随着高效采集的发展及人们对环保的要求越来越高,可控震源作为一种高效、环保、相对经济的勘探工具应用越来越广泛,零相位资料的小相位转换处理是可控震源资料处理中必不可少的部分。在可控震源资料的处理过程中,需要经常考虑到可控震源资料小相位转换的问题。在一些资料书籍和处理人员的认识中,对于零相位资料小相位转换存在较大争议,比如:用设计扫描信号对经过大地吸收后的地震记录做互相关,地震资料的相位还是不是零相位;针对设计扫描信号的小相位转换因子,对经过大地吸收后的地震记录做小相位转换有没有影响;在资料处理环节中什么时候应用小相位转换最合理等^[1,2]。文中以柴达木盆地平台地区为例,应用GeoEast地震资料处理系统,针对以上这些问题进行了分析,提出了解决方案,获得了较好的效果。

通常,在不考虑大地吸收的情况下,人们认为可控震源相关后记录是零相位的,但由于受大地吸收的影响,设计的扫描信号和接收到的经过大地吸收后的扫描信号互相关子波还是不是零相位子波?为了验证这个问题,选取了一个可控震源相关前的单炮记录数据及其扫描信号,通过子波模拟的方式来分析大地吸收对可控震源资料子波的影响:图1a是设计的可控震源扫描信号,图1c是该扫描信号的频谱,图1d是使用该扫描信号激发的相关前单炮的频谱;那么图1d频谱的包络线可以近似的认为是频率域的大地吸收滤波曲线;在本文实例中,应用俞氏10~50 Hz带通滤波器曲线模拟它。用图1d模拟的大地吸收滤波曲线对扫描信号图1a滤波,可以得到经过大地吸收后的扫描信号图1b。

图2显示的是大地吸收滤波对相关子波相位的影响。图2a是图1a可控震源扫描信号的自相关子波, 图2c是图1b模拟的可控震源扫描信号经大地吸收后的自相关子波,毫无疑问,它们是一个以时间0轴对称的零相位子波;图2b是图1a与图1b的互相关子波,它同样是一个以时间0轴对称的零相位子波。因此,我们认为对可控震源相关前记录用设计扫描信号相关后,其相位仍然是零相位的。

根据前面的分析,可控震源相关后记录是零相位,因此存在以下问题:

1)炸药、可控震源资料联合处理时,两种激发方式获得的地震资料相位不统一,影响叠加效果,降低资料信噪比。

2)最小平方脉冲、预测反褶积算法要求输入地震子波是最小相位的,而最小平方预测反褶积基本是目前常规处理中不可或缺的处理方法。

目前对可控震源资料小相位转换的常用办法为:先根据理论扫描信号求出它的自相关子波;然后通过多项式求根法、最小平方法、希尔伯特变换法等求出自相关子波的小相位转换因子(即小相位转换因子是根据设计信号计算获得的),再对可控震源相关后记录与小相位转换因子褶积,得到小相位转换后的可控震源记录。

从图3可以看出:转换后的小相位子波主瓣不如零相位子波突出,能量衰减缓慢,分辨率变低;在实际资料处理中,我们是以理论的扫描信号计算小相位转换因子,由于大地的滤波作用,造成实际接收到的信号振幅谱变窄,应用理论扫描信号求得的转换因子进行小相位转换后,信号起跳点向前漂移,吸收越多,向前的时移越大(图2f、图2d相对于图2b向前漂移),因此,在实际资料处理中,浅层由于受大地吸收影响小,地震资料经过小相位转换后向前漂移少,越到深层,子波受大地吸收影响越大,子波向前漂移现象越明显。而理论上,零相位子波经过正确的小相位转换后起跳点位于0时间处。

图4是柴达木盆地平台地区可控震源资料小相位转换前后叠加剖面实例:对于0.9~1 s之间的基底低频反射同相轴来看,小相位转换后同相轴向前时移;0.8~0.9 s处的同相轴小相位转换后变弱,这是由于小相位转换后子波主瓣没有零相位子波主瓣突出造成的;在不考虑后续处理的情况下,在分辨率方面,零相位可控震源资料小相位转换后,分辨率并未提高。

