l a t i v ea m p l i t u d e sb e t w e e nd i f f e r e n tl a y e r sa r e r e a s o n a b l e a n dw h a ti sm o r e ，e l a s t i cp a r a m e t e ri n v e r s i o nw a sc o n d u c t e do nt h e p r o c e s s e dd a t aa n dt h ei n v e r s i o nr e s u l t sg a v eb e t t e rd i s c r i m i n a t i o nt ot h er e s e r v o i r l i t h o l o g ya n dl i q u i dd i s t r i b u t i o n k e yw o r d s ：p r e s t a c kn o i s ea t t e n u a t i o n e l a s t i cp a r a m e t e ri n v e r s i o n a m p l i t u d ep r e s e r v a t i o n a m p l i t u d em o n i t o r i n g 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工 作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经 加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含 本人或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明 确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：- 二擎蝉 日期：辟，上月旷日 关于论文使用授权的说明 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但 不限于其印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规 一 定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学 位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：煎坚型 指导教师签名：血垒 日期：稚二月, 1 日 曰期：勿够年2 - q 厅日 中圉石油大学( 华东) t 程硕f ：学位论文 1 1研究目的和意义 第一章绪论 从地震资料的反演研究和应用的发展过程来看，地震资料的反演从过去叠 后的振幅到波阻抗反演，解决了部分岩性预测问题，但流体预测的难度很大； 随着叠自仃地震资料处理技术的不断发展，今后的地震资料振幅解释将发展为叠 前纵、横波解释、弹性阻抗反演和联合的弹性参数反演，将大大提高岩性和流 体的预测精度。但如何作好叠自仃地震资料的弹性反演? 如何提高叠前地震资料 的质量来满足反演的弹性参数与储层岩性和流体的响应关系以保障弹性参数反 演结果的可靠性? 需要我们从叠自仃处理技术本身和信号如何保真的角度来探 讨。 地震信号保真处理是我们追求的目标，就目前的技术条件看，在一个相当 长的时期内达到完全意义上的保真处理是非常困难的。但我们每向目标迈进一 步，都会使储层预测、油藏描述精度及钻井成功率等有一个较大提高。反射地 震信号保真处理1 4 】的目的就是通过对野外地震信号的分析处理，尽可能地消除 非地质因素造成的地震信号特性( 振幅、频率等) 的变化，使地震信号的特性变 化与地下地层的地质变化达到最佳的匹配。地下的有效反射层( 目前的子波能够 分辨1 5 j 的且反射系数足够大) 应在最终成果剖面上得到很好的显示，同时还要保 持最终成果剖面上各点间信号特性的相对关系。 