井控能量补偿文献调研.doc

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1、叠前处理部分：目前，将井资料与地震数据结合，来提高地面地震数据的处理质量的方法大都基于叠后地震数据来开展，具体包括井(VSP)控的Q补偿方法，井(声波、密度)约束的脉冲反褶积方法，井(声波)约束的小波变换提高分辨率方法，井约束的零相位化处理等。国内文献调研：1井约束的能量补偿方法研究1.1 球面扩散补偿地震波在地下介质中传播时，由于球面扩散和地层吸收衰减，振幅减弱，在地震资料处理中，须对其进行补偿，这是地震数据处理中的必要工作。真振幅恢复是从地面检波器记录到的振幅中消除波前扩散的影响，使其恢复到仅与地下反射界面的反射系数大小有关的真振幅值。真振幅的恢复是基于球面波传播假设，利用时变增益进行恢复

2、， 即： （1）其中：a为球面扩散因子，t为记录时间，t0为每个记录道的初至时间。考虑到球面扩散和透射损失，利用指数增益可以模拟球面波场。井控处理真振幅恢复的方法是：用零井源距VSP资料求取球面扩散补偿因子（Tar因子），然后对地震资料进行真振幅恢复。图1 (a)球面扩散补偿前单炮记录 (b)球面扩散补偿后单炮记录如图1所示，应用该方法后浅、中、深层均得到较好的补偿，低、中、高频能量总体均衡。1.2 Q补偿方法地震波在地下介质中传播时，由于球面扩散和地层吸收衰减，振幅减弱。球面扩散补偿是根据经验和试验给定补偿参数，地层衰减的补偿则是利用叠加(或偏移)速度进行转换，得到Q补偿参数，这样补偿精度取

3、决于处理人员的经验和叠加速度的精度。利用井(VSP)资料求取Q补偿因子，并在获得的Q值附近进行扫描，然后将做过不同Q补偿的偏移剖面与井资料进行匹配分析，最终获得精确的Q值。这样的井控地震处理技术最大程度地利用已有井的测井或 VSP等资料，将井点数据和地面地震数据进行匹配，从而生成一系列的匹配属性(包括基于频率的可信度、可预测度、测井资料的固有子波和地震子波的传递函数、零相位算子等等)，然后用这些属性来检验地震资料与井资料的匹配程度以达到最佳匹配，最终便可得到高保真、高分辨率的地震资料。VSP采集到的下行波场数据是进行Q分析的理想数据。一般情况下，我们选取一定长度的时窗 (一般包含直达纵波即可)

4、，利用速度滤波提取下行直达纵波，然后对时窗内的直达纵波数据进行Q分析，利用谱比法来计算Q值。具体来说是针对某频率范围内的VSP数据，分析频率随深度的变化，从而得到一系列不同深度点的 Q值，然后统计出一个全局Q值作为该深度段的Q值。假设VSP记录中某深度层段，有两个时间点t1和t2，这两点位置分别做短时傅里叶变换，得到两点的振幅谱，S1(w)，S2 (w)，有： （2）对q() 做直线拟合，求取斜率可得： （3）就是底层等效吸收系数，t2-t1为选取的两个时段的中心时间差，因此进一步可以求得品质因子： （4）在分析Q值的过程中，我们一方面利用 VSP资料来估计井眼周围的Q因子，同时也利用了地面地

5、震资料在VSP资料提取出的Q值附近扫描，并将以不同Q补偿得到的偏移剖面与井资料(VSP )进行匹配分析，达到最佳匹配的就是精确的Q值。关于Q值的可预测度、可信度及匹配度分别定义如下:可预测度P定义： （5）其中为某一定义的时窗范围内的井数据的自相关，为某一定义的时窗范围内地震资料的自相关。为井数据和地震资料的互相关。可信度定义： （6）匹配度定义： （7）其中为地震数据和子波的褶积，为井数据和子波的褶积。对于以上所定义的可预测度、可信度及匹配度，其值越大，则表示相应的Q值越佳。Q补偿即反Q滤波是基于波场延拓理论进行的，表达式如下： （9） （10）式中：U（T，）为合成信号广义S变换的时频谱；

6、u（T+T）为广义S变换的反变换。图2 Q补偿前(左)与Q补偿后(右)的叠前时间偏移剖面对比从Q补偿前与Q补偿后的叠前时间偏移对比结果可以看出(如图2)，补偿后比补偿前的叠前时间偏移剖面在信噪比和分辨率方面有了较大程度的提高，同相轴变得丰富。1.3井约束小波变换提高分辨率地震资料分辨率的降低是由于地层对其中传播的地震波的吸收所致。地层的吸收作用一方面表现为能量随传播时间衰减，另一方面由于吸收频率的选择性，表现为由于波形的延长而导致记录分辨率的降低。而且由于地层岩性的变化、吸收频率的选择性不一致，使记录在各时间的分辨率也不同。在真振幅恢复中，虽然能量随时间的衰减已得到了某种补偿，但是依赖频率的衰

