地表一致性反褶积在高大沙丘地区的应用

于晓在 ,柴燚

摘要：在提高地震资料分辨率方面，反褶积技术是一个非常有效的手段，其重要性也是毋庸置疑的。反褶积方法包括子波反褶积、脉冲反褶积、串联反褶积和预测反褶积等多种类型。这种类型可应用于地球物理勘探、信号处理、医学影像等领域，这些方法各有其独到之处，也有其不足之处。在高效处理高分辨率地震数据中，因信号强弱、介质不均匀、硬件影响等条件限制，对于分辨率的处理存在一定难点，形成的数据对后续处理造成一定困难，且无法满足基本工作要求。本文探讨了地表一致性反褶积技术高大沙丘地区的应用和分析，并提出谱分析和谱分解的改进算法以提高处理效果。为验证改进算法的有效性，进行了大量实验测试，结果表明，与传统地表一致性反褶积方法相比，改进算法在沙漠地区高大沙丘地形的应用中具有更好的处理效果，表现为更高的信噪比和更清晰的地震剖面，该方法在塔克拉玛干沙漠地区的地震资料处理中取得了较好的结果。

关键词：地表一致性反褶积；分辨率；地震资料处理

人工地震勘探是现如今一种钻前勘探地下石油与天然气的常规手段，也是一种非常重要的手段，其原理是根据地下地下介质的物性参数的差异，如薄层厚度、密度、弹性等，通过建立观测系统对人工激发产生的响应进行分析，以推算出地下地层的构造形态、性质以及走向，此方法在煤矿与工程勘查、地质研究以及地壳研究等方面应用较为广泛。在实际的施工工程中，依照地质任务的要求，在地震资料处理工程中要在保证高信噪比的前提下，实现高保真度。根据实际的地质情况，由于激发条件与接收条件的不均匀行，还有近地表低降速带的影响，使得地震资料的信噪比和分辨率降低，同时造成反射波旅行时显著增大，低降速带厚度、速度都会沿测线方向发生改变，进而导致反射波时距曲线发生畸变。低降速带底部会有明显的速度突变，使地震射线出现剧烈弯曲，这些会造成最终剖面的准确性。这种变化可以通过地表一致性反褶积加以改善，同时也可以改善道集的同相性。

高分辨率地震资料的采集和归纳工作是地震勘探中关键的环节之一，它对于识别和定位油气资源、水资源、矿产资源等具有重要价值。在高分辨率地震资料处理工作中，需要考虑多个方面以确保信号质量和准确性，关键步骤是地震数据预处理工作，包括去除噪声、校正静态延迟、平衡记录、叠加成像等。这些步骤可提高地震资料的分辨率，从而使地质构造的识别和解释更为准确，在处理过程中，选择合适的参数和算法对于确保高质量地震资料的生成至关重要。地震资料的分辨率主要由信源特性、地震检波器性能、观测布设以及地层特性等因素共同决定，在其处理流程中，运用不同的处理方法对其最终的数据至关重要，而最为有效的改善手段之一则是反褶积技术，它能够消除地震波在地层中的传播效应，从而显著提升其空间解析度和时域分辨能力。反褶积的成果主要取决于模型设计与实际地震勘测数据的相符程度，这是该技术应用中非常重要的因素，必须在实践中加以重视和掌握。通过降噪、过滤、振幅恢复处理的地震记录作为反褶积算法的输入，可以进行谱分析、谱分解和算法设计等反褶积过程，最终应用反褶积算法对记录进行处理，达到地表一致性反褶积的目的。期间选取合适算法和参数的设置也同样重要，同时也要对反褶积结果进行实时监测和评估，以及根据实际情况对参数和算法进行调整是确保地震资料质量和准确性的重要环节。通过反褶积技术的优化应用，可以有效地降低地震数据中的噪声成分，提高地震信号的清晰度，这种技术还有助于揭示地下地质结构的更多细节，提高地震波在复杂地层中的识别率。

对塔克拉玛干沙漠地区某地震勘探区的资料情况进行了大量测试和对比，结果显示，通过选择地表一致性反褶积的方法、窗口长度、反褶积的步长和白噪声系数，通过地表一致性反褶积处理调整子波相位，对地形变化引起的轻微异同和相位偏移实施适度控制和优化，最终较大地改善了该探区地震资料的分辨率。更真实地反映了地下媒体的变化。

