井地聯合地震數據反褶積

蔡志東 劉聰偉 王 勇 鮮 強 王 沖

（①東方地球物理公司新興物探開發處，河北涿州072751；②東方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

·處理技術·

井地聯合地震數據反褶積

蔡志東*①劉聰偉①王 勇②鮮 強②王 沖①

（①東方地球物理公司新興物探開發處，河北涿州072751；②東方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

常規地面地震反褶積通過試驗確定反褶積算子，由于受數據驅動的影響，存在一定的不確定性。為此，基于井地聯合地震數據，提出一種任意激發點和接收點平均計算獨立算子的兩步法反褶積方法，利用井中地震數據提取反褶積算子，對地面地震數據進行反褶積，有效地壓制了多次波、改善了子波形態，在實際地震數據處理中取得了很好的應用效果。

井地聯合 VSP 數據處理 反褶積

1 引言

反褶積是地震資料處理中常用的方法，同時也是關鍵處理步驟之一。通過反褶積算子的提取和應用，達到改善地震記錄的子波形態、壓制多次波的目的，從而改善縱向分辨率，得到更加真實的地下反射系數序列［1］。

目前在地震數據處理中，基本的反褶積方法包括脈沖反褶積、預測反褶積［2］、兩步法反褶積［3，4］等。隨著高精度油氣勘探技術的快速發展，高分辨率的地震處理和解釋技術不斷被提出，出現了很多創新或改進的反褶積算法［5-8］，卻鮮有求取更真實反褶積算子的方法。

可靠反褶積算子的提取是地震資料處理中的一個難題，目前反褶積算子受數據驅動的影響，主要依靠數學方法估算，存在不確定性。在復雜構造地區往往精度較低，難以達到壓制多次波、改善子波形態和提高分辨率的目的，影響層位的識別和構造解釋。

眾所周知，垂直地震剖面（VSP）方法在反褶積處理中獨具優勢［9］，這是因為在垂直地震數據采集中，可同時接收上行波和下行波，在反褶積時，可以利用下行波提取算子對上行波進行反褶積［10］。因此垂直地震剖面處理通常能夠得到較好的反褶積效果。

井地聯合地震采集方法是將地面地震和VSP的觀測系統相結合，同時采集地震數據的一種方法［11，12］。基于井地聯合地震數據，發揮 VSP和地面地震的反褶積算法中各自的優勢，獲得可靠反褶積處理結果，對于高分辨率地震勘探具有重要意義［13］。

2 方法原理

2.1 兩步法反褶積

傳統的兩步法反褶積主要分兩個步驟：①在共激發點道集上進行多道統計子波反褶積，消除激發點對子波的影響；②在共接收點道集上進行多道統計反褶積，消除接收點上子波的差別［3］。假定反射系數是白噪聲，在最小平方準則下求解。地震模型為

式中：x為地震記錄；b為地震激發子波；r為反射系數；g為接收點的濾波因子；*為褶積符號。

式（1）中b和g兩個算子通過數學統計估算。處理中利用同一個算子進行多道反褶積，雖然有益于增強處理后波場的橫向連續性，卻不能代表真實的地質情況，因為實際上各道的子波并不相同，它受到激發點及檢波器附近地表條件的雙重影響［4］。對于井地聯合地震數據，提出一種任意激發點或接收點平均計算獨立算子的兩步法反褶積方法，即

式中：x ij為第i炮第j道的地震記錄；si為第i炮激發的地震子波；rij為反射系數；g j為第j道接收點的濾波因子。

2.2 VSP反褶積算子提取方法

首先利用VSP振幅補償進行振幅恢復，然后利用波場分離將VSP數據中下行波和上行波分離，將下行波數據沿初至拉平、疊加，得到一個單道子波數據，該數據即為VSP反褶積算子d。

2.3 反褶積算子替換

傳統的VSP子波替換法主要是利用單一的VSP反褶積算子進行地面地震反褶積算子的匹配［14-16］，而本項研究基于特別設計并采集的井地聯合地震數據，在地面地震激發位置和接收位置均有VSP的激發點相對應，因此地面地震中第i炮位置總是存在VSP反褶積算子d i，同時第j道接收點位置也存在VSP反褶積算子d j，以d i和d j替換式（2）中的si和g j，得到

由于d i和d j已由VSP方法精確求出，而x ij已知，故可求出反射系數rij，完成兩步法反褶積。

3 模型試驗

為了驗證方法的可靠性，建立二維模型并對模型數據進行處理，試驗內容包括模型建立、觀測系統確定、地震數據正反演等。

3.1 模型建立及觀測系統定義

模型中井位于模型中部，如圖1所示，模型共分為4層，自上而下速度依次為1800、2000、2200、2400m／s，模型分為左右兩部分，左側各層深度分別為30、60、1000、1500m，右側各層深度分別為50、100、1000、1500m。淺部兩層左右兩側深度不同，在井附近采用了線性過渡。