7、减依然存在。小波变换是尺度因子a和时移因子b的二元函数。即a与频率相对应,b与时间相对应,因此可以把小波变换看成频率和时间的二元函数,这就为我们在小波变换域内按不同的时间对衰减了的频率进行补偿提供了思路。根据测井数据综合分析知：由于实际地层的反射系数随频率增高，因而振幅能量呈线性增强趋势，在小波变换域按这一规律对实际记录进行处理，可以提高分辨率。图3 声波测井曲线（a），该测井曲线的反射系数（b），该测井曲线30Hz合成记录（c），该测井曲线50Hz合成记录（d），经小波变换处理后提高分辨率的结果（e）图3是理论声波测井曲线经小波变换处理后提高分辨率的结果与50Hz的合成记录与经小波变换处理提

8、高分辨率后的记录相比十分相近，只是在某些细节上略有差异,但从总体上看,已经吻合得很好了。这样就可以利用井合成记录取得小波处理参数,进而将其应用于地震剖面处理中。为了将主频为40Hz的地震剖面经小波变换处理后，主频提高60Hz，要先对井声波曲线进行一系列处理；为了做到这一点，首先在井合成记录上取得合理的处理参数，然后将该参数应用于地震剖面中，便得到了提高分辨率处理后的剖面，如图4所示。图4（a）二维测线与40Hz合成记录的对比图图4（b）经小波变换处理后分辨率增加的结果与60Hz合成记录的对比图 从图可以看出，地震剖面与井合成记录吻合的相当好，从而进一步说明，在井声波测井曲线的约束下，经小波变换

9、处理后地震剖面的增幅可以得到合理的控制，使处理结果的可信度大大增加。1.4 基于EMD分解的地震数据自动增益方法希尔伯特-黄变换( HHT) 是由Huang 等于1998年提出的，其核心思想是将时间序列资料通过经验模态分解( EMD) 分解成数个固有模态函数( IMF)，然后利用希尔伯特变换构造解析信号，得出资料的瞬时频率和振幅， 进而得到希尔伯特谱。地震波在非完全弹性介质( 岩性介质) 内从激发点向外传播时， 将引起地震波的球面发散和吸收衰减。常规处理软件是通过时间域振幅衰减分析和频谱域振幅分析来近似描述实际球面发散与吸收衰减特性， 但该类分析方法只能提供随时间或频率变化的振幅衰减特性。这种

10、单一的时间域、频率域分析难以给出实际大地球面发散与吸收衰减的整体直观信息， 加之近地表干扰波的影响及单道、单时窗计算中的误差， 使得难以达到分析球面发散与吸收衰减函数的目的。从已发表的文章和实际应用分析软件来看， 至今仍没有见到十分有效的从地面采集地震数据求取球面发散与吸收衰减的分析方法。HHT振幅频率恢复处理技术从实际地震数据本身出发，从多尺度时频域角度， 在多道统计分析的基础上得到实际反射波的球面发散与吸收衰减的相对变化特性。以实际地震数据作为驱动， 避免了以往常规思路中由于地下介质特性未知， 振幅补偿结果人为因素影响较大的问题， 从思路上来说是一个创新。HHT能量补偿的基本思想是先对信号

11、进行EMD分解，然后就可以对不同尺度的地震记录进行补偿，然后再重构， 从而实现对地震记录振幅频率的恢复补偿。图5 HHT振幅频率恢复处理前后结果对比图5是HHT振幅频率恢复技术处理前后剖面的比较，处理后数据频带展宽( 有效频带范围从处理前的8 25Hz展宽到处理后的845Hz) ，薄层反射突出，地层接触关系清楚，处理前剖面上的一些低频噪音经HHT振幅频率恢复处理后，随着地震信号高频反射信号的恢复，低频噪音相对得到了压制，处理后剖面信噪比得到了提高。2.井约束的零相位化处理地震记录可用地震子波和反射系数序列的褶积来描述，而反射系数是地层固有的特性，可以通过测井资料得到比较精确的表达；地震子波则是