1.地表一致性反褶积的原理

地表反褶积的一致性是指在某个区域内，地层的反褶积现象具有相似的特征和规律性，包括反褶皱的走向、倾角、规模、形态等方面的一致性。该表反褶积的原理是通过地表褶皱形态的观察和测量，来推断地下地层的构造形态和性质，进一步达到消除激发点、接收点、共深度点（CDP）和炮检距离几个方向的滤波混合效果，求出相对平稳的反褶积因子。这些褶积记录了地震的幅度、振幅频率，相位的一致性更好，可以更好地提高叠加效果，因此对于这一探索的地震资料，我们选择地表一致性反褶积。

该方法的设置模式为：

(1)

在表达式中，表示地震记录，表示地震子波，表示反射系数，表示随机噪音。

在这里设置模拟条件，假设炮点i、接收点j为记录的地震子波

(2)

公式中表示与激发点位置i相关的子波分量，成为激发点项，表示与接收点位置i相关的子波分量，称为接收点项，

表示与共中心点位置相关的子波分量，是与炮检距相关的子波分量。

公式（2）的所表示出的四种定量分类统称为地表一致性反褶积在此种情况下的四种分量，对公式（2）进行傅里叶变换即可得到：

（3）

式中称、、、、为、、、、的傅立叶光谱，将光谱分为相位谱ψ和振幅谱A， 然后给出以下类型：

(4)

（5）

在公式中，是子波的振幅光谱。是子波的相位光谱。

此时，仅考虑振幅谱，将子波相位设置为最小值。可以取对数将振幅两边同时处理，这样得到的式子更加方便计算。

(6)

按照最小平方法，通过振幅谱表示的地震数据，若用展现，将振幅谱的计算结果用式6得出，那么误差的能量可以计算得出。

(7)

取每个分量的对数。

高斯-赛德尔迭代法，一个强大的数值计算方法，可精确的计算出四个成分的对数幅度谱，这个过程涉及到迭代求解线性方程组，以更好地了解频域特征。经过反对称转换处理，一个有效的信号处理过程，我们能得到这些成分的幅度谱，从而更好地展示信号在各个频率上的振幅分布。在地震逆向过程中，这种方法具有重要的实际应用价值，它允许我们计算出某个成分的反卷积系数，这是在满足最小相位子波假设的基础上进行的，最小相位子波假设意味着子波在特定频率范围内具有最小的相位失真，从而有助于提高反卷积的稳定性和准确性。在对地震道数据进行处理时，利用各自的反卷积系数对每个地震道的数据进行卷积操作，这个过程可以消除地震数据中的地表效应，从而实现地表一致性反卷积。这样的处理方式有助于提高地震数据的质量，为后续的地震成像和解释工作奠定良好基础。

2.地表一致性反褶积的主要参数设置

地表一致性反褶积的主要参数是相关窗口、预测步长和白噪声系数。

2.1手动相关时间窗口

在记录x（t）或对应的时域信号数据{}时，通过测量信号与其自身在不同时间延迟下的相关性来得到自相关函数。这个自相关函数反映了信号在各个时间点的波形相似度，其中幅值称为自相关系数。了解自相关性对于分析时间序列数据非常重要，尤其是在研究地震数据、经济数据等领域，有助于发现周期性规律和判断数据的平稳性等。

地震子波的识别与分析可以通过自相关计算来实现，这个过程需要将波形序列在特定的时间窗口内移动并进行求和。考虑到地震记录的自相关与地震子波的自相关存在正比关系，因此可以采用地震记录的自相关来替代地震子波的自相关。此方法为地震数据的处理和分析提供了方便，有助于揭示地震波在地球结构中传播的细节和特征。

从相关窗口中选择时，必须遵循以下原则：

（1）与自己相关时，窗口应与时间窗口匹配，并对称移动褶积输出。

（2）选择相关窗口和反褶积窗口时，需要考虑地层沉积年代和地震波特性

（3）为有助于提升地震子波分析的精度，并增强识别过程的稳定性，在选择相关窗口时，务必注意避开较强的直达波、折射波以及深部信号质量较差的区域，同时规避记录尾部出现的剧烈波动现象。

