地震信号能量均一化对成像精度的影响

地震信号能量均一化对成像精度的影响

20世纪90年代以前，还研究了重叠前时间偏移技术，但由于重叠前偏移机的大量重新启动成本，磁盘和硬盘容量的体积需要很大，因此重叠后偏移法在实际应用中是采用的。从90年代开始，随着计算机技术的发展，叠前时间偏移技术才逐步发展和应用。而且随着油田勘探开发的不断深入，常规的叠后时间偏移处理已不能满足现有的勘探需求。与此同时，为进一步发掘蕴藏在老资料中的地质信息，叠前时间偏移处理已开始大规模实行。目前主流的地震资料处理系统叠前时间偏移模块设计思想大同小异,只是实现方法有所不同。我们使用的处理模块以克希霍夫积分法为理论基础,是一种叠前的全偏移,适用于地层倾角大、构造复杂的地区。克希霍夫偏移的实质是沿绕射双曲线作振幅叠加。由此可知,地震信号能量的均一化和保幅处理对成像精度的影响极大。但在叠前时间偏移处理中，经常遇到却比较棘手的一个问题就是能量不均衡问题。采用地表一致性振幅恢复手段,主要包括球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿和剩余能量补偿等,以解决不同记录之间及同一记录内不同偏移距道集之间反射振幅的能量差异。一、振幅保持处理在地震勘探中，通过观测可以直接记录下来的最重要的参数是反射波的到达时间t和反射波振幅A。要利用反射波振幅信息就要充分了解影响反射波振幅的各种因素，以便从观测资料中消除各种干扰因素，使反射波振幅仅仅（或主要）反映要了解的地质因素。影响反射波振幅的因素是很多的，要消除这些因素的影响就要采用一些相对振幅保持处理方法。目前对数据振幅的处理方法很多，按其用途的不同大致可以分为两种：一种常常是为了地震资料的显示而加的，另一种是对地震波在传播过程中的能量损耗进行补偿。振幅补偿的方法，在应用软件包内统称为振幅增益处理。主要有球面发散补偿、地表一致性振幅补偿、剩余能量补偿、几何排列补偿、小波变换频率补偿等等。下面着重讨论球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿和剩余能量补偿三方面。二、基本原则和实施方法(一)几何扩散校正野外采集到的地震波,由于其能量的发散和衰减以及地层的吸收作用,导致地震波能量在纵向上表现为浅层能量强,中、深层能量弱;近炮点能量强,远炮点能量弱。这样不但不能真实地反映地下地质界面反射的强、弱,也影响了叠加成像、偏移归位的效果。为了校正能量的发散和衰减以及地层吸收作用的影响,一般采用球面扩散补偿，对数据加一增益恢复函数以校正波前（球面）扩散对振幅的影响。增益是一种时变比例，这种比例函数根据所期望的规则确定。这就是加一几何扩散函数g(t)，将它与在每一时间抽样上的道振幅相乘。而几何扩散函数g(t)依赖于与在特定测区一次反射波有关的平均一1次r波从概念上说，一个单炮可想像作一个点震源，它产生一个球面波场。地球对所传播的波场产生两个影响。在均匀界质中，能量密度衰减正比例于，这里r是波前半径。波振幅正比于能量密度的平方根，它随1r衰减。这对没有吸收的均匀界质是真实的。对于层状界质振幅近似地按减弱(Newman,1973)，这里t是双程旅行时。因此几何扩散补偿的增益函数表达式为式中：v(t)是在测量区域平均的一次反射（只反射一次）的均方根速度；v(0)是在特定时刻t(0)时的速度值。实际上速度常随深度增加，它使波前进一步发散，振幅也随距离衰减更快。其次原始震源信号的频率成分在传播过程中也以时变方式改变。实际上，高频比低频更快地被吸收，这是因为岩石本身的衰减。几何扩散校正不能像恢复低频振幅那样多地恢复高频振幅，因为高频遭受了较强的吸收。吸收影响必须用修改信号的振幅谱来消除，也就是使谱加宽。反褶积和时变谱加白可以达到这个目的的处理。(二)地表一致性振幅补偿为了校正能量的发散和衰减以及地层吸收作用的影响，对地震数据使用了球面几何扩散补偿。但是经过补偿的单炮横向能量变化较大,炮间能量变化也较大,导致初叠剖面上存在严重的横向不均匀性,反射波振幅特征不能充分反映岩性的变化。因此在流程中加入地表一致性振幅补偿,其目的是消除由于激发、接收以及地层各向异性等因素引起的各炮、各道间的能量差异。这两种振幅补偿结合使地震资料在纵、横向都得到了补偿。振幅补偿是高保真处理的关键,故一定不能使用不保幅的振幅补偿模块。地表一致性振幅补偿的主要思想是在给定的时窗内拾取计算统计数值作为振幅计量标准（拾取时为了使所拾取的参数准确，可以对输入的地震数据做适当的预处理），接下来用高斯-斯德尔方法将拾取的振幅分解为炮点项、检波点项、CMP项和偏移距项，最后在给定的时间窗口内对每一道计算和应用比例因子。