12、提高地震资料分辨率需要考虑的主要因素。在相同带宽条件下，相对最小相位子波而言，零相位子波的旁瓣最小，能量最集中，具有较高的分辨率。此外，其峰值时间就是反射波的到达时间，是地震资料解释中不可缺少的参数。井约束的零相位化处理思路如下：首先用零相位雷克子波与声波测井数据(地震反射系数序列)进行褶积，产生零相位合成记录，其中雷克子波主频由井旁地震数据频谱分析得到。然后在Landmark解释系统中将该合成记录进行相位旋转扫描，与经过+90相位旋转后的实际地震数据进行匹配。最后，在最大相似度时，求取剩余的相位角。具体的处理流程见图4所示。图6零相位化处理流程图这套流程还有很多需要改进和完善的地方：（1）在

13、实际处理中，我们用零相位雷克子波取代实际的地震子波生成合成记录。实际上，子波在各道之间是变化的，而且是旅行时间函数，用雷克子波来取代是近似的，可以考虑针对井旁数据的某个层位提取平均子波，保证子波具有较好的稳定性。（2）在这套处理流程里，我们利用互相关求最大相似度的方法来确定剩余相位角，其精度不是很高。若应用匹配滤波技术，可以更精确地提供相位差异信息。（3）现有的一些处理软件在求取匹配算子时，同时可提供零相位合成记录和实际地震记录之间的时移、相移等信息，可将其用于资料的分析，并对最终的零相位化结果进行验证。3. 井约束脉冲反褶积方法由于地震资料的高频段能量弱并且受噪声影响严重，单纯的依靠地震的高

14、频信息进行反褶积容易在提高地震资料分辨率的同时降低资料的信噪比，不利于薄储层的解释和储存预测。测井信息作为地震资料的重要补充部分，提供了真实的高频反射系数。引入测井中的高频信息，确保了高频信息的真实性，改进常规反褶积方法，具体原理如下。常规的双边最小平方反褶积方程， 根据误差平方和最小的原则， 将子波 w( t) 压缩为尖脉冲，求取反子波： （11）式中，m为采样点数，子波和反子波。引入井中反射系数r(t)对方法进行改进。根据误差平方和最小的原则， 将地震记录X(t)压缩为反射系数R(t)， 求取反子波a(t)。上式变为： （12）式中，为地震记录，为反子波。反射系数为。由此可推导出反子波的计

15、算公式如下： （13）用反褶积算子与地震记录褶积从而得到反褶积输出结果。由图7看出反褶积后过井剖面分辨率明显提高，信息更加丰富、细节更加突出，从频谱上看，主频提高，频带变宽。 （a）反褶积前过井剖面及频谱 （b）反褶积后过井剖面及频谱图7 反褶积前后过井剖面及频谱国外文献调研：Near-surface High-frequency Absorption Compensation in Alluvial PlainQinghui Cui*,Yongjun Rui ,and Xinmin Shang, Shengli GRI Sinopec（2011 SEG年会）由松散沉积的淤泥形成的冲积平原，其

16、近地表地震波能量衰减严重，特别是它的高频部分，高频能量补偿成为提高地震资料分辨率的重要的方法。为了消除近地表地震波衰减，提出了一种粘弹性波动方程延拓。首先，我们建立一个近地表数学模型，再加上近地表Q值和速度模型，然后利用粘弹性波方程延拓，把接收的地震波信号延伸到高速层顶部。第一步是从微测井数据中计算近地表品质因子Q和P波速度v，这个决定了近地表数学模型以及Q和v之间的关系，然后利用微测井约束层析方法计算近地表全局区域P波的速度，最后用相移加插值算法进行波场延拓。流程图如下：图1 基于粘弹性波动方程延拓的近地表高频衰减补偿方法流程图Kjartansson提出的粘弹性介质模型指出，Q因子与频率的关

17、系，当频率小于某一值时，速度和Q因子可以描述为： （1）目前，主要有两种近地表Q反演的方法，一个是利用微测井数据在井位置处进行Q反演，然后利用空间解释求取整个区域的Q值，另一种方法是利用地震反射记录的初至波直接反演。前者不精确，后者不够稳定，两种方法都不太能得到令人满意的结果。品质因子与速度之间有非常紧密的联系，可以通过分析所有的微测井数据对整个区域求取一个统一的公式：， （2） 其中a,b,c,d是常数。频移加插值算法用于波动方程延拓，该算法是一个改进的频移方法，能克服水平层状介质的假设，适于处理横向变速的介质。这个算法是在频率空间域实现的，可以通过频移方法，利用不同的速度，分别计算一系列的