在对可控震源资料的处理过程中,大家认为可控震源资料是零相位的,所以很多人一开始资料处理就对其进行小相位转换处理^[2],但从模拟的零相位子波小相位转换的过程中可以清晰看到,零相位子波主瓣比其小相位转换后的子波主瓣更加突出(见图3)。因此, 在叠前去噪处理中零相位子波比其转换后的小相位子波更有优势,例如在线性干扰压制方面零相位资料处理效果更佳(见图5)。

尽管人们认为零相位的资料不满足最小平方预测反褶积要求(输入时子波是最小相位的假设),如果对零相位资料直接进行反褶积,造成反褶积后输出的子波不是我们期望的最小相位子波。但很多时候对零相位资料处理时仍然使用预测反褶积,对零相位资料使用预测反褶积后在压缩子波方面效果仍然很好(见图6),反褶积后子波主瓣更尖锐,表现在地震剖面上就是地震反射同相轴明显变细。

在小相位转换与反褶积使用次序方面,一般认为预测反褶积是在最小相位的假设下才正确,对于零相位资料应当先小相位化,然后反褶积,但通过图6c、图6e的对比,我们认识到先做小相位化,再做反褶积和先做反褶积再应用小相位化,其结果一致。这并不是偶然现象,对于小相位转换与反褶积的应用不分先后次序这一特点,可以通过公式证明。最小平方法预测反褶积的数学模如下:

输入信号:x(t);设预测滤波因子:c(t)=[c(0),c(1),…,c(m)];期望输出:x(t+τ)(τ>0)。通过最小平方法,我们能推出预测反褶积的法方程系(推导过程见文献[2,3,4,5]):

∑s=0mc(s)rxx(s-j)=rxx(τ+j)。

解上述方程组,获得反褶积因子c(t),将方程写成矩阵形式:

rxx(0)rxx(1)…rxx(m)rxx(1)rxx(0)…rxx(m-1)︙︙︙rxx(m)rxx(m-1)…rxx(0)c(0)c(1)︙c(m)=rxx(τ)rxx(τ+1)︙rxx(τ+m)。

以上方程的系数矩阵左端由x(t)的自相关函数组成,中间的系数矩阵为预测反褶积因子,右边的系数矩阵是x(t)与期望输出子波的互相关,因此上述方程组左端及右端不管是零相位子波还是与其对应的小相位子波,根据相关运算的原理,它们的值是相同的;因此,一个零相位子波与其对应的小相位子波求出的反褶积因子c(t)是一样的,所以,对一个零相位子波直接进行预测反褶积,其结果与零相位子波小相位转换后做预测反褶积,只差一个反褶积前零相位到小相位的转换因子,对零相位子波反褶积后的结果应用其反褶积前对应的小相位转换因子进行相位校正,结果是相同的。图7是实际资料的处理效果对比。

对比零相位与小相位转换后做预测反褶积的结果(图6中的c和d的对比),零相位子波小相位转换后反褶积的子波更突出,旁瓣更小,衰减速度更快,因此分辨率更高;预测反褶积对零相位子波小相位转换中造成的主瓣不够突出得到改善,转换过程中产生的强尾波由于预测反褶积对鸣震压制效果而减弱,而零相位子波直接进行反褶积后只是子波主瓣变的尖锐,而分辨率不如对其小相位转换后再反褶积的效果好。

通过前面的分析,对于可控震源资料小相位转换过程中存在的问题得出以下结论:

1) 可控震源相关后记录是零相位的,但对可控震源记录使用由扫描信号求取的小相位转换因子进行小相位转换存在问题,由于大地的吸收作用造成转换后的小相位子波向前漂移;可以尝试在小相位转换之前应用反Q补偿等拓频手段,减轻大地吸收对子波的影响,使之与设计子波频宽接近后再转换,以减少子波向前漂移,在有井资料的情况下需要进一步的井控处理,以提高成像的精度。

2) 小相位转换在最小平方预测反褶积前后做效果一致,因此不要在资料处理一开始就做零相位资料小相位转换,可以先在零相位资料上做去噪、补偿等工作,然后再做零相位子波小相位转换处理。

3) 零相位资料小相位转换后,小相位子波不如零相位子波好,但零相位资料和转换后的小相位资料串用同样的预测反褶积之后,小相位资料要比零相位资料好,因此,尽管用扫描信号求出的小相位转换因子对可控震源资料进行小相位转换时会产生相位漂移现象,但对可控震源资料进行小相位转换处理仍是必要的。