当前的叠自订去噪技术一般都试图通过各种变换使有效信号与噪音很好地分离， 但都存在去噪能力差、对有效信号的破坏大等不足。为此，我们开展了高保真 叠前去噪技术的应用研究。 * 一叠前士目技术现状艇胜趋井 第二章叠前去噪技术现状及发展趋势 2i 噪声的形成机理和分类 陆f ，复杂区噪声的类型和特点，可以根据噪声的出现规律分为规则噪卢和 随机噪声州人类。图2 1 为按照空i 可位置分类的噪声产生机理示意图。 2ii 随机噪声 随机噤声主拦指频率变化范吲人，没有固定传播方向的波，在地震数捌中 形成杂乱无章的背景。随机噪声的束源大致可分为三类：第类是地面微震， 虹川吹革动和一些人为凶索引起的无规则的振动：第一类是仪器在接收时或处 珲过程几1 的噪卢：第二类足激发所产生的不规则喋卢，包括由于介质的不均匀 h 造成的弹性波的散射以及仟意方向来的、相何变化毫无规律的波的替加等。 这类与激发条件及地震地质条件秆荚的随机噪声存水泡子、沙漠砾右和黄十覆 盏等地区最为重要。这些随机噪声在地震记录上表现为杂乱无章的振动。它们 的频谱很宽，无定的视速度，冈此很难利用随机噪声l 叫有效波之日j 在频谱上 的差异或传描疗向上的差；埘其进行压制( 见幽2 2 ) 。 幽2 i 地碰舢探啪声产生机理币愈削 巾罔，人学( 牛东) t 程删f 学位皓z 212 规则噪声 幽22 环境产生的随机噼，r 觇j _ | j 泶声l 要是捕柏定年频和定视速度的噪声，如：山j 波、交流电十 扰、声波、浅层多次折射和侧血波等。它们的卜要特点如f ： 咖波：复杂医地震勘探常见的噪声就是曲波。，它的特点是频率低，一般为 儿斛珐3 0 赫兹，速度低，一股为1 0 0 米，秒1 0 0 0 米秒。而波的时距f | 线是 直线，吲此在小排列的记录上| | , d r t n q 足直的。，波随着传播距离的增人，振动 延续婀i - u 岜越长，形成“扫帚状”，【! _ j 发生频散。面波能量的强弱与激发岩性、 激发涞度以及衷层地震地质条件有关。，在淤泥、厚黄十以及沙漠地区，由于对 有效波的烈烈吸收，有效波能量减弱，波能量相对增强；在疏松的低速岩层 f 激发或所川炸药量过人造成激发频j # 降低，使面波能最相对增强：炮井深时 面波减弱，井浅叫向被增强。 交流l 乜：“1 地震删线在高压电线下经过时，检波器受5 0 h z 高压的静电感 应所产，l 的干扰，其分枷范围仪局限在高压线附近，通常影响地震数据的若干 道，它拒出现的位置上满足地表一致性规律，其强度有时可能超过有效波许多 倍。 第二章叠前去噪技术现状及发展趋势 声波：在坑中、浅水池中、河中和干井中爆炸，都会产生强烈的声波。声波 是在空气中传播的弹性波，速度为3 4 0 米秒左右，比较稳定，频率较高，呈窄 带出现。 浅层折射波：当表层存在高速层，或第四系下面的老地层埋藏浅时，可能 观测到同相轴为直线的浅层折射波。 侧面波：在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探工作时，由于水系切割 等原因，形成沟谷交错的强波阻抗分界面，会出现叫做侧面波的干扰波。 还有另一类干扰波，与随机干扰不同，与规则干扰相比又显得复杂，这就 是次生的低速干扰和高速干扰。它们是激发源附近的各种地面障碍物以及近地 表岩性不均匀性造成的，是由反射波、面波或各种折射波所激发，因此叫次生 干扰。 2 1 3 有效波与干扰波的主要差别 通过上面对地震数据上干扰波的分析，可以总结、归纳出有效波与干扰波 的差别主要表现在如下几个方面： 有效波和干扰波在传播方向上可能不同，例如水平界面的反射波差不多是 垂直地从地下反射回地面的：而面波是沿着近地表传播的，具体体现为视速度 的差异； 有效波和干扰波在频谱上有差别； 有效波和干扰波经过动校f 后的剩余时差可能有差别； 有效波和干扰波在它们出现的规律上可能有差别。例如随机干扰的出现规 律和反射波很不相同。 针对有效波与干扰波存在的差异，地球物理工作者就可以研究出多种压制 干扰波的方法。 2 2 常用去噪方法简介 在叠自订地震数据上压制噪声的难度与叠后相比要大得多，目前还没有特别 好的办法能明显改善单炮记录或c m p 道集的信噪比。