这个比例因子是所有地表一致性振幅补偿的炮点项、检波点项和偏移距项的几何平均与每一道的炮点项、检波点项和偏移距项的比率。振幅计量标准有均方根振幅和平均绝对振幅两种，噪音类型决定了选择哪一个。通常使用均方根振幅标准，但是当有大振幅噪音时它的效果并不好。在这种情况下，在地表一致性振幅补偿之前要先做区域异常处理来除去大振幅噪音。平均绝对振幅标准受大振幅噪音的影响没有这麽大。均方根振幅比平均绝对振幅要花费更多的时间来计算，但是它更稳定一些，因为除了尖脉冲它对别的变量并不敏感。下面是有关均方根振幅和平均绝对振幅的计算方法：式中：t是窗口开始时间；N是窗口长度；j是从t开始到t+N结束的采样点；a(j)是采样点j的振幅。(三)剩余振幅分析补偿技术总的来说，对一些特定的道集类型（例如：偏移距、炮点、检波点）地震数据的振幅随着时间和偏离炮点的距离而减小。这种在时间和空间上的振幅衰减是波阵面扩散、传播损失、地层衰减、排列影响和其他一些复杂因素引起的结果。重要的是我们在研究数据的反射率变化之前要先校正这些影响。理论上来说，所有这些影响都可以建模并进行确定性的校正。然而实际上这种建模需要对地下有一个详细的了解和精确的速度信息。然而这个是不可能得到的。建模是对地层响应的一种简单考虑，它是不完全的。因此，结果往往要受到模型错误的影响。有一个进行确定性的振幅校正的方法，是用统计的方法来排除前面提到的一些因素引起的振幅变化。剩余振幅补偿技术得到并应用这种统计校正。称为剩余振幅分析补偿是因为数据主要的振幅衰减已经在前面的处理过程中得到校正，如通过球面扩散振幅补偿、地表一致性振幅补偿等技术。不论是在叠前随着偏移距还是叠后沿着一条线，应用剩余校正都不应该影响振幅特征。剩余振幅补偿技术主要用于补偿资料间的剩余能量差异。该技术基于统计方法，在分析步骤里通过在指定的处理域计算剩余能量补偿因子，输出一个文本文件，它包含成对的时间、RAC值和与它们相关联的抽道信息。而在应用步骤里输出的是以RAC值标定的振幅的地震数据，以消除各种异常因素引起的能量差异问题。前提条件是主要能量差异在前期处理已得到解决，如通过球面扩散振幅补偿、地表一致性振幅补偿等技术。应用方法：1、可用于叠前或叠后处理。2、可在需要的处理域进行分析、补偿。3、不需要预先在处理域进行排序。使用方式：单独分析剩余能量差异，求取剩余能量补偿因子。这种方式应用于存在异常振幅的资料中，可对剩余能量补偿因子进行编辑、调整。分析、应用同时进行。分析、求取剩余能量补偿因子后，直接应用到地震资料中。这种方式应用于低噪音的资料中，换言之，也就是在剩余能量补偿因子差异不会很大的情况下使用。只进行应用。已有合适的剩余补偿因子的条件下使用。三、能量一致性处理在地震资料处理中，时间（纵向）上的能量衰减和空间（横向）上的能量差异是客观存在的，如何解决资料处理中时间和空间上能量差异，保证叠前时间偏移成像的效果和精度，同时又要做到保幅或相对保幅，需要综合应用多种处理技术对叠前数据进行一致性处理，使道集满足叠前偏移要求。时间（纵向）上的能量衰减补偿采用球面扩散补偿技术和剩余振幅补偿处理技术；空间（横向）上的能量差异采用地表一致性振幅补偿处理。能量一致性处理基本原则是必须保证保幅或相对保幅；保证偏移成像效果和精度。在实际应用中能量一致性处理技术在胜利某探区取得了较好的处理效果。（一）强化内压电能量衰减补偿方式利用球面扩散补偿处理技术可以很好地解决地震波在传播过程中由于大地吸收所造成的深层能量衰减。球面扩散补偿中，常用的补偿方式有Geospred、Newman、Second＿order、Fourth＿order、Sixth＿order五种。其中newman方式较好，不同区块间，可根据实际情况调整time/vel对等参数。（二）表面迄今为止的最大振幅补偿消除各炮、道之间由于地表及接收条件的变化，造成的能量差异。全区地表一致性振幅补偿好于单块或单束线补偿。（三）能量一致性处理通过球面扩散补偿、地表一致性能量补偿等技术能基本解决资料间的能量差异。但由于叠前时间偏移对资料的要求较高，即使采取了一定的能量一致性处理技术，仍然存在偏移划弧的问题。在排除了速度不平滑等因素造成偏移划弧后，分析其叠加纯波，能量不均衡是引起偏移划弧的根本原因。从共偏移距剖面来看，也同样存在这一问题。四、振幅保持处理的依据地震波的振幅随着传播距离的增大而不断衰减，振幅的衰减既随传播时间的不同而变化，又随频率的不同而变化，高频成份比低频成份衰减得更快，使得分