高密度单点接收地震采集数据的处理方法讨论

doi:10.11720/wtyht.2021.1226

高密度单点接收地震采集数据的处理方法讨论

王飞^,, 孙亚杰, 裴金梅, 宋建国, 李文建

东方公司青海物探处,甘肃敦煌 736202

A discussion on the processing method of high density single point seismic acquisition data

WANG Fei^,, SUN Ya-Jie, PEI Jin-Mei, SONG Jian-Guo, LI Wen-Jian

Qinghai Geophysical Prospecting Division of BGP,Dunhuang 736202,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2020-05-11 修回日期: 2021-05-12

基金资助:

“十三五”国家重大专项课题“陆上宽频高密度地震勘探配套技术”. 2017ZX05018-003

Received: 2020-05-11 Revised: 2021-05-12

作者简介 About authors

王飞(1975-)男,高级工程师,2001年毕业于西南石油学院应用地球物理专业,现主要从事地震资料处理工作。Email: lwangfei@sina.com

摘要

在以往柴达木盆地地震勘探中,为了达到压制噪声的目的,常常是用大组合接收。但是随着勘探的深入,大组合的劣势逐渐显现。单检波器接收, 在数据后期处理过程中进行道组合,既能达到压制干扰的目的,又能消除大组合时道内静校正影响,有利于数据的分辨率、保真度和成像精度。本文结合盆地内尖顶山地区某条测线的数据进行了道组合处理、分析,探讨了在处理中进行道组合,完成野外检波器组合的功能的方法、流程以及应注意的问题,展示了道组合处理的效果。

关键词： 单点接收 ; 道组合处理 ; 处理流程

Abstract

In the past seismic exploration in Qaidam Basin,large combination receiving has been often used in order to achieve the purpose of suppressing noise.However,as the exploration goes deeper,the disadvantages of the big combination gradually emerge.The single detector receiver can combine the channels in the post-processing of the data,which can not only suppress the interference but also eliminate the influence of statics in the large combinations,which is beneficial to the resolution, fidelity and imaging accuracy of the data.Based on the data of a survey line in the area of the peak mountain in the basin,this paper deals with and analyzes the trace combination,discusses the method,process and problems that should be paid attention to in the process of the trace combination,completes the function of the field detector combination,and shows the effect of the trace combination treatment.

Keywords： single point reception ; path combination processing ; processing flow

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本文引用格式

王飞, 孙亚杰, 裴金梅, 宋建国, 李文建. 高密度单点接收地震采集数据的处理方法讨论. 物探与化探[J], 2021, 45(6): 1469-1474 doi:10.11720/wtyht.2021.1226

WANG Fei, SUN Ya-Jie, PEI Jin-Mei, SONG Jian-Guo, LI Wen-Jian. A discussion on the processing method of high density single point seismic acquisition data. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(6): 1469-1474 doi:10.11720/wtyht.2021.1226

0 引言

当前,地震勘探已进入面向地质目标体的综合地震勘探阶段^[1],地质目标趋于更复杂、地质需求越来越高,勘探开发对地震勘探数据的信噪比、分辨率、保真度和成像精度等提出了更高的要求,最为迫切需要就是提高地震勘探精度^[2,3,4]。在构造勘探时期奉为经典的大组合接收随着高密度采集技术的推广应用逐渐不再适用,另外随着野外施工物理点数增多,大组合接收施工难度大,勘探成本过大^[5,6,7,8]。

近年来青海探区进行了大量的单点检波器采集试验生产工作,截至2019年青海探区共完成了18个单点地震采集项目,单点数字检波器小道距、高覆盖、不组合的野外采集方式逐渐得到应用。

在地震数据处理中使用地震道组合的方法, 把单点检波器输出的信号组合叠加到一起,和采集时使用检波器面积组合相比,能够避免组合的低通滤波特性和大组合基距带来的地表静校正量致使信号发生畸变。采集时使用单点接收,每个单独的检波器接收到的信号单独记录,这种方法具有明显优势^[9,10]。

1 理论分析

1.1 道距与假频

地震波的传播,既有空间的变化,也有时间的变化^[9],用y(t,x)表示地震信号,其中t为时间变量,x为空间变量。则二维傅里叶变换为:

(1)

Y (f, k) = \int_{- \infty}^{\infty} \int_{- \infty}^{\infty} y (t, x) e^{- i 2 π (ft + kr)} d t d x,

式中:f表示频率,代表时间信号y(t)周期T的倒数,即f=1/T;k表示波数,代表信号y(x)波长λ的倒数,即k=1/λ。Y(f,k)即称为地震信号y(t,x)的频率—波数谱,简称频波谱或FK谱。通过FK谱转换,一些在时间—空间域无法分离的地震信号可以在频率—波数域区分开,由此为去噪提供了基础。