从近几年地震数据处理的 发展来看，人们正在逐渐地把提高信噪比处理由叠后转向叠前。因为较强的噪 4 中固石油人学( 牛东) t 程硕 j 学位论文 声会扰乱静校正量的计算、影响反褶积的分辨率、降低速度分析的精度和破坏 叠加的效果。因此，提高信噪比的处理一定要在叠前就丌始做，但不要一次到 位，应根据实际情况采用迭代的思路：并且对不同的噪声应该使用不同的去噪 方法。基于这一点，把识别和压制叠前地震数据中的面波、线性干扰、强能量 噪声及随机噪声作为本文的主要研究内容。选择这四种噪声的原因是它们的能 量与有效反射波相比都很强；对于这些噪声，一般的去噪方法常常会引起反射 信号的畸变( 畸变现象通常发生在噪声与信号的过渡带附近) 。为了尽量不使信 号受到畸变，又要能够在叠前压制噪声，应采取“利用多道信息和某些先验信 息谚 别地震信号和噪声，在单道地震数掘上压制噪声”的思路和做法。这个提 法实际已经包括了“地震信号具有空间相干性”的假设，但是单靠这条假设还 不足以压制上述四种强能量的噪声。为此，对一定时间范围内的地震信号再补 充两个条件： 1 随着传播距离或传播时间增大，地震波的能量( 或振幅) 逐渐降低( 传 播规律) ； 2 随着传播距离或传播时间增大，地震波的频率( 或主频) 逐渐降低( 吸 收特性) ； 在大多数的情况下，只要违背条件l 和条件2 的情况发生，就是有噪声存 在。下面逐条加以说明。 根据不同的噪声类型可以选用不同的去噪方法，目前常用的有：f x 去 噪、k l 变换、矢量压噪、多项式拟合、相干加强等。很多方法是基于统计的 多道滤波方法，一般比较有效，而单道滤波则只能提高数据的视觉信噪比，不 能提高真信噪比。多道滤波可以由下式表达 y = 脚 其中：x 为滤波日仃数据；y 为滤波后数据；l 为侧重于纵向滤波的滤波因 子；尺为侧重于横向滤波的滤波因子。由于时窗的滑动以及数据变化引起的滤 波因子变化，使得这种滤波形式在全局并不表现线性特征，只在应用的数据窗 内具有局部线性特征。典型的去噪过程可分解为：按照信号与噪声分布特点 对数据进行变换；估计信号与噪声；增强信号或衰减噪声。每个过程都对 去噪强度和去噪效率有重要影响。下面简述几种常用的去噪方法1 7 1 。 第一二章叠前去噪技术现状及发展趋势 2 2 1 基于经典傅氏变换的去噪方法 2 2 1 1 频率域滤波方法 傅氏变换理论是地震资料处理中最基本、最经典的理论，以此理论为基础 的频率域滤波依然是目前地震资料去噪中的一个常用模块。地震资料的采集或 进站要进行防假频处理；中间的许多处理模块要设置一定的频率档( 最低和最高 频率) ；对于含有工业干扰的资料要进行单频波处理；最后资料出站进行的修饰 性处理还要用到带通滤波，这些处理都无一例外要用到频率域滤波毋庸置疑， 无论是过去还是将来频率域去噪都是一项主要的去噪技术。 2 2 1 2 频率波数域滤波方法 同一维频率域滤波一样，建立在一维傅氏变换基础上的f k 滤波( 视速度 滤波) 也是目前常用的一项去噪技术，其最主要的应用就是去除面波。面波频率 较低，能量较强，同时呈扫帚状频散，对其应用简单的一维频率域滤波已很难 去除。由于f k 滤波采用的是扇形滤波器，很适合去除此类噪声。还有一些视 速度相同的侧面干扰，用厂一k 滤波也可以有效地去除。此外，掌握视速度滤波 的物理意义，对于理解下面将要讲述的二维或三维频率空间域滤波方法也很有 帮助。 2 2 2 在傅氏变换基础上延伸出来的去噪方法 2 2 _ 2 1 厂一k 域去噪技术 在傅氏变换基础上延伸出来的去噪方法已有很多，其中厂一k 域预测去噪技 术是一项最基本的技术。该技术由c a n a l e s ( 1 9 8 4 ) 提出，旨在压制二维地震记 录中的随机噪声，它以理论上的严密性和实际效果上的显著性得到广泛应用， 成为二维地震资料处理中的一个常用模块。 方法假设反射波同相轴具有线性或局部线性的特性。在厂一k 域中对每一个 频率成分应用复数最小平方原理，可求得预测算子( 熊煮，1 9 9 3 ) 。