匹配滤波技术在滩浅水地区三维地震资料采集中的应用

匹配滤波技术在滩浅水地区三维地震资料采集中的应用

1地震资料特征差异在地表条件复杂的地区，通常需要使用各种震源、仪器和接收设备一起采集地震数据。这必然导致了地震波的大不同，并很大不同地收集的地震反射数据的振幅（能量）、频率和相位的性质。上述特征差异会造成相关时移误差、静校正失效、速度谱及叠加波形失真,从而无法直接根据反射波场的动力学特征进行储层反演和油气预测。因此在地震资料处理中,要对炮点和检波点进行一致性处理,以消除炮点和检波点的差异,为储层反演、地质解释和油气预测提供可靠的资料2匹配滤波技术以往在消除不同震源或不同记录系统所采集的地震记录的差异时,通常使用子波整形来校正震源信号,以消除记录系统对信号的影响,使信号在工区内可以连续对比。子波整形主要采用褶积模型和维纳滤波,可以在限定信噪比范围内,用一个更理想的子波代替一个已知的嵌入子波,但满足此法的要求十分苛刻(1)在不同震源地震资料衔接段要有可靠的子波;(2)衔接段地震资料要有较高的信噪比。(3)要求同时满足子波最小相位、子波时不变及反射系数序列是白噪声的假设。鉴于上述情况,故文中用匹配滤波技术代替子波整形来达到消除反射时差、整形地震子波的目的。匹配滤波技术具有如下优点:(1)匹配滤波处理不需要地震子波已知;(2)匹配滤波处理不存在子波最小相位假设和反射系数序列是白噪声的假设。匹配滤波方法的实质可以这样来理解:如果有两种不同子波的记录,它们的子波都是未知的,整形滤波的目的就是将一种子波的记录改造成另一种子波的记录,而匹配滤波处理的目的是在两种不同子波的衔接处求取匹配滤波算子。实现过程如下:通过反褶积方法求取同一位置的两个记录A和B的匹配滤波算子(自相关为其中一个记录的自相关,而不是子波自相关,期望输出为另一个记录,而不是尖脉冲),再把匹配滤波算子作用于A(或B),使A(或B)经匹配滤波后逼近B(或A)。匹配滤波处理既可用于叠前资料,也可用于叠后资料。2.1滤波算子mi(t)作用叠前匹配滤波要求输入具有较高信噪比的炮集记录(可以是相同排列、不同震源的试验炮集或是相邻的不同震源的两个炮集)。假设两个炮集分别为气枪震源和炸药震源其中:i为道号;N为炮集中的道数。令xi(t)和z,(t)的炮检距相同,则xi(t)和zi(t)表示不同震源在同一排列接收的两个地震记录。设计一个叠前匹配滤波算子mi(t)作用于地震道xi(t),使xi(t)经叠前匹配滤波后逼近地震道zi(t)。假设叠前匹配滤波器的实际输出xi(t)*mi(t)与期望输出zi(t)的误差为e,(t),则有总误差能量为应用最小二乘法原理,令总误差能量E对mi(t)的偏导数等于零,即可以得到求解叠前匹配滤波算子的托布里兹矩阵方程式中:Rxx表示输入道Ii(t)的自相关函数矩阵;M为叠前匹配滤波算子向量;Rzr表示期望输出道zi(t)与输入道xi(t)的互相关函数向量。式(4)的矩阵形式为求解式(5)的托布里兹矩阵方程,可以得到气枪震源第i道的叠前匹配滤波算子mi(t)。选择相关性好的、由信噪比较高的地震道计算出来的N个算子进行平均,就得到叠前匹配滤波算子再将叠前匹配滤波算子作用于气枪震源的所有地震道,便完成叠前匹配滤波处理。设气枪震源地震记录为x(t),炸药震源地震记录为z(t),则如果xi(t)和zi(t)在目的层段具有较高的信噪比,则经过叠前匹配滤波处理后的xi(t)的振幅、相位和波形都与zi(t)接近。2.2气枪震源叠加道在经过叠前匹配滤波处理后的叠加剖面上,如果在不同震源衔接处还存在拼接问题,则可通过叠后匹配滤波来解决。在水平叠加剖面上的不同震源激发记录衔接处,选取CDP号相同、且具有较高信噪比的两段叠加道,即其中:N为叠加段的道数;xi(t)为气枪震源的叠加道;zi(t)为炸药震源的叠加道;i为CDP号。令xi(t)为输入道,zi(t)为期望输出,按式(1)～式(6)的方法求出叠后匹配滤波算子,再将此滤波算子作用于气枪震源的所有叠加道,便完成叠后地震资料的匹配滤波处理。如果xi(t)和zi(t)在目的层段具有较高的信噪比,则经过叠后匹配滤波处理的xi(t)的振幅、频率和相位都与z,(t)接近,从而使得水平叠加剖面上不同震源衔接处的地震记录就能较好地拼接起来。由于匹配滤波技术可以将一种震源的地震记录转换成另一种震源的地震记录,因此经过叠前和叠后匹配滤波处理后,不同震源衔接处地震记录的振幅、频率和相位都能得到较好匹配,深浅层的反射波数据都能较好地拼接。3匹配滤波前、后的对比笔者根据匹配滤波原理开发的交互匹配滤波软件包对滩浅海地区三维地震资料(由炸药和气枪两种震源所采集)进行了处理,得到了较好的效果。图1为匹配滤波前、后的共CDP道集。由图1可以看出,匹配滤波前炸药震源资料和气枪震源资料的相位不一致,同相轴间存在时差(图1a)。经匹配滤波后地震子波得到整形,消除了两种震源的同相轴间的时差(图1b)。图2为匹配滤波前、后的拼接叠加剖面。由图2可以看出,匹配滤波前的拼接剖面上存在明显的拼接痕迹,两边的频率不同,同相轴间存在时差(图2a)。经匹配滤波后,消除了同相轴间的时差,剖面信噪比提高,不同震源衔接处地震记录的振幅、频率和相位都能得到较好的匹配,深浅层的反射波数据都能较好地拼接(图2b)。4匹配滤波技术的应用在地表条件复杂的地区进行地震勘探时,因激发震源、检波器以及表层岩性的不同会引起较大的子波差异,反射资料品质较低。用匹配滤波技术对地震资料进行一致性处理后,地震子波得到整形,消除了炮点