18、延拓波场，公式如下： （3） 其中， （4） ， （5）通过横向上的反傅里叶变换，波场可以被转换到频率空间域。利用拉格朗日插值方法计算，用一系列速度计算延拓波场。经过这些步骤，就可以逐渐延伸到高速度层顶部。由于近地表强吸收性质，经过长时间的地震波衰减过程，高频成分振幅远远低于周围噪声的水平，几乎为零，这样会导致高频能量补偿时计算不稳定。为了克服这个问题，高频能量补偿不能通过实际衰减，而应该利用实际记录的背景噪声能量水平，所以每个延拓层的高频能量补偿稳定条件变成了下式： （6）建立近地表速度和品质因子模型，通过速度声波方程正演模型得到无衰减地震记录，用粘弹性波动方程正演模型得到衰减地震记录，然后

19、进行补偿。远偏移距道集的补偿后的结果非常接近声波记录，说明这种补偿算法是可行的。某一区域主要是砂泥岩为主，地震波的能量吸收明显，主频低，频带窄，利用波场延拓方法能量补偿之后结果得到了明显的改进，地震数据的分辨率得到了明显的提高，特别是重叠的波形被分离开来，弱相位得到了加强，频率的有效带宽得到了扩展。a:声波模拟记录 b:粘弹性波模拟记录 c:补偿后的记录图2 模型a:原始剖面及其频谱 b:补偿后的剖面及其频谱图3 实例办公室做的工作：1 利用合成地震记录校正井旁道及道集地震资料与测井数据之间的匹配问题已成为地震岩性解释、油藏描述、储层反演以及储层监测过程中的主要问题。目前，用于地震与测井匹配校

20、正的方法主要有经典的闭合差校正法、基于杨氏谐振Q模型的直接匹配法以及基于多分辨分析技术的匹配方法等。这种匹配过程可以通过两种方式实现：以井旁实际地震记录为主，使合成地震记录逼近井旁实际地震道；以合成地震记录为主，使井旁地震道逼近合成地震记录。通常我们所说的匹配校正应当是第一种方式，但有时也采用第二种方式对地面地震数据进行时移和相位校正。我们利用第二种方式进行井控能量补偿。利用合成记录校正井旁道及道集的具体思路如下：1）利用井数据制作反射系数时间序列或者合成地震记录；2）求反射系数序列或者合成记录整体振幅包络线A；3）对井旁自激自收地震记录进行能量补偿，假设补偿参数向量为eta(t)，然后求解补

21、偿后记录整体振幅包络线B(eta)；4）匹配A与B(eta)，目标函数设为 （1）此过程可以通过反演的方法实现，得到最佳匹配参数eta(t)；5）将依据道间差异调整eta(t)并依次向邻道应用。利用合成地震记录校正井旁道及道集存在着一定的问题。在水平层状介质假设条件下自激自收道与井合成记录是时间对应的，而实际情况，水平层状介质假设不成立，由井数据得到的反射系数时间位置和叠前资料是不对应的，利用井约束的处理必然出现较大的偏差。若想使井和地震数据对应必须经过偏移成像。 （a）正演记录 （b）正演记录震源子波波形 （c）合成记录图1 模型测试（a）自激自收道处理前的波形（a） 自激自收道处理后的波形

22、图2 自激自收道处理前后的波形图图3 修正因子由自激自收（井旁）道应用到周边道的时候，依据道间差异进行逐步修改并应用2. 基于EMD分解的地震数据自动增益方法在实际地震资料中，子波的主频会随着深度的增大而逐渐降低，这是由于子波中不同的频率组分衰减速度不一致造成的；一般而言高频成分的衰减速度很快，低频成分的衰减速度较慢。对地震信号进行分频增益，使得深层信号的频率组成比例与浅层信号的频率组成比例一致，这样就可以深层地震信号的主频和带宽，从而提高地震剖面的分辨率。本节就是利用这个思路进行提高地震剖面的分辨率的，其过程如下：1）将地震信号进行EMD分解得到主频由小到大的各个模态分量，由EMD的性质可以知道，各个分量之间是近似正交的；2）利用反Q滤波的原理，求取每一个EMD分量的Q值，然后单独对每一个分量做反Q能量补偿，这个过程相当于振幅增益的过程；3）将所有增益后的分量进行叠加，得到最终的结果。从该方法的过程和思路上看，利用EMD分解提高地震分辨率的目标是深层介质，而且在计算过程中离不开浅层的反射信息。（a）未增益剖面（b）自动增益剖面（c）EMD增益剖面图4 胜利探区Gao94-L1268线处理结果常规能量补偿后，地震剖面的能量得到了很好的补偿，但是其分辨率比EMD能量补偿所得到的剖面的分辨率低。