为了有效反射波不出现假频,1个视波长内至少应该有2个采样点,如果道距满足公式Bin_x≤ $\frac{V}{4 f_{\max} \sin θ_{\max}^{x}}$ ,则不会出现假频现象。其中,Bin_x为道距,V为视速度,f_max为反射的最高频率, $θ_{\max}^{x}$ 为地层最大倾角。

在实际地震采集生产过程中,有效反射由于视速度高,很容易满足不出现假频现象。但是低速的干扰波,目前的地震勘探方法很难控制假频出现^{[10,11,12,13,14]}。如图1所示,从柴达木盆地尖顶山地区某条测线单炮FK谱可以看出,即使是10 m小道距,低速干扰波也存在假频折叠,随着道距扩大,这种假频折叠逐渐严重,道距达到30 m时,这种折叠与有效反射混淆在一起,大道距产生的假频折叠现象对处理中的噪声压制非常不利。

图1

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图1 不同道距地震数据FK谱

a、b、c、d、e—道间距分别为10,20,30,40,50 m

Fig.1 FK spectrum of seismic data with different trace distances

a、b、c、d、e—the trace distance is respectively 10,20,30,40,50 m

1.2 道距与叠加的关系

道组合其原理与水平叠加是相同的,参照多次叠加的特性做如下假设,需要组合的每一组数据组内有效波在波形和能量上是相同的,只考虑反射时间的差别,公式推导如下^[15,16,17]。

设动校正后剩余时差为零的振动函数为f(t), 频谱为g(jω), 则动校正后剩余时差为Δt_i的振动函数为f(t-Δt_i)。就是说动校正后各道波形分别为:f(t-Δt₁),f(t-Δt₂),…,f(t-Δt_n), 则水平叠加输出为:

(2)

f (t) = \overset{n}{\sum_{i = 1}} f (t - Δ t_{i}),

其道组合后的频谱为:

$\begin{array}{l} G (j ω) = g (j ω) e^{- j ω Δ t_{1}} + g (j ω) e^{- j ω Δ t_{2}} + \\ \dots + g (j ω) e^{- j ω Δ t_{n}} = g (j ω) \overset{n}{\sum_{i = 1}} e^{- j ω Δ t_{i}} \end{array}$

如果令

$K (j ω) = \overset{n}{\sum_{i = 1}} e^{- j ω Δ t_{i}}$

则有

(3)

G (j ω) = K (j ω) g (j ω) 。

上式表明道组合相当于一个线性滤波器,对波形的改造作用可以用K(jω)反映出来, 即K(jω)的模K(ω)反映了多次叠加的振幅频率特性:

(4)

K (ω) = \sqrt[]{{(\overset{n}{\sum_{i = 1}} \cos ω Δ t_{i})}^{2} + {(\overset{n}{\sum_{i = 1}} \sin ω Δ t_{i})}^{2}} 。

对反射波来说, 最理想的情况是它的剩余时Δt_i差为0, 则K(ω)为n, 表明组合后反射波增强了n倍; 对于其他干扰波,Δt_i不为0,K(ω)一定小于n,则组合对于干扰波起到相对削弱的作用。

为了便于分析不同组合道数的垂直叠加效果,把K(ω)除以组合次数n, 即得:

$\begin{array}{r} p (ω) & = K (ω) / n \\ = \frac{1}{n} \sqrt[]{{(\overset{n}{\sum_{i = 1}} \cos ω Δ t_{i})}^{2} + {(\overset{n}{\sum_{i = 1}} \sin ω Δ t_{i})}^{2}} \end{array}$

进行组合时,Δt_i可用正常时差表示:

(5)

Δ t_{i} = \frac{x_{i}^{2}}{2 t_{0} v_{d}^{2}}

式(5)中,有效波反射时间t₀取0.8 s,动校正速度v_d取2 000 m/s,道间距离x_i和时差Δt_i关系如图2所示;有效波波至时间t₀取0.8 s,道间距离x_i取值为30 m,则道间时差Δt_i与动校正速度v_d关系如图3所示。

图2

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图2 道间时差与道间距的关系

Fig.2 Relation between trace time difference and trace spacing

图3

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图3 不同动校速度与时差关系

Fig.3 Relation between different NMO speeds and time difference

观察图2、图3,可以得出以下两点结论:①随着组合道数的增加,正常时差对组合的影响也增大;②动校正速度减小,正常时差对组合的影响增大。

2 处理流程

通过前面分析得知,小道距在压制视速度较低的噪声有明显优势。在做道组合时,每一组的道内时差也对组合效果有很大的影响^[18]。

高密度单点接收地震采集数据处理的基本思路是:首先要分离线性噪声和消除野外静校正对数据的影响;其次,做好动校正;最后,进行道组合处理。这样就能够充分利用小道距压制低速噪声,有效压制线性噪声,消除组合道道间时差对信噪比的影响,达到最优组合,其具体流程如图4。