方法的基本 原理如下： 6 中同“油人学( 华东) t 程硕l ：学位论文 设子波为w ( f ) ，其傅氏变换为w ( 厂) ，剖面道间距为x 某一线性同相轴的 斜率为k 则相邻第玎道的记录司写为 w 。o ) = w ( f k n b x ) 其傅立叶变换为w 弘一砌蚰硝 如果把第1 道记录的频谱记为w ( s ) ，则对于某一给定频率，它的第丹道 的频谱为 w 。( s ) - - 彬( 厂1 ( ”吣2 各道和的z 变换为 g ) = 形驴- 。腑加一洫2 珂z ”1 n = l = 形驴) p 矾”。) 地形z ”1 一 彤( 厂) 一1 一p 一，心2 吃 显然，这是一个二阶的a r 模型，其可预测性是不难理解的，即 ，( 厂) = 扩k 。触2 万 根据以上关系，用复数维纳滤波可以求取预测误差算子o p ( f ，x ) ，设原始 记录为s ( f ，x ) ，则对于某一频率o ，其预测误差能量为 e ( 兀) = 莩 善s ( s o ，x z ) o p ( i o ，z ) 一s ( s o ，x ) 渺，砂卯h 怃，卅f ，= li 根据误差能量最小原则，我们可以求出o p ( f ，) ，= 0 , 1 ，2 ，n ，用该算子 与每一频率道进行褶积就可得到我们所要求的输出。对于多个同相轴，以上方 法就成为a r m a 模型，此时可用倾角滤波滤成单个同相轴，再用f x 域线性预 测和叠加实现最终去噪。 2 2 2 2 厂一x y 域、厂一x y z 域去噪技术以及f x 域拟线性变换方法 在f x 域预测去噪技术的基础上。国九英等( 1 9 9 5 ) 发展了f 一x y 域预测去 第二章叠前去噪技术现状及发展趋势 噪技术。该技术最早被应用于三维叠后地震数据的处理中，后来还被应用于二 维叠前地震记录中，去噪效果也非常明显。 此后，苏贵士等( 1 9 9 8 ) 提出了f x y z 域预测去噪技术，用于压制三维叠前 地震数据中的随机噪声。 在上述预测滤波去噪技术中，除了假定在f x 域中相干信号是可预测的， 随机噪声是不可预测的之外，还假定反射波同相轴是线性的。这些假定条件在 复杂地区的地震资料中都是难以满足的。因此康冶等( 2 0 0 3 ) 提出了一种厂一x 域 拟线性变换方法，先将地震数据进行拟线性变换，滤波处理后再进行拟线性反 变换。这种基于非线性空间变换的f x 域预测去噪方法具有较强的去噪能力， 特别体现在构造比较复杂、地震信号同相轴在空间具有非线性分布的情形。 2 。2 2 3 频率空f 刚域算子外推去噪技术 虽然厂一x 域预测滤波技术可以有效地压制随机噪声、增强相干信号的连续 性，但只要是相干信号，不管是有效反射信号，还是面波、线性( 或近似线性) 干扰波，该技术都会对其进行加强。另外，由于高频段的信噪较低，求取的预 测算子受噪声成分的影响较大，这就使得去噪后高频段的有效信号严重畸变， 不利于进一步提高分辨率。 在f x 域预测滤波去噪理论的基础上，国九英( 1 9 9 5 ) 提出了叠前w x 域算 子外推去噪技术，蔡加铭等( 1 9 9 9 ) 提出了f x 域算子外推去噪技术。算子外推 技术充分利用了预测算子中频率与道间时差的对偶关系，根据地震记录中优势 频带的频率成分外推求取高、低频带的预测算子。这样一方面可避免频率较低、 能量较强的面波或线性干扰波对低频带预测算子求取的影响，很好地压制随机 噪声，而且还能有效地衰减面波和线性( 或近似线性) 干扰波，同时还可以减少 计算量，节省机时，提高效率；另一方面也可避免高频信号能量弱、不连续、 信噪比低等缺点对高频带预测算子求取的影响，可以保护和加强有效波的高频 成分，为后续高分辨率处理打下了良好基础。算子外推技术不仅可以提高叠前 或叠后地震数据集的信噪比，还能避免衰减面波时损失有效波的低频成分，压 制线性干扰时出现蚯蚓化现象。因此，它为叠f j 地震数据的a v o 分析、叠前深 中国石油大学( 华东) t 程硕卜学位论文 度偏移处理、叠后提高地震数据的分辨率和储层预测处理准备了良好的条件。 2 2 3 聚束滤波方法 聚束滤波方法在信号处理领域已有很长的发展史。