2.2阶段预测

理想条件下，通过浮动步长参数，在反褶积过程中控制输出图像的精细程度，以最小的间距作为基准时，能够获得最高质量的分辨率，步长越大，则分辨率越低。但是，当存在噪声时，反褶积输出的高频能量不仅包括有效信号，还包括噪声干扰的成分。导致分辨率降低，因此程序需要4-32ms。

2.3白噪声系数

在选择白噪因子的大小时，需要结合最初数据的信噪比进行适当选择，当信噪比比较高时，为保持数据的清晰度和准确度，则适合选择较低的白噪因子。

白噪系数助于平衡信号和噪声之间的影响，通过调整白噪系数，可以实现更精确的反演效果，并提高数据处理质量。因此，在地震勘探等领域中，白噪系数的应用越来越受到重视。当白噪声系数较大时，可以压缩较小的子波，但在较大的步态下，白噪声系数对反褶积的影响不明显。但是，在较小的阶段，必须认真考虑白噪声系数的大小，以最大限度地提高反褶皱效果。

3.数据使用分析

工具资料包括多个区块，由于不同区块之间的指标条件、施工方法、仪器原因及施工质量等不同，收集到的单炮资料的频率和信噪比也有差异。因此，要想获得叠后频率一致的效果，必须在叠前解决频率差异问题。区块接合处出现同相轴不连续的现象，不同区块间剖面存在质的差异。这将影响后续分析，影响分析质量。在叠前的资料中加入反褶积处理可以改善这种现象。但是，使用地表一致性反褶积方法可以有效的校正其叠前数据中的频率不一致性，提高地震资料的质量，叠后资料可以进行匹配。改善了区块之间的频率差，可以连续跟踪区块连接处的同相轴，大幅改善了剖面质量。

塔克拉玛干沙漠地区某工区内的地震勘探区地形起伏较大，不稳定性往往表现在低速层的速度和厚度常上，则出现地震子波的频率、振幅和能量分布等往往表现出差异，因此必须对子波进行反褶积处理，压缩地震子波，提高分辨率。

对比实验结果显示，当步长选择为16ms时，反褶皱效果较好，最终步长位置为16ms。

扫描白噪声系数为0.4的测试因子长度（120、160、200、240、280）

图1

图1显示了某测点地震单炮记录波形在不同因子长度条件下的单炮面貌比较。它在长度系数为160时最有效，因此最终长度系数为160。

图2

通过比较图2展示的一个测点地震单炮记录波形反褶积处理前后的振幅谱，可以得出结论。经过反褶积处理，单炮产生的地震波频带明显扩展，主频得到有效提高。

图3

通过对同一测量线在进行反褶积前和反褶积后进行叠加分析，可以得出图3的剖面面貌效果。由此可见，反褶积后的叠加剖面与反褶积前的叠加剖面相比，资料的信噪比和分辨率更高。地表一致性反褶积后，共中心点道集也大幅改善了同向性，其频率和相位的统一性能够得到有效提升，进而使两者之间更加契合一致。

4.结论

在地震勘探中，地表一致性反褶积是高效且正确处理地震资料过程中非常重要的一环，也是非常必要的一环，能够消除近地表因素对资料的影响，同时对于提高资料分辨率，提高一个整体频带起着非常重要的作用。在塔克拉玛干沙漠地震勘探区地震资料的处理中，选择合适窗口尺寸和步进参数有助于更好地提取地震信息，地表一致性反褶积可以展宽频宽，压缩地震子波，有效校正地震信号的相位谱，输出影像子波，可以将地震数据的分辨率和信噪比得到有效提升，为后续的地震解释和成像工作奠定良好基础。

致谢：感谢柴燚工程师对本文的指导。

参考文献:

[1]王浩、罗洪林、朱华、地表一致性反褶积方法分析及应用[A]。2012年蒙古石化工业

[2]安瑞峰、刘平、张旭，地表一致性反褶积在地震勘探中的应用及效果，地球物理学进展，2012

[3]
陈娟,赵玉华,肖群英,等.提高分辨率处理技术在苏里格气田西区的应用[J].石油天然气学报.2013,(11).DOI:10.3969/j.issn.1000-9752.2013.11.012.