图4

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图4 处理流程

Fig.4 Processing flow chart

3 处理效果

柴达木盆地尖顶山地区开展了单点检波器和常规检波器的对比试验,采用了单点SG5、单点SN5、常规SN8-10 Hz这3种型号的检波器,其中SG5、SN5检波器道距10 m,SN8-10 Hz检波器“口”字组合,道距30 m,3种检波器并列布设。采用可控震源激发,3种检波器同时接收。本文选择SN8-10 Hz和SG5两种检波器接收的数据处理分析。

从单炮数据上看,常规SN8-10 Hz 10个检波器面积组合压制噪声效果好,比SG5单个检波器接收的数据信噪比高(图5)。

图5

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图5 不同检波器接收的单炮记录

a—常规检波器数据;b—单点检波器数据

Fig.5 Single shot records of different reception

a—conventional geophone data;b—single-point geophone data

该条测线设计面元为15 m,故在处理过程中需要对10 m道距数据进行道组合,使组合后道距为30 m。由于小道距有利于干扰波的分离与压制,在处理过程中,做了先组合再去噪和先去噪后组合试验。通过试验结果看,先去噪再组合去噪效果明显优于先组合再去噪,特别是对于低速干扰压制尤为明显(图6)。

图6

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图6 去噪后单炮

a—先组合后去噪;b—先去噪后组合

Fig.6 Single shot after denoising

a—combination before denoising;b—combination after denoising

通过前面分析,低降速带厚度或横向速度变化都会造成微小的静态时移, 该时移会影响到处理中道组合的效果,因此组合前要做静校正处理。

通过图7可以看出,静校正前后道集同相轴连续性有一定影响,静校正后同相轴更连续,一致性也明显变好,更有利于道组合时同相叠加。

图7

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图7 组合前道集

a—静校正前;b—静校正后

Fig.7 Assemble the preceding trace set

a—before statics;b—after statics

道集动校正,会最大限度减小道间时差(图8),能够提高组合的同向叠加效果。通过试验对比, 先做动校正再组合,其同相轴更连续,信噪比较高, 组合效果比先做组合再做动校正好(图9)。

图8

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图8 动校正前(b)和动校正后(b)道集

Fig.8 Trace set before(a) and after(b) NMO

图9

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图9 动校正后道集

a—先做动校正再组合;b—先组合再做动校正后

Fig.9 Tracer set after NMO

a—NMO first;b—combination first

由叠加剖面对比分析,先做静校正和动校正再进行道组合,剖面连续性明显提高(图10)。

图10

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图10 叠加剖面对比

a—动静校正后组合;b—组合后做动静校正

Fig.10 Comparison of stack section

a—NMO first;b—combination first

常规SN8-10 Hz 10个检波器面积组合接收的数据和单点SG5检波器接收的数据从单炮品质上看,信噪比存在很大差别,使用常规检波器面积组合,会有一定的压制噪声作用。常规10个检波器面积组合接收的数据和单点检波器接收的数据对比,信噪比明显偏高。但是通过优化处理流程,在适合的步骤中增加道组合处理,从最终叠加剖面看,两者剖面品质基本相当,在某些细节上,单点检波器数据剖面比常规检波器数据对细节刻画更清晰,如图11。

图11

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图11 不同采集方式的叠加剖面对比

a—常规流程常规检波器数据;b—本文流程单点检波器数据

Fig.10 Overlay profile comparison of different acquisition methods

a—routine flow routine geophone data;b—this paper describes the data of single point detector

4 结论

高分辨率勘探需要深度域和空间域都有高精度采样的数据, 小道距、不组合、高覆盖的野外采集方式顺应了高分辨率勘探数据采集的特点。高密度单点检波器地震数据道组合在青海柴达木盆地大部分地区实施效果良好。由于道距减小, 在数据处理过程中通常要进行道组合处理。

1)地震数据处理中的道组合最好是在做好噪声压制、静校正、动校正之后进行。

2)单点接收野外采集方式灵活, 数据处理时可根据干扰波分布特征灵活地选择组合方式和组合参数,这也是道组合下一步需要尝试的工作。

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

凌云

. 地震数据采集处理解释一体化实践与探索[M]. 北京: 石油工业出版社, 2007.