s h u m w a y 和d e a n ( 1 9 6 8 ) 币式给出了最小方差、无偏( m v u ) 聚束滤波方法的统计学基础、c o x 等( 1 9 8 7 1 系统地综述了聚束滤波方法。w h i t e ( 1 9 8 8 ) 应用m v u 聚束滤波方法从勘探资料 中提取出一次反射信号。h u 和w h i t e ( 1 9 9 3 ) 概括地给出了聚束滤波方法的原理 及初步结果。h u ( 1 9 9 5 ) 详细讨论了聚束滤波方法的原理及其在地震勘探资料处 理中的应用。在对聚束滤波进行深入研究的基础上，胡天跃等( 2 0 0 0 ) 又提出了 自适应聚束滤波方法，可灵活、有效地消除叠前共中心点道集中的多次波。此 外，洪菲等( 2 0 0 4 ) 还提出了二维聚束滤波方法。该方法可以有效地消除复杂地 震资料中的多次波和其它相关噪声。针对常规方法不能很好解决的消除低信噪 比地震资料中的多次波问题，洪菲等( 2 0 0 4 ) 还提出了优化聚束滤波方法。该方 法采用具有静态权的自适应聚束滤波器，并调整聚束滤波器设计的约束准则， 去除低信噪比复杂实际资料中的多次波。 聚束滤波是从叠加的基础上发展起来的。它是一种包括信号和相关噪声的 模型拟合处理方法，其优势在于能对提供的约束条件进行直接控制。这种方法 没有因数字化而导致的假变换，它把变换域里的采样和截断问题转化为模型拟 合问题，可根据数据调整模型，这样，聚束滤波模型能够包括振幅和相位随偏 移距的变化( a v o 和p v o ) 以及远偏移距处因切除直达波和折射波造成的记录道 损失。所以这样的设计可避免畸变，作为一种基于模型的波场分解方法，聚束 滤波能在保护一次波全部信息的同时从地震记录中估计和去除相关噪声。由于 该方法在理论上不需要等道问距，一次波没有畸变。所以设计的聚束滤波器能 够灵活地处理切除带、失效道和不规则道间距，还具有a v o 保幅特性。 2 2 4 基于小波分解和重建的去噪方法 小波变换是一种多尺度、多分辨率的时频分解方法，能够展示不同频率范 围内信号和噪声的时间分布特征，利用小波变换可以消除地震资料中的各种噪 声。但是，仅仅应用小波变换并不能有效地消除噪声，往往需要结合其它一些 9 第二章叠前去噪技术现状及发展趋势 去噪方法爿能有效地进行去噪处理。 夏洪瑞等( 1 9 9 4 ) 详细介绍了小波变换的基本原理，并给出了信号多尺度分 解与重构的具体算法等。刘法启等( 1 9 9 6 ) 结合厂一k 滤波和小波变换进行去噪 处理，能有效地消除地震资料中的地滚波、高频干扰以及其它类型的噪声。宗 涛等( 1 9 9 8 ) 将小波包变换的分时分频特性和厂一x 域预测去噪技术结合起来， 提出了小波包厂一x 域自，j j 后向预测去噪方法，能较好地抑制叠后地震剖面中的随 机噪声。王振国等( 2 0 0 2 ) 提出基于小波变换的最小二乘光滑去噪法和小波包相 关阀值去噪法。这两种方法都能有效地去除地震资料中的随机噪声，基于小波 变换的最小二乘光滑去噪法充分利用了傅立叶变换、小波变换和光滑滤波的特 点，并能保证有效波的中、高频成分经过小波包重构后可恢复有效信号。其去 噪的理论基础是：随机噪声在统计学中具有一定的规律，一般认为其均值在零 值附近，因此，受随机噪声影响的每一点的有效信号可用其周围点的平均值来 代替。小波包相关阀值去噪法主要利用小波包变换能详细地刻画含噪信号的中、 高频成分这一特点，能更好地分析中、高频段信号与噪声的特征及差别，再利 用相关阀值去除随机噪声。 2 2 5 其它去噪方法 2 - 2 5 1 多项式拟合 用多项式拟合方法提高数据的信噪比，是由俞寿朋等( 1 9 8 9 ) 提出的。其主 要设计思想是：根据有效信号在空间上的相似性，用多道相关的方法确定时窗 内有效波同相轴的时空位置，然后求出有效波在这一时窗内的标准波形，并根 据各道的相关系数对其进行能量分配，完成有效波时间、振幅两方面的拟合。 拟合后叠加剖面的数据信噪比会有明显的提高，且剖面数据的高频成分不受损 失。能保持原有信号的分辨率和原始各道的相对振幅。该方法的假设前提是： 地震信号在空间上保持一定的连续性，信号的相位和振幅在空间上的变化都是 均匀的。