圖2為觀測系統圖。激發點置于地表，范圍為-1000～1000m，激發點間隔為100m，激發點數共計201個。接收點分為兩部分，地面部分與激發點位置完全重合，井下部分范圍為0～1500m，接收點間隔100m，接收點數共計352個（其中井中151個）。A點和B點為處理過程中兩個試驗點。

圖1 速度模型

圖2 觀測系統圖

3.2 僅地面檢波點接收的模型正反演

當不考慮井中接收時，觀測系統僅為地面激發點和接收點，模型正演得到傳統的地面地震數據，圖3為圖2中A點對應的共接收點道集，其中白色虛線表示井的位置。圖4為圖2中B點對應的共激發點道集。比較兩圖可知，在0.9～1.2s之間兩個道集均觀察到了上行多次波，但多次波成分有明顯的差異。

基于所得到的模型數據進行地震數據處理。圖5為反褶積前的疊加剖面；圖6為反褶積后的疊加剖面。對比兩圖可以看出，反褶積后多次波得到壓制，但仍有少量殘余（圖6）。

圖3 圖2中A點對應的共接收點道集

圖4 圖2中B點對應的共激發點道集

圖5 反褶積前疊加剖面

圖6 反褶積后疊加剖面

3.3 利用VSP反褶積算子的模型正反演

當僅考慮井中接收時，觀測系統為地面激發點和井中接收點，相當于 Walkaway-VSP觀測方式，模型正演得到VSP地震數據。圖7為圖2中A點位置的VSP記錄。圖8為圖2中B點位置的VSP記錄。由圖可見VSP下行波及多次波，亦可見上行波及多次波，且兩張記錄中多次波存在明顯差異。

對VSP數據進行振幅衰減補償、波場分離等處理，分別得到A點和B點的下行波波場，如圖9和圖10所示。進而拉平數據，疊加得到反褶積算子，如圖11所示，其中第1道為A點反褶積算子，第2道為B點反褶積算子。基于本文所研究的兩步法反褶積方法，將兩個算子應用于最終井地聯合反褶積中，得到如圖12所示結果。與圖6相對比，可見多次波壓制徹底，取得了較好的反褶積結果。

圖8 圖2中B點位置的VSP記錄

圖9 圖2中A點位置的VSP下行波波場

圖10 圖2中B點位置的VSP下行波波場

圖11 圖2中A、B點位置的反褶積算子

圖12 井地聯合反褶積疊加剖面

4 實例分析

中國西部A區位于沙漠腹地，地表環境以起伏沙丘為主，工區內最大高程差接近100m，且大部分區域沙層厚度超過200m，深部地層中存在一套強反射煤層；從以往資料看，該區域地震資料存在較強多次波，其多次波來源于低速沙層底界面，同時由于煤層的屏蔽作用，深部特征不清晰。

2013年，通過系統的設計論證及參數試驗，采集得到完整的井地聯合地震數據，分別進行了常規反褶積和井地聯合反褶積，如圖13和圖14所示。對比兩圖可知，井地聯合反褶積較好地壓制了全程多次波，煤層以下深部地層波阻特征更加清晰。

圖13 常規反褶積疊加剖面

圖14 井地聯合反褶積疊加剖面

5 結論

（1）井地聯合方法可以獲得精確的反褶積算子，進而有效地壓制多次波、改善數據頻率特征，為后續的資料處理奠定基礎。

（2）井地聯合地震處理成果數據信噪比和分辨率更高，可以很好地滿足地質構造和巖性解釋的需求。

（3）井地聯合地震數據采集比單純地面地震采集成本高出約15%～20%，適宜在地表情況復雜或多次波發育的地區進行勘探。

（4）在井地聯合反褶積前，應對地面地震數據進行地表一致性子波處理。

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10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.002

蔡志東，劉聰偉，王勇，鮮強，王沖.井地聯合地震數據反褶積.石油地球物理勘探，2017，52（1）：8-12，26.

1000-7210（2017）01-0008-05

*河北省涿州市東方地球物理公司新興物探開發處，072751。Email：caizhidong＠cnpc.com.cn

本文于2016年5月19日收到，最終修改稿于同年11月11日收到。

本項研究受“十三·五”國家重大專項課題“隨鉆地震波測量技術與裝備研制”（2016ZX05020005-001）資助。

（本文編輯：金文昱）

蔡志東 高級工程師，1978年生；2002年和2005年分別獲得中國地質大學（北京）地球探測與信息技術專業學士學位、碩士學位；現就職于東方地球物理公司，主要從事井中地震方法研究、VSP數據處理解釋及應用軟件開發等。