另一方面：信号的波形在空间上的变化很小，在一定范围内这种变化 可以忽略不计，生产实践证明，这种方法是提高数据信噪比的一种非常有效的 方法。 1 0 中围石油人学( 华东) 工程硕f ? 学位论文 2 2 5 2k l 变换 早在1 9 8 7 年，j o n e s 等( 1 9 8 7 ) 就提出利用k 一变换提高多道地震数据的信 噪比。实际上k 一变换是正交分解法在压制噪声中的应用实例，两者的基本 原理是相同的( 熊煮，1 9 9 3 ) ，如果对随机向量作正交变换即 y = k r x = 陟l ，y 2 ，a a ，y 。r 则称m 维随机向量l ，是随机向量x 的k 一上变换( k a r h u n e n l o e v e ) ，其中 k 是一个正交矩阵，k 一变换是一种与傅立叶变换、沃希变换类似的线性变 换。不同的是，k 一上变换的讵交变换矩阵k t 是根据原始空间向量x 推导而得 的。基于上述k 一三变换的定义，若令x 表示地震数据集经k 一三变换的输入道 集，】，表示地震数据集经k 一上变换的输出道集，则取k 一变换后的第一主分 量作为输出就能提高数据的信噪比。 2 2 5 3 矢量分解法 矢量分解法是通过压缩不相关分量来增大相邻道信号的相关程度的，是一 种很好的去噪方法( 王宏伟，1 9 8 9 ) 。它利用多道记录，由信号的相关性和噪声 的随机性统计出信号的方向，最大限度地压制噪声。由多道记录的信号形成的 信号矢量和由噪声形成的噪声矢量。在角度域上一般能相互区分，根据这一特 点可以有效地压制噪声。因此，可以说这种方法实质上是一种角度滤波，它不 破坏振幅在横向上和纵向上的相对关系适应于保持振幅的处理流程，满足某些 具有特殊要求的处理。这种方法假设相邻道的信号具有相似性，所以既适用于 叠前汜录，也适用于叠后剖面。但普遍用于叠后处理中。夏洪瑞等( 2 0 0 1 ) 通过 分析中值滤波去噪和矢量分解去噪的特点，提出了中值约束下的矢量分解法， 实践证明这也是一种效果不错的去噪方法。 2 2 5 4 局部径向道中值滤波 中值滤波是一种非线性的滤波技术。从滤波效应来看，它是一种特殊的平 滑( 低通) 滤波。在数据处理中，首先提出的是时间方向的中值滤波，但目前使 用较多的是空间方向的中值滤波，主要用于叠加剖面的空间方向去噪。在叠前 第二章叠前去噪技术现状及发展趋势 数据上进行中值滤波，主要用于剔除野值和不正常值，压制强面波干扰，提高 数据信噪比。 局部径向道中值滤波( l r m f ：l o c a lr a d i a lt r a c e m e d i a nf i l t e r i n g ) 是由z h u w e r h o n g 等( 2 0 0 4 ) 提出的。该方法是结合局部径向道和步变中值滤波导出的，本 质上是一种步变中值滤波器，其基本思路是：先通过一个简单的插值算法，对 每一个样点建立相应的局部径向道，然后在径向域中使用步变中值滤波器分离 噪声( 主要是线性噪声) ，达到提高信噪比的目的。该方法不需要精密的插值算 法，可在很大程度上减轻数据丢失问题。 2 2 5 5 傅立叶相关系数滤波 该方法是由d o u g l a sa l s d o r f ( 1 9 9 7 ) 提出的，主要利用了相关系数谱。设h 和 g 表示两个地震道记录，定义其相位角之差的余弦值为相关系数谱。 c c ( x ) = c o s ( o h , 一) 该滤波器最主要的优点是简单，应用起来很像一个简单的带通滤波器，所 以比其它噪声衰减方法所需的参数少很多。通过理论和实际数据的处理表明， 它可以在完整地保存有效信号的同时减少地震数据中的线性倾斜相关能量、地 滚波和随机突发噪声。而且，如果把相关系数滤波器和其它信号加强技术( p u 厂一x 域反褶积) 结合起来，处理的效果会更好。 2 3 去噪技术的发展趋势 水平叠加具有很强的压制噪声提高信噪比的能力，然而，它的作用是表现 在叠加以后的记录上。为使叠前反演在提高信噪比的道集资料上进行，就面临 着如何提高叠前道集的信噪比问题。叠前资料的去噪处理不仅是整个“三高” 处理的基础，而且对叠前反演有直接的作用。 目前去噪的方法大多是基于叠后数学模型，有的方法可以直接推广到叠前 进行应用，但有些方法由于其理论假设的限制，将它们直接应用于叠前就存在 一定的问题，因此，叠前去噪技术的研究必须针对叠前噪声的不同类型建立不 同的数学模型，设计出合适的去噪算子，才能得到满意的结果。 1 2 中国石油大学( 华东) t 程硕 ：学位论文 目前最好的去噪方式是对不同的干扰波采取不同的去噪方法，并且注重叠 前去噪。但在实际应用中，常用的一些去噪方法均属于“乘加”法。无论如何 使用这些方法，都会损伤有效波，并且总有一部分假信号被保留下来，并不能 把干扰波的能量从数据中去除，而只能把干扰波的能量“分配”到相邻的道上， 不能确保振幅的相对关系是否被破坏。因此，目前国内外很多专家都认为，去 噪最彻底的方法是“减去法，去噪方法的发展趋势是研究并发展叠前保真去 噪技术和减法去噪技术。总之，地震资料去噪处理是一项系统工程，需要人们 根据噪声的具体特征，采用合理、科学、有针对性的去噪方法和技术，才能取 得实质性的成效。 去噪技术逐步向保真化方向发展。特别是目前较为先进的处理软件中的叠 前去噪技术以尽可能少地损失有效信号为目标，这些叠前去噪方法，大多数都 是根据噪声的特征从数据中检测出噪声，并从原始数据中减去噪声或衰减噪声， 以增强信号。这些压制噪声的方法具有较好的信号保真度。 在叠日口处理中，要根据资料的具体情况和要求，选择最适当的去噪方法， 这种去噪处理要以不损害有效反射振幅的相对关系为前提f 8 】，这也是今后研究 叠自玎去噪方法努力的一个方向。 第三章弹件参数反演对叠前数据的耍求 第三章弹性参数反演对叠前数据的要求 最初的波阻抗反演均基于零炮检距数据模型，利用叠后数据的振幅信息反 演阻抗值，因此对叠加振幅值相对关系保持有很高的要求；在求反射系数时， 为了保障用反褶积处理求出的反射系数准确，且分辨率又高，因此希望剩余子 波具有零相位性质。然而，反射系数与入射角有关，即与炮检距大小有关，这 一因素在上述的波阻抗反演中并未考虑，但a v o 分析从佐布里兹方程出发【1 8 1 ， 考虑了这一因素，从而将零炮检距限定拓宽到了含炮检距参数，把反演从叠后 数据拓展到了叠前数据。在佐布里兹方程中，当一个纵波入射到地层分界面时， 将产生反射纵波、反射横波和透射纵波、透射横波，这就使我们有可能得到纵 波速度v p 、横波速度v s 以及泊松比6 等参数，从而扩大了应用领域。但是由 于这些反演方法应用的是叠前数据，所以提高叠前数据的信噪比就成为推广应 用这项技术的关键。此外，为了减少或消除反演的多解性，必须对波阻抗及叠 自仃处理过程每一步骤的振幅相对保持进行恰当的评估，例如，从地震信息、地 质信息、f 演模型等多个方面进行监测和评估。 3 1弹性参数反演的基本原理 a v a 约束的稀疏脉冲联合反演技术( 应用开发) ：该技术在近、中、远部分 角道集叠加的基础上，应用不同角度范围的弹性阻抗曲线进行子波提取，应用 稀疏脉冲最小目标函数迭代算法，同时输入近、中、远部分叠加地震数据和对 应的子波及测井约束的纵横波速度和密度数据，应用a k i - r i c h a r d s 三项式或 k n o t t z o e p p r i t z 方程来求解各种弹性参数，同时输出纵、横波阻抗、密度和 纵横波速度比等反演数据体。结合上述测井资料的岩石物理模拟的结果，通过 弹性参数的综合分析来识别有利储层及流体的分布。 a v a 约束的稀疏脉冲弹性参数反演是对每一地震道在下列约束条件下的最 优化求解过程，使最小目标函数的综合误差最小。 最小目标函数： f 讹州咄y 坩。坩。州c 七f d 七f 。p a t t a l 七f g r d n+ f m h 妇k 0 一、i ) 所给的约束为： 1 4 中国石油人学( 华东) 工程硕f j 学位论文 v p t ( 下限) v v p l ( 上限) k ，( 下限) k k ，( 上限) p ( 下限) p 1 2 求加权曲线( f ，) ： 舻p 力似“f ，。糍鬻； 式中，坑( f ，) 1 ；a 为定义的衰减系数，a ( 1 t h r ，1 ) 4 4 3 噪声的衰减与信号重构 在 一x ) 域，对地震记录进行加权： x f k ( i ，) = z ( f ，j ) e ( f ，) 对所有频带处理后的数据进行合成，得到最终的输出x ( f ，) ，即 她歹) = x 2 ( i ，歹) 膏= 1 ( 4 2 0 ) ( 4 2 1 ) x ( x ，) 为去噪后的结果。 通过上述方法的介绍与讨论，可以得到以下几点结论： 1 分频处理的思路可以应用到压制噪声、提高信噪比的处理中，由于信号 和嗓声在不同的频段内表现出不同的特征，可以有针对性地设计方法增强信号， 或者是压制噪声；另外，可根据噪声分布的强弱，决定每个频段的处理力度， 3 0 中困石油人学( 华东) t 程硕十学位论文 没有噪声的频段可以不处理，这有利于信号的保真； 2 这里讨论的方法主要是针对强能量干扰而言的，通过这项处理后，可以 改进后续处理的效果，并为形成叠前去噪的配套技术系列增加了不可缺少的内 容； 3 任何一种方法都有其局限性，当地震数据中干扰波的道数超过所统计道 数的一半时，会造成干扰波检测的困难，尽管通过调整加权系数矽，可以使中 值落在信号区，但其效果仍将受到较大的影响。 第五章去噪效果及振幅信息监测方法 第五章去噪效果及振幅信息监测方法 近地表条件的变化和采集过程中各种复杂因素的影响，使得我们获得的地 震记录中存在多种类型的干扰波，这些干扰的存在降低了地震记录的信噪比， 影响着数据处理的整个过程，限制了地震剖面质量的进一步提高。要想获得较 高质量的叠自仃道集，就必须提高地震资料的信噪比。因此，有效压制地震记录 中的噪声是资料处理工作中最基础也是非常关键的问题之一。根据东部地区不 同数据上的噪声类型及表层条件对地震反射波的影响，结合现有的处理技术针 对东部地区的噪声特点进行去噪处理【1 1 1 。其中包括自适应面波压制、叠前线性 噪声的去除及叠前随机噪声衰减等方法【1 4 l 。这些方法在实际数据的处理中都见 到了很好的处理效果。 5 1 叠前去噪及处理效果 围绕某油田某三维区块进行叠日订处理，通过o b c 处理后的单炮记录基本消 除了海水鸣震形成的多次波，对炮集、共检波点集等原始资料进行分析，发现 存在以下几种类型的噪声。 5 1 1 强能量噪声的剔除 在共炮集、共检波点集内分析，通过多域分析强能量噪声类型和分布规律， 根据其特点采用不同方法将其从原始记录中剔除。如图5 一l 所示，在检波点域 内通过分析强能量噪声的分布和类型，将噪声归纳为以下四种类型。左上为高 频噪声，右上为强能量规则干扰，左下为强能量随机噪声，右下为异常野值等 四种类型。 3 2 中同“油 学( 毕东) i 程碗f 学位论丘 凹5 - 1 ， 检波点域噪声类型 不l f 常炮和逍的振幅，以及采样点“野”值，与正常的样点值的幅度一般 相差几个、几十个数量级以上，以叠加或其它处理手段是无法使它消除的。一 个坏的样点值可能影响大片，至少是一个排列范田之内，处理的办法就是认 真挑出柬，然后把它剔除掉。如不加以处理，受噪声的强能量二f 二扰，有效信号 能量将无法恢复出来。 在共检波点集内作自相关函数统训分析【l i ，通过自相关函数选出坏检波点 道集，删除整个共检波点道集。图5 2 是不同检波点线自相关函数中坏榆波点 及所刘应的坏检波点道集。图5 - 3 是经过删除强能量干扰前、后叠加纯波剖面 x , i t l ，图左未删除强能量干扰的叠加可以看出剖面上有强能量野值出现，图 有删除强能量r 扰的叠加，可以看出剖面上强能量野僮被剔除。 # i 女* 振幅1 j 自，b 4 i 镕 蚓s 一2 检波线白相芙函数中h 、道厦对应的坏检波点道集 i f i 。一。：。一。i _ _ _ “h 日- _ _ _ _ _ 一 目 l 鬻；! i _ ；| | l ! | i ；謦；攀i 羔薹釜：娄 幽5 - 3 强能甜雌声j 1 三制前( 左) 后( 矗) 叠加剖面对比 十目，m 学( # 东) t “- 学位论 51 2 自适应面波压制 存靠近炮